JP5228807B2 - Light emitting method of light emitting diode - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子の発光面と対向した反射面によって少なくとも発光素子の発光軸と略垂直な二次元方向へ光を反射する小型の発光ダイオード(以下、「発光部」という。)が組み込まれた発光ダイオードの光放射方法に関するものである。 The present invention incorporates a small light-emitting diode (hereinafter referred to as “light-emitting portion”) that reflects light in a two-dimensional direction at least substantially perpendicular to the light-emitting axis of the light-emitting element by a reflecting surface facing the light-emitting surface of the light-emitting element. The present invention relates to a light emitting method for a light emitting diode .
なお、本明細書中においては、LEDチップそのものは「発光素子」と呼び、LEDチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む全体を「発光ダイオード」または「LED」と呼ぶこととする。 In the present specification, the LED chip itself is referred to as a “light emitting element”, and the whole including the optical device such as a package resin or a lens system on which the LED chip is mounted is referred to as a “light emitting diode” or “LED”. To do.
LEDは単色光源として用いた場合、白熱電球のようにフィルターロスがなく、また発熱はあるものの高温になる箇所はなく、薄型化を図ることができる。しかし、従来のフレネルレンズ併用方式の灯具においては、以下のような問題点があった。 When an LED is used as a monochromatic light source, there is no filter loss unlike an incandescent light bulb, and although there is heat generation, there is no place where the temperature is high, and the LED can be thinned. However, the conventional Fresnel lens combined type lamp has the following problems.
従来のフレネルレンズ併用方式の灯具について、図8を参照して説明する。図8は、従来のフレネルレンズ併用方式の灯具の構造を示す断面図である。この灯具40は、凸レンズ形のLED41、フレネルレンズ42、及び前面カバーレンズ43を備えている。そして、LED41から発せられる光は、凸レンズ形の放射面によってある程度集光されてフレネルレンズ42に至り、フレネルレンズ42で配光制御されて平行光として前方へ放射され、前面カバーレンズ43から外部放射される。
A conventional Fresnel lens combined lamp will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the structure of a conventional lamp using a Fresnel lens. The
しかしながら、フレネルレンズ42と光源の距離の制約により図に示されるように灯具40として厚いものとなり、また横方向にレンズ制御できない光が放射されるため光利用効率が低い。そこで、二次元方向放射LEDと、その周囲に設置された二次元方向放射光を略垂直方向に反射する反射部材と、前面カバーレンズとからなる灯具とすることによって、薄型で光利用効率が高い灯具とすることができる。
However, due to the restriction of the distance between the Fresnel
しかしながら、二次元方向放射LEDを小型のものにすると、発光素子に対する立体角が小さくなり放射効率が低くなる。また、大型のものにすると、かかるLEDはリードフレームに複数連で形成されるが、その間隔はパッケージ直径程度なので取り数が少なくなり発光素子封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上かかるので、量産性に劣る。さらに、発光素子封止樹脂の内部応力が大きくなるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じやすくなり、信頼性に劣るものとなる。 However, when the two-dimensional direction emission LED is made small, the solid angle with respect to the light emitting element is reduced, and the radiation efficiency is lowered. In addition, if the LED is made large, the LED is formed in a plurality of lines on the lead frame, but since the interval is about the package diameter, the number of products is reduced and the light emitting element sealing resin curing time generally takes 1 hour or more. Inferior to sex. Further, since the internal stress of the light emitting element sealing resin is increased, stress damage to the light emitting element and cracking of the package are likely to occur, resulting in poor reliability.
そこで、本発明は、放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードの光放射方法の提供を課題とするものである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emission method for a two-dimensional direction emission type light emitting diode having high radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability.
請求項1の発明にかかる発光ダイオードの光放射方法は、封止用金型にセットされ、光透過性材料によって封止された発光部は、前記光透過性材料によって埋設された発光素子から放射された光を、前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸(Z軸)と略垂直な二次元平面方向へ光を反射する前記発光素子の発光面の中心を略焦点とし、X軸方向を対称軸とする放物線の一部を前記垂直軸(Z軸)の周りに回転させた傘のような形状の二次元方向反射面を有し、前記発光部の前記二次元方向の周囲の外側に界面を設けて取り付けられ、かつ、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部によって、前記発光部から放射された光のうち、前記反射面と対向する面に至った光をも、前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸(Z軸)と略垂直な二次元方向へ反射させるものである。 The light emitting method for a light emitting diode according to the first aspect of the invention is such that a light emitting portion set in a sealing mold and sealed with a light transmissive material is emitted from a light emitting element embedded with the light transmissive material. The center of the light-emitting surface of the light-emitting element that reflects the light in a two-dimensional plane direction that is substantially perpendicular to the vertical axis (Z-axis) passing through the center of the light-emitting surface of the light-emitting element is substantially focused, and the X-axis direction Having a two-dimensional direction reflecting surface shaped like an umbrella obtained by rotating a part of a parabola with the axis of symmetry around the vertical axis (Z-axis), and outside of the light emitting part around the two-dimensional direction Of the light emitted from the light emitting unit by the reflector unit having a reflecting surface that is optically coupled and extends the reflecting surface in the two-dimensional direction. The light that reaches the opposite surface is also emitted from the light emitting element. Vertical axis passing through the center (Z axis) and is intended to reflect the substantially vertical two-dimensional directions.
このように、この発光ダイオードの光放射方法は、二次元方向反射面を備えた発光部とその周囲に少なくとも光学的に結合されたリフレクタ部を備えており、リフレクタ部は二次元方向反射面を延長した反射面を有している。したがって、このLEDはリフレクタ部の大きさの二次元方向放射LEDと同等なものとなり、発光素子に対して大きな立体角を形成できるため、放射効率の高い発光ダイオードの光放射方法となる。 As described above, the light emitting method of the light emitting diode includes a light emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface and a reflector unit optically coupled to the periphery of the light emitting unit, and the reflector unit has a two-dimensional direction reflecting surface. It has an extended reflecting surface. Therefore, this LED is equivalent to the two-dimensional direction emission LED of the size of the reflector portion, and can form a large solid angle with respect to the light emitting element, so that it becomes a light emission method of the light emitting diode with high radiation efficiency.
また、かかる発光部はリードフレームに複数連で形成されるが小型にできることから、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、その間隔はパッケージ直径程度で取り数を増すことができる。そして、発光素子封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上であるため、量産性に優れたLEDとなる。さらに、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、LED封止樹脂の内部応力を小さく抑えることができるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じない信頼性の高いものとできる。 In addition, since the light emitting portion is formed in a plurality of lines on the lead frame, it can be reduced in size. Therefore, the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, whereas the interval is increased by the package diameter. Can do. And since light emitting element sealing resin hardening time is generally 1 hour or more, it becomes LED excellent in mass-productivity. Furthermore, since the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, the internal stress of the LED sealing resin can be kept small, so that the stress damage to the light emitting element and the crack of the package do not occur. It can be expensive.
更に、前記リフレクタ部は厚さが薄く形成され、前記発光部から放射された光のうち前記反射面と対向する面に至った光をも二次元方向へ反射するものである。
これによって、反射面で反射されて二次元方向へ反射される光に加えて、反射面と対向する面においても発光部からの光が全反射されて二次元方向へ放射されるので、より放射効率の高いLEDとなる。
Further, the reflector portion is formed to be thin, and reflects light in a two-dimensional direction from the light emitted from the light emitting portion to the surface facing the reflecting surface.
As a result, in addition to the light reflected by the reflecting surface and reflected in the two-dimensional direction, the light from the light emitting part is also totally reflected and radiated in the two-dimensional direction on the surface facing the reflecting surface. It becomes LED with high efficiency.
このようにして、放射効率がより高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードとなる。 In this manner, a two-dimensional direction emission type light emitting diode having higher radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
請求項2の発明にかかる発光ダイオードの光放射方法は、封止用金型にセットされ、光透過性材料によって封止された発光部は、前記光透過性材料によって埋設された発光素子から放射された光を、前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸(Z軸)と略垂直な二次元平面方向へ光を反射する前記発光素子の発光面の中心を略焦点とし、X軸方向を対称軸とする放物線の一部を前記垂直軸(Z軸)の周りに回転させた傘のような形状の二次元方向反射面を有し、前記発光部の前記二次元方向の周囲の外側に界面を設けて取り付けられ、かつ、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部によって、前記反射面と対向し、前記二次元方向反射面及び反射面によって前記二次元方向へ反射された光を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸(Z軸)と略垂直な二次元方向と略垂直な方向へ反射する階段状反射面によって反射させるものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a light emitting method for emitting light of a light emitting diode , wherein a light emitting part set in a sealing mold and sealed with a light transmissive material is emitted from a light emitting element embedded with the light transmissive material. The center of the light-emitting surface of the light-emitting element that reflects the light in a two-dimensional plane direction that is substantially perpendicular to the vertical axis (Z-axis) passing through the center of the light-emitting surface of the light-emitting element is substantially focused, and the X-axis direction Having a two-dimensional direction reflecting surface shaped like an umbrella obtained by rotating a part of a parabola with the axis of symmetry around the vertical axis (Z-axis), and outside of the light emitting part around the two-dimensional direction The reflector portion is mounted with an interface and is optically coupled and has a reflecting surface formed by extending the reflecting surface in the two-dimensional direction so as to face the reflecting surface and reflect the reflecting surface in the two-dimensional direction and the reflecting surface. The light reflected by the surface in the two-dimensional direction It is intended to reflect the stepped reflecting surface for reflecting the substantially vertical dimensional direction substantially perpendicular to the vertical axis (Z-axis) passing through the center of the light emitting surface of the optical element.
このように、この発光ダイオードの光放射方法は、二次元方向反射面を備えた発光部とその周囲に少なくとも光学的に結合されたリフレクタ部を備えており、リフレクタ部は二次元方向反射面を延長した反射面を有している。したがって、このLEDはリフレクタ部の大きさの二次元方向放射LEDと同等なものとなり、発光素子に対して大きな立体角を形成できるため、放射効率の高いLEDとなる。 As described above, the light emitting method of the light emitting diode includes a light emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface and a reflector unit optically coupled to the periphery of the light emitting unit, and the reflector unit has a two-dimensional direction reflecting surface. It has an extended reflecting surface. Therefore, this LED is equivalent to the two-dimensional direction emission LED having the size of the reflector portion, and can form a large solid angle with respect to the light emitting element, so that the LED has high emission efficiency.
また、かかる発光部はリードフレームに複数連で形成されるが小型にできることから、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、その間隔はパッケージ直径程度で取り数を増すことができる。そして、発光素子封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上であるため、量産性に優れたLEDとなる。さらに、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、発光素子封止樹脂の内部応力を小さく抑えることができるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じない信頼性の高いものとできる。 In addition, since the light emitting portion is formed in a plurality of lines on the lead frame, it can be reduced in size. Therefore, the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, whereas the interval is increased by the package diameter. Can do. And since light emitting element sealing resin hardening time is generally 1 hour or more, it becomes LED excellent in mass-productivity. Furthermore, since the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, the internal stress of the light emitting element sealing resin can be kept small, so that the stress damage to the light emitting element and the crack of the package do not occur. Can be high.
そして、前記リフレクタ部は前記反射面と対向し前記二次元方向反射面及び反射面によって前記二次元方向へ反射された光を前記二次元方向と略垂直な方向へ反射する階段状反射面を有するものである。
これによって、発光ダイオードの周囲に反射部材を設けなくても、リフレクタ部が反射部材の役目をして二次元方向と略垂直な方向へ光を反射する。したがって、小型で放射効率の高い灯具として用いることができる発光ダイオードの光放射方法となる。
The reflector unit has a stepped reflecting surface that faces the reflecting surface and reflects the light reflected in the two-dimensional direction by the reflecting surface and the reflecting surface in a direction substantially perpendicular to the two-dimensional direction. Is.
As a result, even without providing a reflecting member around the light emitting diode, the reflector serves as a reflecting member and reflects light in a direction substantially perpendicular to the two-dimensional direction. Therefore, it is a light emitting method of a light emitting diode that can be used as a small and highly efficient lamp.
このようにして、小型で放射効率の高い灯具として用いることができ、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。 In this manner, the light-emitting diode can be used as a small and highly radiant lamp, has excellent mass productivity, and has high reliability.
請求項3の発明にかかる発光ダイオードの光放射方法は、請求項1または請求項2の構成において、前記発光部の二次元方向反射面は、発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the light emitting method for emitting light of a light emitting diode according to the first or second aspect, wherein the two-dimensional reflection surface of the light emitting section is focused on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and is elliptical or parabolic. , A hyperbola, or a part of any of these approximate curves is rotated around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element.
これによって、発光素子から発せられた光のうち、所定の範囲内の光が二次元方向反射面としての光学面に至り、これらの光は光学面への入射角が臨界角より大きいため全て全反射されて側面に向かう。ここで、光学面は発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているため、光学面で反射された光は全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。そして、リフレクタ部の上面はこの光学面と連続した形状をしているため、リフレクタ部の上面で反射された光も全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。 As a result, of the light emitted from the light emitting element, the light within a predetermined range reaches the optical surface as the two-dimensional direction reflecting surface, and all of these lights are all incident because the incident angle to the optical surface is larger than the critical angle. Reflected toward the side. Here, the optical surface is focused on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and an ellipse, a parabola, a hyperbola, or a part of any of these approximate curves is rotated around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element. Due to the shape, all the light reflected by the optical surface travels parallel to the horizontal plane and is emitted in a two-dimensional direction. And since the upper surface of a reflector part has the shape which followed this optical surface, all the light reflected on the upper surface of a reflector part advances in parallel with a horizontal surface, and is radiated | emitted in a two-dimensional direction.
このようにして、二次元方向への放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。 In this way, a light emitting diode having high radiation efficiency in a two-dimensional direction, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
以上説明したように、請求項1の発明にかかる発光ダイオードの光放射方法は、光透過性材料によって埋設された発光素子から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部と、前記発光部の少なくとも二次元方向の周囲で、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部とを具備するものである。 As described above, the light emitting method for a light emitting diode according to the first aspect of the present invention is a two-dimensional method of reflecting light emitted from a light emitting element embedded with a light transmissive material in at least a two-dimensional plane direction. A light emitting unit having a direction reflecting surface, and a reflector unit having a reflecting surface that is optically coupled and extends the two-dimensional direction reflecting surface around at least the two-dimensional direction of the light emitting unit. is there.
このように、この発光ダイオードの光放射方法は、二次元方向反射面を備えた発光部とその周囲に少なくとも光学的に結合されたリフレクタ部を備えており、リフレクタ部は二次元方向反射面を延長した反射面を有している。したがって、このLEDはリフレクタ部の大きさの二次元方向放射LEDと同等なものとなり、発光素子に対して大きな立体角を形成できるため、放射効率の高い発光ダイオードの光放射方法となる。 As described above, the light emitting method of the light emitting diode includes a light emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface and a reflector unit optically coupled to the periphery of the light emitting unit, and the reflector unit has a two-dimensional direction reflecting surface. It has an extended reflecting surface. Therefore, this LED is equivalent to the two-dimensional direction emission LED of the size of the reflector portion, and can form a large solid angle with respect to the light emitting element, so that it becomes a light emission method of the light emitting diode with high radiation efficiency.
また、かかる発光部はリードフレームに複数連で形成されるが小型にできることから、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、その間隔はパッケージ直径程度で取り数を増すことができる。そして、発光素子封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上であるため、量産性に優れたLEDとなる。さらに、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、発光素子封止樹脂の内部応力を小さく抑えることができるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じない信頼性の高いものとできる。 In addition, since the light emitting portion is formed in a plurality of lines on the lead frame, it can be reduced in size. Therefore, the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, whereas the interval is increased by the package diameter. Can do. And since light emitting element sealing resin hardening time is generally 1 hour or more, it becomes LED excellent in mass-productivity. Furthermore, since the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, the internal stress of the light emitting element sealing resin can be kept small, so that the stress damage to the light emitting element and the crack of the package do not occur. Can be high.
そして、前記リフレクタ部は厚さが薄く形成され、前記発光部から放射された光のうち前記反射面と対向する面に至った光をも二次元方向へ反射するものである。
これによって、反射面で反射されて二次元方向へ反射される光に加えて、反射面と対向する面においても発光部からの光が全反射されて二次元方向へ放射されるので、より放射効率の高いLEDとなる。
The reflector portion is formed with a small thickness, and the light reaching the surface facing the reflection surface out of the light emitted from the light emitting portion is also reflected in the two-dimensional direction.
As a result, in addition to the light reflected by the reflecting surface and reflected in the two-dimensional direction, the light from the light emitting part is also totally reflected and radiated in the two-dimensional direction on the surface facing the reflecting surface. It becomes LED with high efficiency.
このようにして、放射効率がより高く、量産性に優れ、信頼性が高い二次元方向放射型の発光ダイオードとなる。 In this manner, a two-dimensional direction emission type light emitting diode having higher radiation efficiency, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
請求項2の発明にかかる発光ダイオードの光放射方法は、光透過性材料によって埋設された発光素子から放射された光を、少なくとも二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部と、前記発光部の少なくとも二次元方向の周囲で、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部とを具備するものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a light emitting method for a light emitting diode, comprising: a light emitting element having a two-dimensional direction reflecting surface that reflects light emitted from a light emitting element embedded with a light transmissive material in at least a two-dimensional plane direction. And a reflector having a reflection surface that is optically coupled and extends the reflection surface in the two-dimensional direction at least around the light-emitting portion in the two-dimensional direction.
このように、この発光ダイオードの光放射方法は、二次元方向反射面を備えた発光部とその周囲に少なくとも光学的に結合されたリフレクタ部を備えており、リフレクタ部は二次元方向反射面を延長した反射面を有している。したがって、このLEDはリフレクタ部の大きさの二次元方向放射LEDと同等なものとなり、発光素子に対して大きな立体角を形成できるため、放射効率の高い発光ダイオードの光放射方法となる。 As described above, the light emitting method of the light emitting diode includes a light emitting unit having a two-dimensional direction reflecting surface and a reflector unit optically coupled to the periphery of the light emitting unit, and the reflector unit has a two-dimensional direction reflecting surface. It has an extended reflecting surface. Therefore, this LED is equivalent to the two-dimensional direction emission LED of the size of the reflector portion, and can form a large solid angle with respect to the light emitting element, so that it becomes a light emission method of the light emitting diode with high radiation efficiency.
また、かかる発光部はリードフレームに複数連で形成されるが小型にできることから、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、その間隔はパッケージ直径程度で取り数を増すことができる。そして、発光素子封止樹脂硬化時間は一般に1時間以上であるため、量産性に優れたLEDとなる。さらに、同一立体角を発光素子封止樹脂で形成するのに対して、発光素子封止樹脂の内部応力を小さく抑えることができるので、発光素子への応力ダメージ、パッケージのクラックが生じない信頼性の高いものとできる。
そして、前記リフレクタ部は前記反射面と対向し前記二次元方向反射面及び反射面によって前記二次元方向へ反射された光を前記二次元方向と略垂直な方向へ反射する階段状反射面を有するものである。
In addition, since the light emitting portion is formed in a plurality of lines on the lead frame, it can be reduced in size. Therefore, the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, whereas the interval is increased by the package diameter. Can do. And since light emitting element sealing resin hardening time is generally 1 hour or more, it becomes LED excellent in mass-productivity. Furthermore, since the same solid angle is formed with the light emitting element sealing resin, the internal stress of the light emitting element sealing resin can be kept small, so that the stress damage to the light emitting element and the crack of the package do not occur. Can be high.
The reflector unit has a stepped reflecting surface that faces the reflecting surface and reflects the light reflected in the two-dimensional direction by the reflecting surface and the reflecting surface in a direction substantially perpendicular to the two-dimensional direction. Is.
これによって、発光ダイオードの周囲に反射部材を設けなくても、リフレクタ部が反射部材の役目をして二次元方向と略垂直な方向へ光を反射する。したがって、小型で放射効率の高い灯具として用いることができる発光ダイオードとなる。 As a result, even without providing a reflecting member around the light emitting diode, the reflector serves as a reflecting member and reflects light in a direction substantially perpendicular to the two-dimensional direction. Therefore, it becomes a light emitting diode that can be used as a lamp having a small size and high radiation efficiency.
このようにして、小型で放射効率の高い灯具として用いることができ、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。 In this manner, the light-emitting diode can be used as a small and highly radiant lamp, has excellent mass productivity, and has high reliability.
請求項3の発明にかかる発光ダイオードの光放射方法は、請求項1または請求項2の構成において、前記発光部の二次元方向反射面は、発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the light emitting method for emitting light of a light emitting diode according to the first or second aspect, wherein the two-dimensional reflection surface of the light emitting section is focused on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and is elliptical or parabolic. , A hyperbola, or a part of any of these approximate curves is rotated around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element.
これによって、発光素子から発せられた光のうち、所定の範囲内の光が二次元方向反射面としての光学面に至り、これらの光は光学面への入射角が臨界角より大きいため全て全反射されて側面に向かう。ここで、光学面は発光素子あるいは発光素子周辺を焦点とし、楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線のいずれかの一部を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸の周りに回転させた形状をしているため、光学面で反射された光は全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。そして、リフレクタ部の上面はこの光学面と連続した形状をしているため、リフレクタ部の上面で反射された光も全て水平面に平行に進み、二次元方向に放射される。 As a result, of the light emitted from the light emitting element, the light within a predetermined range reaches the optical surface as the two-dimensional direction reflecting surface, and all of these lights are all incident because the incident angle to the optical surface is larger than the critical angle. Reflected toward the side. Here, the optical surface is focused on the light emitting element or the periphery of the light emitting element, and an ellipse, a parabola, a hyperbola, or a part of any of these approximate curves is rotated around a vertical axis passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element. Due to the shape, all the light reflected by the optical surface travels parallel to the horizontal plane and is emitted in a two-dimensional direction. And since the upper surface of a reflector part has the shape which followed this optical surface, all the light reflected on the upper surface of a reflector part advances in parallel with a horizontal surface, and is radiated | emitted in a two-dimensional direction.
このようにして、二次元方向への放射効率が高く、量産性に優れ、信頼性が高い発光ダイオードとなる。 In this way, a light emitting diode having high radiation efficiency in a two-dimensional direction, excellent mass productivity, and high reliability is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1
まず、本発明の発光ダイオードの光放射方法の実施の形態1について、図1乃至図3を参照して説明する。図1(a)は本発明の実施の形態1にかかる発光ダイオードの光放射方法の全体構成を示す平面図、(b)は縦断面図である。図2は本発明の実施の形態1にかかる発光ダイオードの光放射方法の二次元方向放射光源としての特性を示す説明図である。図3は本発明の実施の形態1にかかる発光ダイオードの光放射方法を用いた灯具の構成を示す縦断面図である。
Embodiment 1
First, a first embodiment of the light emitting method for emitting light of a light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view showing an entire configuration of a light emitting method for a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a longitudinal sectional view thereof. FIG. 2 is an explanatory diagram showing characteristics as a two-dimensional direction emission light source of the light emission method of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a lamp using the light emitting method for light emitting diodes according to the first embodiment of the present invention.
まず、本実施の形態1のLED2の構造について、図1を参照して説明する。図1に示されるように、LED2は発光部3にリフレクタ部4を取り付けてなる。発光部3は、立設された1対のリード5a,5bのうちリード5aに発光素子8をマウントし、発光素子8とリード5bとは図示しないワイヤで電気的接続をとっている。これらのリード5a,5bの先端、発光素子8、ワイヤが樹脂封止用金型にセットされて、透明エポキシ樹脂によって図に示すような断面形状に樹脂封止されている。
First, the structure of the
ここで、発光部3の上面3aの中心部分には微小な平坦面が形成されている。この中心点に続いて二次元方向放射面としての反射面3aとして発光素子8の発光面の中心を略焦点とし、X軸方向を対称軸とする放物線の一部をZ軸の周りに回転させた傘のような形状をしている。また、発光部3の側面は、発光素子8を中心とする球面の一部をなしている。発光素子8から上方に放射された光は反射面3aで略水平方向に反射されて、360度二次元方向に放射される。また、発光素子8から側方に放射された光は球面の一部をなす側面から二次元方向に放射される。
Here, a minute flat surface is formed at the central portion of the
このような径の小さい二次元方向放射の発光部3は量産性に優れ、信頼性が高いが光学的に不利である。そこで、かかる発光部3の外側に、リング状のリフレクタ部4が取り付けられる。リフレクタ部4は発光部3と同等の屈折率のアクリル樹脂で形成され、光学接合剤によって物理的、光学的に接合されている。なお、必ずしも物理的接合は必要ではない。また、発光部3とリフレクタ部4との隙間は僅かであり、それぞれの界面は略平行であるので、光学接合剤を用いなくても光損失は小さく、必ずしも光学接合剤を用いなくても良い。
Such a small-diameter two-dimensionally radiating
なお、発光部3は発光素子8を封止するとともに反射面3aを形成してあるので、発光素子8に対し反射面3aが近接したものとでき、ワイヤ高さ程度の0.3mmとすることも可能である。近接することで幾何学的に大きな立体角をとることができ、他の部材で反射面3aを形成するよりも光学的に有利である。
In addition, since the
リフレクタ部4の上面4aは、発光部3の上面3aと連続した曲面になっており、発光素子8から放射されリフレクタ部4の上面4aで反射された光は、略水平に360度二次元方向に放射される。ここで、発光部3の外径はφ5であり、リフレクタ部4の外径はφ20である。リフレクタ部4を取り付けることによる光学的利点について、図2を参照して説明する。図2に示されるように、発光部3のみの場合は発光素子8の中心を通る垂線からθ1の角度内の光しか二次元方向に放射されないのに対して、リフレクタ部4を取り付けることによって垂線からθ2の角度内の光まで二次元方向に放射されるので、θ1〜θ2の角度内に放射される光をも有効に二次元方向に放射することができる。
The
なお、図2では断面による二次元表示であるが、実際にはθ1〜θ2範囲の立体角内の光であるので、顕著な効果を得ることができる。 In FIG. 2, the cross-sectional two-dimensional display is used, but since the light is actually within a solid angle in the range of θ1 to θ2, a remarkable effect can be obtained.
このような本実施の形態1の発光ダイオード2を用いた灯具について、図3を参照して説明する。図3に示されるように、本実施の形態1のLED2を用いた灯具1は、中心に発光素子を内蔵した二次元方向放射光源としてのLED2が載置され、その周囲に設置された反射部材6の階段状の表面のうち略45度の斜めの部分6aが反射面となっている。そして、これらを覆う前面カバーレンズ7を備えている。LED2のリード5に電力を供給すると、LED2の発光部3の周囲に取り付けられたリフレクタ部4の側面から360度の二次元方向に向かって発光素子の光が放射され、これらの光は反射部材6の反射面6aで略垂直方向に反射されて、前面カバーレンズ7から外部放射される。
A lamp using the
なお、ここで二次元方向とは、LED2に対する、その周辺に設置された反射部材6の反射面6aへの方向を意味する。厳密にLED2からZ軸に対して垂直な平面方向ではなく、LED2からの光が、LED2の周囲に設置された反射面へ効率良く照射されるものであれば良い。
In addition, a two-dimensional direction means here the direction to the
このように、本実施の形態1の発光ダイオード2を用いた灯具1は、極めて薄型で、LED2から放射される光の大部分が有効利用され、前面カバーレンズ7から極めて効率良く外部放射される。
As described above, the lamp 1 using the
実施の形態2
次に、本発明の発光ダイオードの光放射方法の実施の形態2について、図4を参照して説明する。図4は本発明の実施の形態2にかかる発光ダイオードの全体構成を示す縦断面図である。
Next, a second embodiment of the light emitting method for emitting light of a light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of the light emitting diode according to the second embodiment of the present invention.
図4に示されるように、本実施の形態2のLED12は、発光部3の構造は実施の形態1と同様である。しかし、リフレクタ部14の底面14bが発光素子8のマウント面近くまで上がって、リフレクタ部14が薄くなっている。これによって、発光素子8から上方へ放射される光のみでなく、発光素子8の側面から下方へ放射される光のリフレクタ部14の底面14bに対する入射角も大きくなって臨界角を超えるので、リフレクタ部14の底面14bで全反射されてリフレクタ部14の側面から二次元方向に放射される。
As shown in FIG. 4, in the
また、発光素子8が大きさを有するために、リフレクタ部14の上面14aで反射されて図示のように水平方向に放射されずに下方に反射される光もあるが、このような光もリフレクタ部14の底面14bで全反射されてリフレクタ部14の側面から二次元方向に放射される。
Further, since the
これによって、LED12から二次元方向に放射される光量が増加し、放射効率のより良い二次元方向放射LEDとなる。
As a result, the amount of light emitted from the
実施の形態3
次に、本発明の発光ダイオードの光放射方法の実施の形態3について、図5を参照して説明する。図5は本発明の実施の形態3にかかる発光ダイオードの光放射方法の全体構成を示す縦断面図である。
Next, a third embodiment of the light emitting method of the light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a light emitting method for a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.
図5に示されるように、本実施の形態3のLED21は、発光部3の構造は実施の形態1と同様である。しかし、リフレクタ部24の底面が階段状に形成されて斜面の部分が反射面24bとなっており、上面3a,24aから二次元方向に反射されてきた光を反射面24bで上方へ反射する。上方へ反射された光はリフレクタ部24の上面24aから外部放射されるが、この際上面24aにおいて屈折が起こるため屈折後の光が略垂直に外部放射されるように反射面24bによる反射方向を制御する。そして、反射面24bの二次元放射光に対する角度が全反射とならない角度になるようであれば、反射面24bに外部から金属蒸着等の鏡面処理を施して高い反射率を確保する必要がある。
As shown in FIG. 5, in the
このようにして、リフレクタ部24の底面に二次元放射光を略垂直方向に反射する反射面24bを形成することによって、小型の灯具としての役目を果たす発光ダイオード21となる。
In this way, by forming the
実施の形態4
次に、本発明の発光ダイオードの光放射方法の実施の形態4について、図6を参照して説明する。図6(a)は本発明の実施の形態4にかかる発光ダイオードの光放射方法の全体構成を示す平面図、(b)は縦断面図である。
Embodiment 4
Next, Embodiment 4 of the light emission method of the light emitting diode of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a plan view showing an entire configuration of a light emitting method for a light emitting diode according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a longitudinal sectional view thereof.
図6に示されるように、本実施の形態4のLED31は、発光部3の構造は実施の形態1と同様である。しかし、リフレクタ部34の外形が上記各実施の形態においては円形であったが、本実施の形態4においては楕円形になっている。また、リフレクタ部34の底面は実施の形態3と同様に階段状に形成され、斜面の部分が反射面34bとなっており、上面3a,34aから二次元方向に反射されてきた光を反射面34bで上方へ反射する。上方へ反射された光はリフレクタ部34の上面34aから外部放射されるが、この際上面34aにおいて屈折が起こるため屈折後の光が略垂直に外部放射されるように反射面34bによる反射方向を制御する。そして、反射面34bの二次元放射光に対する角度が全反射とならない角度になるようであれば、反射面34bに外部から金属蒸着等の鏡面処理を施して高い反射率を確保する必要がある。
As shown in FIG. 6, in the
さらに、図6(a)に示されるように、リフレクタ部34の底面は8個のセグメントに分かれ、隣り合うセグメント同士の反射面34bが互い違いになるように形成されている。そして、各反射面34bを発光部3からの照射密度に応じて曲率を持たせることによって、発光ダイオード31全体の輝度を均一にすることができる。この結果、上方から見た場合、発光ダイオード31の全体の輝度が均一でキラキラ光る自然なイメージの発光ダイオードとできる。さらに、発光ダイオード31は消灯している際にも外部光が反射して全体が均一にキラキラ光る非常に見栄えの良い発光ダイオードとなる。
Furthermore, as shown in FIG. 6A, the bottom surface of the
実施の形態5
次に、本発明の発光ダイオードの光放射方法の実施の形態5について、図7を参照して説明する。図7は本発明の実施の形態5にかかる発光ダイオードの光放射方法の全体構成を示す縦断面図である。
Embodiment 5
Next, a fifth embodiment of the light emitting method for emitting light of the light emitting diode according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7: is a longitudinal cross-sectional view which shows the whole structure of the light emission method of the light emitting diode concerning Embodiment 5 of this invention.
図7に示されるように、本実施の形態5のLED51は、上記各実施の形態と異なり、光源部53と反射部54とからなる。即ち、光源部53は、立設された1対のリード55a,55bのうちリード55aに発光素子8をマウントし、発光素子8とリード55bとは図示しないワイヤで電気的接続をとっている。これらのリード55a,55bの先端、発光素子8、ワイヤが樹脂封止用金型にセットされて、透明エポキシ樹脂によって図に示すような円錐形と円柱形とが接続された形状に樹脂封止される。
As shown in FIG. 7, the
そして、透明エポキシ樹脂と同等の屈折率を有するアクリル樹脂からなり、中央部分に光源部53の円錐部分と対応する凹部を有する反射部54が、円錐部分において光学接合剤によって物理的、光学的に接合されている。なお、必ずしも物理的接合は必要ではない。また、光源部53と反射部54との隙間は僅かであり、それぞれの界面は略平行であるので、光学接合剤を用いなくても光損失は小さく、必ずしも光学接合剤を用いなくても良い。
Then, the reflecting
反射部54の上面54aは、発光素子8から放射された光が略二次元平行方向に反射される二次元方向反射面となっている。したがって、1対のリード55a,55bに電力を供給して発光素子8を発光させると、上方へ向かって上面54aで反射された光は略水平に360度二次元方向に反射され、反射部54の側面から外部放射される。
The
このように、二次元平面方向へ光を反射する二次元方向反射面を有する発光部とリフレクタ部の組み合わせでなくても、二次元方向へ高い放射効率で光を放射できる発光ダイオードとなる。なお、反射部54は必ずしも光源部53の円錐部分にのみ結合するものに限られず、その下の光源部53の円柱部分にまで結合するものでも良い。
Thus, even if it is not the combination of the light emission part which has a two-dimensional direction reflective surface which reflects light to a two-dimensional plane direction, and a reflector part, it becomes a light emitting diode which can radiate | emit light with high radiation efficiency to a two-dimensional direction. Note that the reflecting
上記各実施の形態においては、発光素子として赤色発光素子を用いた場合を想定しているが、何色の発光素子を用いても構わない。また、発光部及び光源部において発光素子等を封止する光透過性材料として透明エポキシ樹脂を用いているが、透明シリコン樹脂を始めとするその他の材料を用いても良い。 In each of the above embodiments, it is assumed that a red light emitting element is used as the light emitting element, but any color light emitting element may be used. In addition, although a transparent epoxy resin is used as a light transmissive material for sealing the light emitting element and the like in the light emitting portion and the light source portion, other materials such as a transparent silicon resin may be used.
また、発光部の上面の中心部分の平坦面は凹面や凸面でも良く、あるいは中心部分から反射面が形成されたものでも良い。反射面はX軸を対称軸とする放物線の一部をZ軸の周りに回転させた形状に限らず、発光素子あるいは発光素子の周辺を焦点とする楕円、放物線、双曲線、あるいはこれらの近似曲線の一部をZ軸の周りに回転させた形状としても、所定範囲へ光を放射することができる。 Further, the flat surface at the central portion of the upper surface of the light emitting unit may be a concave surface or a convex surface, or a reflecting surface may be formed from the central portion. The reflecting surface is not limited to a shape in which a part of a parabola with the X axis as a symmetric axis is rotated around the Z axis, but an ellipse, a parabola, a hyperbola, or an approximate curve of these that focuses on the periphery of the light emitting element or light emitting element Even if a part of is rotated around the Z axis, light can be emitted to a predetermined range.
また、上記各実施の形態においては、リフレクタ部及び反射部の外形を円形あるいは楕円形としているが、その他の形状としても構わない。さらに、リフレクタ部及び反射部の素材としてはアクリル樹脂を用いているが、発光部の封止材料と同等の屈折率を有するものであれば、どのような素材を用いても構わない。 In each of the above embodiments, the outer shape of the reflector portion and the reflecting portion is circular or elliptical, but other shapes may be used. Furthermore, although acrylic resin is used as the material for the reflector part and the reflecting part, any material may be used as long as it has a refractive index equivalent to that of the sealing material for the light emitting part.
発光ダイオードのその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。 The configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, and the like of the other parts of the light emitting diode are not limited to the above embodiments.
2,12,21,31,51 発光ダイオード
3 発光部
3a 二次元方向放射面
4,14,24,34 リフレクタ部
4a,14a,24a,34a 反射面
8 発光素子
14b 反射面と対向する面
24b,34b 階段状反射面
53 光源部
54 反射部
2, 12, 21, 31, 51
Claims (3)
前記発光部の前記二次元方向の周囲の外側に界面を設けて取り付けられ、かつ、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部によって、前記発光部から放射された光のうち、前記反射面と対向する面に至った光をも、前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸(Z軸)と略垂直な二次元方向へ反射させることを特徴とする発光ダイオードの光放射方法。 The light emitting section set in the sealing mold and sealed with the light transmissive material passes the light emitted from the light emitting element embedded with the light transmissive material through the center of the light emitting surface of the light emitting element. A part of a parabola with the center of the light emitting surface of the light emitting element reflecting light in a two-dimensional plane direction substantially perpendicular to the vertical axis (Z axis) as a substantially focal point and a symmetric axis in the X axis direction is defined as the vertical axis (Z A two-dimensional direction reflecting surface shaped like an umbrella rotated around the axis)
The light emitting unit is provided by a reflector unit which is attached with an interface outside the periphery of the light emitting unit in the two-dimensional direction and is optically coupled and has a reflecting surface extending from the two-dimensional direction reflecting surface. Of the light emitted from the light source, the light reaching the surface facing the reflection surface is also reflected in a two-dimensional direction substantially perpendicular to the vertical axis (Z axis) passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element. A light emitting method for emitting light of a light emitting diode.
前記発光部の前記二次元方向の周囲の外側に界面を設けて取り付けられ、かつ、光学的に結合され、前記二次元方向反射面を延長してなる反射面を有するリフレクタ部によって、前記反射面と対向し、前記二次元方向反射面及び反射面によって前記二次元方向へ反射された光を前記発光素子の発光面の中心を通る垂直軸(Z軸)と略垂直な二次元方向と略垂直な方向へ反射する階段状反射面によって反射させることを特徴とする発光ダイオードの光放射方法。 The light emitting section set in the sealing mold and sealed with the light transmissive material passes the light emitted from the light emitting element embedded with the light transmissive material through the center of the light emitting surface of the light emitting element. A part of a parabola with the center of the light emitting surface of the light emitting element reflecting light in a two-dimensional plane direction substantially perpendicular to the vertical axis (Z axis) as a substantially focal point and a symmetric axis in the X axis direction is defined as the vertical axis (Z A two-dimensional direction reflecting surface shaped like an umbrella rotated around the axis)
The reflecting surface is provided by a reflector unit having a reflecting surface that is attached with an interface outside the periphery of the light emitting unit in the two-dimensional direction and is optically coupled and extends the reflecting surface of the two-dimensional direction. The two-dimensional direction reflecting surface and the light reflected in the two-dimensional direction by the reflecting surface are substantially perpendicular to the two-dimensional direction substantially perpendicular to the vertical axis (Z-axis) passing through the center of the light emitting surface of the light emitting element. light emission method of the light-emitting diodes, characterized in that to thus reflecting the stepped reflecting surface which reflects the a direction.
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