JP4534074B2 - High brightness LED light emitting part - Google Patents
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Description
本発明は、高輝度LEDの発光体から照射する光エネルギーをそのほぼ100%を前方の一定範囲に指向性をもって出射させることのできる高輝度LED発光部に関する。 The present invention relates to a high-intensity LED light emitting unit capable of emitting almost 100% of the light energy irradiated from a light-emitting body of a high-intensity LED with a directivity in a predetermined range in front.
LEDは電気から光への変換効率に優れ、白熱電球やハロゲンランプ等では、15〜18%、蛍光灯では約60%にすぎなかったものが90%以上となり、極めて効率の良い省エネ照明を提供できるものである。また、発熱が少なく、低消費電力である。更に、耐久性にもすぐれ、10万時間以上の起長寿命を達成できるものである。また、LEDは輝度が低いという点で欠点があったが、近年高輝度LEDが開発され、その欠点も解消されてきている。 LEDs are excellent in conversion efficiency from electricity to light, with incandescent bulbs and halogen lamps, etc., 15% to 18% and fluorescent lamps only about 60%, more than 90%, providing extremely efficient energy-saving lighting It can be done. In addition, there is little heat generation and low power consumption. Furthermore, it has excellent durability and can achieve a life of 100,000 hours or longer. Further, the LED has a drawback in that the luminance is low, but in recent years, a high-intensity LED has been developed and the disadvantage has been solved.
上記利点より、LEDを発光体とする発光部が開発され、且つ、LEDからの光線を有効的に使用する目的で、その出射方向に指向性を持たせる様々な工夫が下記のようになされている。 From the above advantages, a light emitting section using an LED as a light emitter has been developed, and various devices for providing directivity in the emission direction have been made as follows for the purpose of effectively using the light from the LED. Yes.
図6の発光部は、LED(A)を放物曲面の反射鏡Bの中心部に配設し、該LED(A)の斜め前方や側方から照射される光線を該反射鏡Bにより反射させ、前方の透光体Cより前方への平行光線として出射方向に指向性を持たせている。この場合、有効な平行光線を多く得るために放射角度β1の角度領域の光線を、反射光線として平行光線を得る必要がある。従って、該反射光線を得るために反射鏡Bを前方側へ突出させて延設部Sを形成する必要があり、その結果、反射鏡Bの全体の深さは大巾に増加している。 The light emitting unit in FIG. 6 has an LED (A) disposed in the center of a parabolic curved reflector B, and reflects light rays radiated from diagonally forward or side of the LED (A) by the reflector B. In addition, directivity is given to the emission direction as parallel light beams forward from the front light transmitting body C. In this case, in order to obtain a large number of effective parallel rays, it is necessary to obtain parallel rays as reflected rays by using rays in the angle region of the radiation angle β1. Accordingly, in order to obtain the reflected light beam, it is necessary to project the reflecting mirror B forward and to form the extending portion S. As a result, the entire depth of the reflecting mirror B is greatly increased.
図7の発光部は、LED(D)の前面側に凸レンズE及び該凸レンズEに連続して湾曲状の反射体Fを配設し、該LED(D)の前方及び斜め前方側から照射された光線を該凸レンズEによって光軸方向への平行光線として出射させ、上記に続く斜め前方及び側方より照射された光線を反射体Fの背面側において反射させて光軸方向への平行光線が得られるように構成したものである。上記構成のものも前記同様の欠点があった。 7 has a convex lens E on the front side of the LED (D) and a curved reflector F continuous to the convex lens E, and is irradiated from the front side and the diagonally front side of the LED (D). The projected light beam is emitted as a parallel light beam in the optical axis direction by the convex lens E, and the light beam irradiated from the diagonally forward and lateral directions is reflected on the back side of the reflector F so that the parallel light beam in the optical axis direction is obtained. It is comprised so that it may be obtained. The above configuration also had the same disadvantages as described above.
図8の発光部は、LED(G)の表面側に放物曲面の反射鏡Hを配設し、背面側には設置板Iを配置している。該LED(G)から照射する光線は反射鏡Hにより全反射し、出光面Jより光軸方向へ出射される。
上記のように、放物曲面の反射鏡のみで対応する発光部は、光線の指向性を光軸方向とさせるために、奥行の深い反射鏡を形成する必要があり、発光部の厚さが大となる欠点があると同時に、拡散光となる光線も多くあり、指向性が悪かった。 As described above, the light-emitting part corresponding only to the parabolic curved reflector needs to form a deeply reflective mirror in order to make the directivity of the light beam the optical axis direction, and the thickness of the light-emitting part is At the same time, there were many drawbacks, and there were many rays that became diffuse light, and the directivity was poor.
また、前面に凸レンズを設けた発光部は、前方及び斜め前方へ照射される光線は光軸方向へと出射されるが、斜め前方から側方へ向って照射される放射角β2の領域の光線は、放物曲面の反射鏡で反射させて出光させることになるので、前記同様、発光部を厚くする必要があった。 In addition, the light emitting unit provided with the convex lens on the front surface emits light rays emitted forward and obliquely forward in the optical axis direction, but rays in the region of the radiation angle β2 emitted obliquely from the front to the side. Therefore, it is necessary to make the light emitting part thick as described above.
更に、前面に放物曲面の反射鏡を配設した発光部は、光軸方向に平行な光線を得ることができるが発光部の中心部からの光線を直接出射することができず、バランスが悪いという欠点があった。また、LEDの据え付け及び電源との連絡工程が複雑で、製造上に大きな欠点があった。 Furthermore, the light emitting part having a paraboloidal reflecting mirror disposed on the front surface can obtain light rays parallel to the optical axis direction, but cannot directly emit light from the central part of the light emitting part, and the balance is good. There was a drawback of being bad. Further, the LED installation process and the communication process with the power source are complicated, and there is a great drawback in manufacturing.
本発明は、上記欠点を考慮し、指光性を高め、照射効率を向上させ、輝度の十分な発光部を得るものである。 In consideration of the above-described drawbacks, the present invention improves light emission, improves irradiation efficiency, and obtains a light emitting part with sufficient luminance.
背面側に反射手段を設け、その中心位置に高輝度LEDを配設した発光部において、該高輝度LED及び反射手段の前面側をエポキシ樹脂よりなる被覆体により一体被覆し、該被覆体の表面を出光面とし、該反射手段は金属材料よりなる湾曲面を形成した中心側の第1反射体と、該第1反射体に連続してその周囲に形成した断面鋸歯状の環状体よりなる第2反射体とを構成した高輝度LED発光部を特徴とする。 In the light emitting part in which the reflecting means is provided on the back side and the high brightness LED is arranged at the center position, the front side of the high brightness LED and the reflecting means is integrally covered with a covering made of epoxy resin, and the surface of the covering And a reflecting means comprising a first reflector on the center side having a curved surface made of a metal material, and a ring-shaped body having a sawtooth cross section formed continuously around the first reflector. It is characterized by a high-intensity LED light-emitting unit that comprises two reflectors.
上記第1反射体の湾曲面は、当該箇所に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる反射曲率に形成してなる高輝度LED発光部を特徴とする。 The curved surface of the first reflector is characterized by a high-intensity LED light-emitting unit formed with a reflection curvature that allows a light beam reaching the spot to be emitted from the light output surface as a light beam parallel to the optical axis.
また、上記第2反射体は、断面鋸歯状の谷部から外方へ向かって上昇傾斜する平面を適数個形成し、該各々の平面に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる傾斜角度に形成してなる高輝度LED発光部を特徴とする。 The second reflector forms a suitable number of planes that rise and incline outward from the troughs having a serrated cross section, and the light beams that reach the respective planes are emitted as parallel light beams with respect to the optical axis. It is characterized by a high-intensity LED light emitting part formed at an inclination angle that can be emitted from the surface.
更に、上記被覆体は、高輝度LED配設位置の前方側となる表面に略半球形状の集光凸レンズを形成し、その外周面を出光面としてなる高輝度LED発光部を特徴とする。 Further, the covering body is characterized by a high-luminance LED light-emitting portion in which a substantially hemispherical condensing convex lens is formed on the front surface of the high-luminance LED arrangement position and the outer peripheral surface thereof is used as a light exit surface.
また、上記集光凸レンズは、高輝度LEDからの照射光線が平坦出光面に対して臨界角となる位置より突設形成してなる高輝度LED発光部を特徴とする。 In addition, the condensing convex lens is characterized by a high-intensity LED light emitting unit formed by projecting from a position where an irradiation light beam from the high-intensity LED becomes a critical angle with respect to a flat light exit surface.
更に、上記被覆体は、反射手段の前面側及び側面側を囲み、該反射手段と一体的に形成してなる高輝度LED発光部を特徴とする。 Further, the covering body is characterized by a high-intensity LED light-emitting portion that surrounds the front side and the side surface of the reflecting means and is formed integrally with the reflecting means.
本発明の高輝度LED発光部は、発光体として薄肉の高輝度LEDを使用し、且つ、効率的な反射手段及び出光面を形成することにより、発光部全体の厚さを薄くすることが可能となった。 The high-intensity LED light-emitting part of the present invention uses a thin high-intensity LED as a light emitter, and can reduce the thickness of the entire light-emitting part by forming an efficient reflecting means and a light-emitting surface. It became.
また、発光体から照射される光線の内、被覆体の出光面から直接照射される光線は、集光凸レンズにより光軸方向への平行出射光線とし、出光面において臨界角を超えて全反射される光線については、反射手段により再反射させて出光面より光軸方向への平行光線として出射させることが可能となった。 Of the light rays emitted from the light emitter, the light rays directly emitted from the light exit surface of the cover are converted into parallel light rays in the direction of the optical axis by the condensing convex lens and totally reflected beyond the critical angle on the light exit surface. The reflected light can be re-reflected by the reflecting means and emitted from the light exit surface as a parallel light beam in the optical axis direction.
更に、発光体より斜め前方及び側方へ照射され、直接反射手段に到達する光線は、湾曲面に形成した第1反射体により反射光として光軸方向への平行光線として出射させることが可能となった。 Further, the light beam that is irradiated obliquely forward and sideward from the light emitter and directly reaches the reflecting means can be emitted as a parallel light beam in the optical axis direction as reflected light by the first reflector formed on the curved surface. became.
従って、発光体から照射される全ての光線を光軸方向への平行光線として出射させることが可能となり、光線の指向性が格段に上昇した。 Therefore, it becomes possible to emit all the light rays emitted from the light emitter as parallel light rays in the optical axis direction, and the directivity of the light rays is remarkably increased.
また、被覆体としてエポキシ樹脂を採用したので、製造工程において高輝度LEDを破壊させることはなく、更に、該高輝度LEDはその背面側において反射手段と接しており、且つ該反射手段は金属により形成しているので高輝度LEDの発光により生じる発熱を該金属を通じて熱分散させることが可能となり、熱を内部に蓄積することがない。 In addition, since the epoxy resin is used as the covering, the high-intensity LED is not destroyed in the manufacturing process, and the high-intensity LED is in contact with the reflecting means on the back side, and the reflecting means is made of metal. Since it is formed, the heat generated by the light emission of the high-intensity LED can be thermally dispersed through the metal, and heat is not accumulated inside.
以下に本発明の実施例を図面に沿って説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1ないし図5は、本発明の高輝度LED発光部の断面図を示している。
該高輝度LED発光部1は、発光体2、第1反射体3、第2反射体4、透光性の被覆体5及び集光凸レンズ6とより構成している。
1 to 5 show cross-sectional views of the high-intensity LED light-emitting portion of the present invention.
The high-intensity LED light-emitting unit 1 includes a light emitter 2, a
上記発光体2となる高輝度LEDは、リードフレーム上にLED素子を配設し、一方側はリードフレームに直接マウントされたリード部へ連続し、他方側はボンディングワイヤを介して他のリード部へ連続する一般的なもので、該各リード部は、第1反射体3より外方へ突出させ、電源手段と連結されることになる。
該リード線は乾電池のような電源電圧と接続する場合は、電流制限抵抗を介して回路を形成する。また、自動車のように電圧が変動する場合は、定電流ダイオード等を使用する。上記電圧は、3〜24V程度でよい。
The high-intensity LED serving as the light emitter 2 has an LED element disposed on a lead frame, one side is continuous to a lead portion directly mounted on the lead frame, and the other side is connected to another lead portion via a bonding wire. Each lead portion protrudes outward from the
When the lead wire is connected to a power supply voltage such as a dry battery, a circuit is formed through a current limiting resistor. When the voltage fluctuates like an automobile, a constant current diode or the like is used. The voltage may be about 3 to 24V.
該LED素子の周囲及び該リード部の基部は、エポキシ樹脂によりモールドされている。該エポキシ樹脂は、LED素子表面の全反射角を大きくし、光取出し率を高めると同時に、該LED素子を保護する役割をしている。該LED素子は耐熱性が低いため溶融点が低いエポキシ樹脂が採用されている。
該高輝度LEDとしては、縦・横が約0.6mm×0.6mm、厚さ0.1mm程度の大きさのものを採用している。大きさは特に限定されるものではなく、適宜大きさのものが採用できる。
The periphery of the LED element and the base portion of the lead portion are molded with an epoxy resin. The epoxy resin serves to protect the LED element while increasing the total reflection angle on the surface of the LED element and increasing the light extraction rate. Since the LED element has low heat resistance, an epoxy resin having a low melting point is employed.
As the high-brightness LED, those having a size of about 0.6 mm × 0.6 mm in length and width and about 0.1 mm in thickness are employed. A magnitude | size is not specifically limited, The thing of a magnitude | size can be employ | adopted suitably.
該第1反射体3は、中心部の発光体2の背面側及び側方から斜め前方へかけて広範囲に亘って形成される。その中心部に配設される発光体2から照射される光線を前方の光軸方向へ向って反射させる放物曲面を形成した湾曲状の湾曲面3aを形成している。また、該第1反射体3の周囲には断面鋸歯状の凹凸を複数個環状に形成し、該被覆体5の表面で反射された全反射光線を前方へ向って再反射する第2反射体4を形成している。
The
上記第1反射体3及び第2反射体4は、表面を平滑面とした金属材料により連続一体として形成し、該湾曲面3a及び鋸歯の反射面4a、4b・・は反射効率の高い鏡状のものとする。
該第1反射体3の湾曲面3aの曲率は、直接湾曲面3aに照射された光線を光軸に平方な方向へ再反射できる数値を採用している。
The
The curvature of the curved surface 3a of the
また、第2反射体4は、発光体2の斜め前方から側方の範囲に亘って照射され、被覆体5の出光面7において隣界角を超えて全反射された光線を、鋸歯の谷部から外方へ向かって上昇傾斜する第1平面4a、第2平面4b及び第3平面4cにより再反射する反射面を形成している。
Further, the
被覆体5は、上記発光体2並びに第1反射体3、第2反射体4の表面及び側面の露出部分を被覆するものである。上記したように、発光体2となる高輝度LEDはエポキシ樹脂によりモールドされているが、該モールド材料と同様となるエポキシ樹脂を上記露出部分に流し込んで被覆体5を形成する。高輝度LEDは、エポキシ樹脂によりその周囲が形成されているので、該被覆体5にエポキシ樹脂を使用するとなじみが良いし、また、該高輝度LEDに対し製造時において熱により損傷を与える恐れもない。
更に、上記エポキシ樹脂による被覆体5の製造は、該第1反射体3及び第2反射体4が流し込みのための型枠の役割を成すことになり、側方部分のみの押え型枠を形成すれば、該被覆体5を該第1反射体3及び第2反射体4の表面及び側面の全面に亘り、確実に被覆することができる。
The covering 5 covers the exposed portions of the light emitting body 2 and the surfaces and side surfaces of the
Further, in the production of the cover 5 using the epoxy resin, the
また、該被覆体5は、第1反射体3及び第2反射体4を金属材料で形成しているので、それらとの付着状態は良好で、強固に連結されることになる。
更に、被覆体5の周縁部は、該第2反射体4の側部を覆うようにして被覆して補強部5aとし、更に、該第2反射体4の側部に設けられた段部10の側面11から底面12に亘り被覆体5を回し込んで係止部5bとし、該第1、第2反射体3、4と被覆体5との連結をより強固なものとしている。
In addition, since the covering body 5 is formed of the metal material for the
Further, the peripheral portion of the covering 5 is covered so as to cover the side of the
該被覆体5の表面側中央部には半球状の集光凸レンズ6を一体形成する。該発光体2から照射された光線の内、該集光凸レンズ6の出光面8に到達するα1の角度領域からの光線は、該出光面8において屈折し、図1に示すように、光軸Y方向に平行な出射光となる。 A hemispherical condensing convex lens 6 is integrally formed at the center of the surface side of the covering 5. Of the light rays emitted from the light emitter 2, the light rays from the angle region α1 reaching the light exit surface 8 of the condenser convex lens 6 are refracted at the light exit surface 8, and as shown in FIG. The emitted light is parallel to the Y direction.
図2に示すのは、発光体2よりα2の角度領域で照射される光線の照射方向を示している。
発光体2のα2の角度領域から照射された光線は、集光凸レンズ6への角度領域α1に隣接する領域で、該集光凸レンズ6から外れ、出光面7への入射角が臨界角を超える領域となっているので、該出光面7において全反射し、第2反射体4の第1傾斜平面4aに至り、当該部分において再反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面7より出射することになる。
FIG. 2 shows the irradiation direction of the light beam irradiated from the light emitter 2 in the angle region α2.
The light beam irradiated from the angle region α2 of the illuminator 2 is a region adjacent to the angle region α1 to the condensing convex lens 6 and deviates from the converging convex lens 6, and the incident angle to the
更に、図3に示すように、上記光線の角度領域α2に隣接する発光体2の斜め前方の角度領域α3から照射された光線は、出光面7への入射角が臨界角を超える領域となっているので、該出光面7において全反射し、第2反射体の第2傾斜平面4bに至り、当該部分において再反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面7より出射することになる。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the light beam irradiated from the angle region α3 obliquely forward of the light emitter 2 adjacent to the light beam angle region α2 is a region where the incident angle on the
また、図4に示すように、上記光線の角度領域α3に隣接する発光体2の斜め前方の角度領域α4から照射された光線は、出光面7への入射角が臨界角を超える領域となっているので、該出光面7において全反射し、第2反射体4の第3傾斜平面4cに至り、当該部分において再反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面7より出射することになる。
Further, as shown in FIG. 4, the light beam irradiated from the angle region α4 obliquely forward of the light emitter 2 adjacent to the light beam angle region α3 is a region where the incident angle to the
更に、図5に示すように、上記光線の角度領域α4に隣接する発光体2の斜め前方から側方に亘るα5の角度領域から照射された光線は、直接、第1反射体3の湾曲面3aに至り、当該部分により全反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面7より出射することになる。
Further, as shown in FIG. 5, the light beam irradiated from the angle region α5 extending obliquely from the front side to the side of the light emitter 2 adjacent to the light beam angle region α4 directly reflects the curved surface of the
上記したように、発光体2の前方から側方に亘るすべての照射光線が、光軸Yに対して前方への平行光線として有効に出射されることになる。 As described above, all irradiation light beams from the front side to the side of the light emitter 2 are effectively emitted as parallel light beams forward with respect to the optical axis Y.
発光体2は、上記の通り、その全体を被覆体5により囲繞されることになるので、該発光体2から生じる熱を有効に発散させる必要が生じる。本実施例では、該第1反射体3及び第2反射体4を金属材料としているので、該金属材料と接触している発光体2は、該金属材料の熱伝導率の高さにより、発生する熱は、該発光体2の内部或いはモールドされたエポキシ樹脂中に滞留することなく金属材料を通じて効率良く発散させることができ、内部の温度が上昇することを防止している。
As described above, the entire light emitting body 2 is surrounded by the covering body 5, so that it is necessary to effectively dissipate heat generated from the light emitting body 2. In the present embodiment, since the
1. 高輝度LED発光部
2. 発光体
3. 第1反射体
3a. 湾曲面
4. 第2反射体
4a. 第1傾斜平面
4b. 第2傾斜平面
4c. 第3傾斜平面
5. 被覆体
6. 集光凸レンズ
7.8. 出光面
1. High brightness LED light emitting part
2. Light emitter
3. First reflector
3a. Curved surface
4. Second reflector
4a. First inclined plane
4b. Second inclined plane
4c. Third inclined plane
5. Cover
6. Condensing convex lens
7.8. Light emitting surface
Claims (2)
第1反射体の湾曲面は、当該箇所に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる反射曲率面に形成してなり、
第2反射体は、断面鋸歯状の谷部から外方へ向かって上昇傾斜する平面を適数個形成し、該各々の平面に到達した被覆体の表面で反射された全反射光線を再反射して光軸に対して平行光線として出光面から出射できる傾斜角度に形成してなるとともに、
被覆体に、高輝度LED配設位置の前方側となる表面に略半球形状の集光凸レンズを形成し、その外周面を出光面としてこの出光面から直接照射される光線は集光凸レンズにより光軸方向への平行出射光線とし、
被覆体の周縁部は、第2反射体の側部を覆うようにして被覆して補強部とし、第2反射体の側部に設けられた段部の側面から底面に亘り被覆体を回し込んで係止部とし、第1反射体及び第2反射体と被覆体との連結をより強固なものとしたことを特徴とする高輝度LED発光部。 In the light emitting part in which the reflecting means is provided on the back side and the high brightness LED is arranged at the center position, the front side of the high brightness LED and the reflecting means is integrally covered with a covering made of epoxy resin, and the surface of the covering And a reflecting means comprising a first reflector on the center side having a curved surface made of a metal material, and an annular body having a sawtooth cross section formed continuously around the first reflector. It is composed of a second reflecting member,
The curved surface of the first reflector is formed on a reflective curvature surface that can emit light from the light exit surface as light parallel to the optical axis.
The second reflector forms a suitable number of planes that rise upward from the troughs having a sawtooth cross section, and re-reflects the total reflected light reflected by the surface of the covering that has reached each of the planes. And formed at an inclination angle that can be emitted from the light exit surface as a parallel light beam with respect to the optical axis,
A substantially convex hemispherical condensing convex lens is formed on the front surface of the high luminance LED arrangement position on the cover, and light emitted directly from the light emitting surface is emitted by the converging convex lens with its outer peripheral surface as the light emitting surface. A parallel outgoing beam in the axial direction,
The peripheral part of the cover is covered to cover the side of the second reflector to be a reinforcing part, and the cover is wound from the side surface to the bottom of the step provided on the side of the second reflector. A high-luminance LED light-emitting unit characterized in that the locking part is used to make the connection between the first reflector and the second reflector and the cover stronger.
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