JP5560319B2 - 発光ダイオード素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体照明分野に関し、特に照射パターンを変えることができる発光ダイオード素子に関するものである。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は、新興のエネルギーとして、高輝度、長寿命及び低汚染などの長所を有するため、従来の光源に代えて、多くの場所に幅広く用いられている。

単独の発光ダイオードが点光源であるため、それを採用して照明装置を作製する時に、通常該発光ダイオードにレンズを取り付けて、一次光学変換を行なって、該発光ダイオードの照射パターンを変える。従来から、具体的な照明環境に基づいて、発光ダイオード素子と組み合せて使用するための特定のレンズがそれぞれ設計される。しかし、実際の使用において、各々の発光ダイオード素子の照射パターンが固定であり、環境の変化に従って変えることができない。つまり、従来の発光ダイオード素子の環境適応能力は低い。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、照射パターンを環境に基づいて変えることができる発光ダイオード素子を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る発光ダイオード素子は、台座部と、前記台座部に設けられる発光チップと、該発光チップを取り囲むように設けられた２つの回転部品と、前記発光チップを覆うように前記２つの回転部品上に跨って搭載されるレンズと、２つの阻止ピンと、を備える。前記２つの回転部品は、前記台座部における前記発光チップの対向する両側にそれぞれ設けられ、前記２つの阻止ピンは、該２つの回転部品の外側にそれぞれ位置し、前記２つの阻止ピンの前記台座部から突出する高さは、前記レンズの前記台座部から突出する高さより大きいか又はそれに等しく、前記レンズは、弾性を有し且つ透明な材料からなり且つ前記台座部での正投影が楕円形を呈し、２つの前記阻止ピンの間の距離は、前記レンズの楕円形の前記正投影の長軸の長さより小さく且つ楕円形の前記正投影の短軸の長さより大きく、２つの前記回転部品と２つの前記阻止ピンは、前記発光チップを中心として相対的に運動する。

従来の技術と異なり、発光ダイオード素子に異なる環境に基づいて異なる照射パターンを生じさせるため、本発明は、発光ダイオード素子の回転部品を回転することにより、そのレンズを阻止ピンからの外力によって弾性変形させて、該レンズの曲率を変える。従って、従来の発光ダイオード素子に対して、本発明の発光ダイオード素子は、さらに好ましい環境適応能力を有する。

本発明の第一実施形態に係る発光ダイオード素子を示す図である。 図１に示した発光ダイオード素子のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示した発光ダイオード素子のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面の分解図である。 図１に示した発光ダイオード素子の別の状態を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す図である。 本発明の第三実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す図である。 本発明の第四実施形態に係る発光ダイオード素子の構造を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る発光ダイオード素子１００は、台座部１０と、該台座部１０に設けられる発光チップ２０と、該台座部１０に設けられ且つ該発光チップ２０を取り囲む２つの回転部品３０と、該回転部品３０の先端に固定され且つ該発光チップ２０の上方を覆ったレンズ４０と、該台座部１０から上へ延伸し且つ該レンズ４０の対向する両側に位置する２つの阻止ピン５０と、を備える。

図２及び図３を併せて参照すると、該台座部１０は、底板１１及び該底板１１の上面に接着される基板１２を含む。底板１１及び基板１２は、それぞれ円盤状を呈する。なお、変形例として、底板１１及び基板１２を矩形、多角形等の形状にしてもよい。底板１１は、金属及びセラミック等の熱伝導材料からなる。基板１２は、エポキシ、シリコン樹脂或いはポリフタル酸アミド（Ｐｏｌｙｐｈｔｈａｌａｍｉｄｅ，ＰＰＡ）等の熱伝導且つ絶縁の材料からなる。底板１１には、環状の収容凹溝１１１が設けられている。基板１２の収容凹溝１１１に対応する箇所には、環状の貫通溝１２１が設けられている。該収容凹溝１１１と該貫通溝１２１は、同心円である。且つ、該収容凹溝１１１の幅は、該貫通溝１２１の幅より大きい。また、基板１２には、発光チップ２０と電気的に接続するための電極（図示せず）が設けられている。

発光チップ２０は基板１２の中央部に固定され、基板１２の貫通溝１２１は該発光チップ２０を囲んでいる。また、発光チップ２０は、基板１２に逆様に実装されている。発光チップ２０の両極は、基板１２の電極に電気的に接続される。

２つの前記回転部品３０は、基板１２における発光チップ２０がある一方側に間隔をあけて設けられ、且つ該発光チップ２０の対向する両側にそれぞれ位置する。該２つの回転部品３０は、基板１２に対してそれぞれ垂直であり、且つ該基板１２に平行する方向に沿ってアーチを呈する。また、該２つの回転部品３０の中心は、基板１２の貫通溝１２１と底板１１の収容凹溝１１１との円心と重なっている。各回転部品３０の他方の回転部品３０に向かう端部と該他方の回転部品３０との間には、隙間３３が形成されている。該２つの回転部品３０とレンズ４０と基板１２とによって隙間３３を取り囲むことで、収容空間３４が形成される。発光チップ２０は、該収容空間３４内に収納される。

各々の回転部品３０は、前記基板１２に平行な断面がアーチ型の側壁３１及び該側壁３１の底部に位置するフランジ３２を備える。該フランジ３２は、側壁３１に沿った円弧状を呈し、且つ側壁３１の底部から該側壁３１の両側へ側壁３１に対して垂直に延伸する。側壁３１の底部は、基板１２の貫通溝１２１の中に挿入嵌合される。フランジ３２は、底板１１の環状の収容凹溝１１１内に収納され、且つ各貫通溝１２１の左右両側の基板１２の底面に当接される。これにより、２つの該回転部品３０は、台座部１０の中に嵌合される。また、図１に示すように、２つの該回転部品３０は、収容凹溝１１１及び貫通溝１２１の中でスライドして、基板１２に対して平行する平面内で回転することができる。

前記レンズ４０は、発光チップ２０の真上に搭載され、該発光チップ２０の照射パターンを変えることに用いられる。該レンズ４０は、凸レンズであり、シリカゲル及びゴム等の弾性を有し且つ透明な材料からなり、外力を受けると弾性変形される。レンズ４０の基板１２の表面における正投影は、楕円形を呈する。レンズ４０の中央部の厚さは、周辺の厚さより大きく、且つ全体の厚さは中央部から縁に向かって次第に小さくなる。また、レンズ４０の該楕円形正投影の短軸β方向に沿う対向する両側は、２つの回転部品３０の基板１２から離れる先端にそれぞれ固定される。

２つの前記阻止ピン５０は、基板１２の発光チップ２０が所在する一方側の表面から垂直に延伸してなる。２つの該阻止ピン５０は、それぞれ円柱状であり、且つレンズ４０の対向する両側に設けられる（つまり、２つの回転部品３０の外側にそれぞれ位置する）。２つの該阻止ピン５０の台座部１０に対する突出高さは、レンズ４０の台座部１０に対する突出高さより大きいか又はそれに等しい。また、２つの該阻止ピン５０の間の距離は、レンズ４０の基板１２の表面における楕円形の正投影の長軸αの長さより小さく、且つレンズ４０の基板１２の表面における楕円形の正投影の短軸βの長さより大きい。

本発明の発光ダイオード素子１００が作動する時に、発光チップ２０が発する光線は、レンズ４０を透過して、所定の照射パターンの光スペックを生じる。該発光ダイオード素子１００を取り巻く環境に変化が起こり、該発光ダイオード素子１００の照射パターンも前記環境に従って変化しなければならない場合に、ユーザーは２つの該回転部品３０を回転して、レンズ４０を動かして回転させる。該レンズ４０の長軸方向での両端が該２つの阻止ピン５０にぶつかる（図４を参照）と、該レンズ４０は２つの該阻止ピン５０により押圧されて弾性変形し、該レンズ４０の発光チップ２０の真正面に位置する部分の曲率は変わり、これにより、該発光ダイオード素子１００の照射パターンは、要求に適うように変化する。この際、レンズ４０の中央部の厚さは、図１乃至図３に示したレンズ４０の中央部の厚さより大きくなる。しかも、図１乃至図３に示した状態に置かれた発光ダイオード素子１００に対して、図４に示した状態に置かれる発光ダイオード素子１００の照射パターンは、さらに明るくて集中する。

以下、本発明の他の実施形態に係る発光ダイオード素子について説明する。図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構造、作用及び効果は図１及び図２に示すものと同様であるが、詳しい説明を省略する。

図５に示すように、本発明の第二実施形態に係る発光ダイオード素子１００ａに関して、第一実施形態に記載した発光ダイオード素子１００と類似しているが、第一実施形態と異なるところは、該発光ダイオード素子１００ａの２つの回転部品３０ａが上記の回転部品３０の基礎の上で、さらに改善された点である。具体的に言えば、該発光ダイオード素子１００ａの各々の回転部品３０ａの該発光チップ２０に面した側の側壁は傾斜していて、光反射面３５を形成する。この光反射面３５は、該回転部品３０ａの前記レンズ４０と当接する先端から該発光ダイオード素子１００ａの基板１２に向かって斜めに延在する。また、２つの回転部品３０ａの光反射面３５の間のピッチは、基板１２からレンズ４０に向かって次第に増大する。これにより、発光チップ２０から光反射面３５へ照射する光線は、該光反射面３５によりレンズ４０に反射され、該発光ダイオード素子１００ａの輝度は高められる。

図６に示すように、本発明の第三実施形態に係る発光ダイオード素子１００ｂに関して、第一実施形態に記載した発光ダイオード素子１００と類似しているが、第一実施形態と異なるところは、該発光ダイオード素子１００ｂは、光反射カップ６０をさらに備える点である。該光反射カップ６０は、該発光ダイオード素子１００ｂの基板１２に固定され、且つ反射性を持つ材料からなる。また、該光反射カップ６０は、円筒状を呈し、該発光ダイオード素子１００ｂの２つの回転部品３０の間に位置する。発光チップ２０は、光反射カップ６０により取り囲まれている。光反射カップ６０の内径は、基板１２からレンズ４０に向かって次第に増大する。これにより、光反射カップ６０の発光チップ２０に向かう内側面は、傾斜して光反射面６１を形成する。該光反射面６１は、光反射カップ６０の該発光ダイオード素子１００ｂのレンズ４０に向かう先端から基板１２に向かって斜めに延在する。これにより、発光チップ２０から光反射面６１へ照射する光線は、該光反射面６１によりレンズ４０に反射され、該発光ダイオード素子１００ｂの輝度は高められる。

図７に示すように、本発明の第四実施形態に係る発光ダイオード素子１００ｃに関して、第一実施形態に記載した発光ダイオード素子１００と類似しているが、第一実施形態と異なるところは、該発光ダイオード素子１００ｃのレンズ４０ｃが凹レンズである点である。該凹レンズ４０ｃの中央部の厚さは、周辺の厚さより小さく、且つ中心から縁へ次第に増大したのち、次第に小さくなる。

総じて言えば、本発明は、発光ダイオード素子１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃの回転部品３０、３０ａを回転することにより、そのレンズ４０、４０ｃを阻止ピン５０に接触させて、弾性変形させ、該レンズ４０、４０ｃの曲率を変える。これにより、本発明の発光ダイオード素子１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、異なる照射パターンを生じて、異なる外部環境に適応することができる。つまり、従来の発光ダイオード素子に対して、本発明の発光ダイオード素子は、さらに好ましい環境適応能力を有する。

上記の各実施形態において、回転部品３０、３０ａは、運動部品であり、阻止ピン５０は静止部品であるが、変形例として、回転部品３０、３０ａを静止部品に設計して、阻止ピン５０を回転部品３０、３０ａに対して移動可能な運動部品に設計してもよい。上記の実施形態から分かるように、回転部品３０、３０ａと阻止ピン５０とは、互いに対して運動することができるなら、レンズ４０、４０ｃは該阻止ピン５０の作用下で弾性変形される目的に至る。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもない。

１０ 台座部
１１ 底板
１２ 基板
２０ 発光チップ
３０，３０ａ 回転部品
３１ 側壁
３２ フランジ
３３ 隙間
３４ 収容空間
３５，６１ 光反射面
４０，４０ｃ レンズ
５０ 阻止ピン
６０ 光反射カップ
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 発光ダイオード素子
１１１ 収容凹溝
１２１ 貫通溝

Claims (7)

1. 台座部と、前記台座部に設けられる発光チップと、該発光チップを取り囲むように設けられた２つの回転部品と、前記発光チップを覆うように前記２つの回転部品上に跨って搭載されるレンズと、２つの阻止ピンと、を備える発光ダイオードであって、２つの前記回転部品は、前記台座部における前記発光チップの対向する両側にそれぞれ設けられ、２つの前記阻止ピンは、前記台座部において２つの該回転部品よりも前記発光チップから離間して位置し、２つの前記阻止ピンの前記台座部から突出する高さは、前記レンズの前記台座部から突出する高さより大きく、前記レンズは、弾性を有し且つ透明な材料からなり且つ前記台座部での正投影が楕円形を呈し、２つの前記阻止ピンの間の距離は、前記レンズの楕円形の前記正投影の長軸の長さより小さく且つ楕円形の前記正投影の短軸の長さより大きく、２つの前記回転部品と２つの前記阻止ピンは、前記発光チップを中心として相対的に運動することを特徴とする発光ダイオード素子。
2. 前記２つの回転部品は、前記台座部から垂直に突出し且つそれぞれ前記台座部に平行な断面がアーチ状となるように延在し、各回転部品の他方の回転部品に向かう端部と該他方の回転部品との間には、隙間が形成され、該隙間を２つの前記回転部品と前記レンズと前記台座部とによって取り囲むことで、前記発光チップを収納するための収容空間が形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード素子。
3. 各々の前記回転部品は、アーチ型の側壁と、該側壁に沿った円弧状を呈し、且つ該側壁の底部から該側壁に対して両側へ垂直に延伸するフランジを備え、前記２つの回転部品の中心は重なり、前記フランジは前記台座部の中に嵌合されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード素子。
4. 前記台座部は底板及び該底板の上面に接着される基板により構成され、前記底板には環状の収容凹溝が設けられ、前記基板の、前記収容凹溝に対応する箇所には環状の貫通溝が設けられ、前記収容凹溝の幅は前記貫通溝の幅より大きく、前記フランジは前記底板の環状の収容凹溝内に収納され且つ前記貫通溝の左右両側の基板の底面に当接され、前記２つの回転部品の中心は前記貫通溝及び前記収容凹溝の中心と重なっていることを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード素子。
5. 各々の前記回転部品の前記発光チップに面した片側の側壁は傾斜しており、光反射面を形成し、前記光反射面は、前記回転部品の前記レンズに向かう先端から前記台座部に向かって斜めに延在し、前記２つの回転部品の光反射面の間のピッチは、前記台座部から前記レンズに向かって次第に増大することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
6. 円筒状を呈する光反射カップをさらに備え、前記光反射カップは、前記２つの回転部品の間に位置し且つ前記発光チップを包囲し、前記光反射カップの内径は、前記台座部から前記レンズに向かって次第に増大し、これにより、前記光反射カップの前記発光チップに向かう内側面には傾斜する光反射面が形成され、該光反射面は、前記光反射カップの前記レンズに向かう先端から前記台座部に向かって斜めに延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。
7. 前記レンズは凹レンズであり、該凹レンズの中央部の厚さは周辺の厚さより小さく且つ中心から縁に向かって次第に増大した後、次第に小さくなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光ダイオード素子。

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