JP6220250B2 - LED light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、複数のLEDを実装したLEDモジュールと、上部開口を有する反射部材を備えたLED発光装置に関し、特に上部開口を有する反射部材が低くても指向性が良好なLED発光装置に関する。 The present invention relates to an LED light emitting device including an LED module on which a plurality of LEDs are mounted and a reflecting member having an upper opening, and more particularly to an LED light emitting device having good directivity even if the reflecting member having an upper opening is low.
近年、LEDは半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。 In recent years, since LEDs are semiconductor elements, they have long life and excellent driving characteristics, and are small, have high luminous efficiency, and have bright emission colors, so they are widely used for backlights and lighting of color display devices. It has come to be.
特に近年、スポットライトのような発光装置として、放物面鏡等の上部開口を有する反射部材に多数のLEDを実装したLEDモジュールを組み合わせて平行光線群を得るLED発光装置が望まれている。 Particularly in recent years, as a light emitting device such as a spotlight, there has been a demand for an LED light emitting device that obtains a parallel light beam group by combining an LED module in which a number of LEDs are mounted on a reflecting member having an upper opening such as a parabolic mirror.
放物面鏡の焦点位置に点光源を配置すれば平行光線群が得られる。しかしながら、ふつうLEDモジュールは有限な発光面積を有する面光源となり、さらに放物面鏡は有限の高さとなる。この結果、たとえこのLEDモジュールの中心が放物面鏡の焦点に配置されていても、光源としてのLEDモジュールが平面的な広がりを有すること、及び放物面鏡の高さが制限されることによって、平行光線群を得ることが出来ない。 If a point light source is arranged at the focal position of the parabolic mirror, a parallel light beam group is obtained. However, the LED module usually becomes a surface light source having a finite light emitting area, and the parabolic mirror has a finite height. As a result, even if the center of the LED module is arranged at the focal point of the parabolic mirror, the LED module as the light source has a planar spread and the height of the parabolic mirror is limited. Therefore, it is impossible to obtain a parallel light beam group.
この様子について図12、図13により、光源及び反射部材の形状と放射光の関係を説明する。図12は放物面鏡50の焦点fに点光源101を配置したLED発光装置100の断面図である。図12に示す如くLED発光装置100の点光源101からあらゆる方向に出射された光線P0は、放物面鏡50で反射し全て上方へ向かう。すなわちLED発光装置100により集光性の高い平行光線群を得ることが出来る。なお一部の光線P0は放物面鏡50に当たらず斜め上方に進行する。
With respect to this state, the relationship between the shapes of the light source and the reflecting member and the emitted light will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a cross-sectional view of the LED light emitting device 100 in which the point light source 101 is disposed at the focal point f of the
次に図13により放物面鏡50の焦点fに2次元的に広がる面光源を配置したLED発光装置110について説明する。図13は、放物面鏡50の焦点fの位置に複数のLEDを実装した面光源102(LEDモジュール)を配置したLED発光装置110の断面図である。面光源102の左端から出射する光線P1、中央から出射する光線P2、右端から出射する光線P3は、それぞれ放物面鏡50で反射し異なる角度で上方へ向かう。つまり平面的に広がる面光源102から出射する光線P1、P2、P3は、放物面鏡50で反射したあと非平行な光線群となる。同様に放物面鏡50の他の部分で反射する光線P4、P5、P6も非平行な光線群となる。さらに図13では、放物面鏡50の高さが有限であるため、破線で示した光線Poの如く放物面鏡50で反射することなく外部に放散してしまうものもある。
Next, an LED light emitting device 110 in which a surface light source that extends two-dimensionally at the focal point f of the
非平行光線群を生ずるLED発光装置110に対し、面状に広がった光源から得た光線をいったん放物面鏡の焦点に集光することにより、平行光線群を得る発光装置がいくつか提案されている。(例えば特許文献1(図15)、特許文献2(図2)) Some LED light emitting devices 110 that generate non-parallel light groups have been proposed in which light beams obtained from a light source spread in a planar shape are once collected at the focal point of a parabolic mirror to obtain parallel light groups. ing. (For example, Patent Document 1 (FIG. 15), Patent Document 2 (FIG. 2))
以下特許文献1の図15に記載された発光装置の構成を図14により説明する。図14は特許文献1の図15に記載された発光装置の趣旨を逸脱しないようにして書き直した発光装置200の断面図である。図14に示す発光装置200は、底部に開口50aを有する放物面鏡50と、放物面鏡50の開口50aに挿入された円錐状の導光部材60と、導光部材60の入力面側に配置された複数のレーザー発光素子201a、201b、201cを有する面光源201と、導光部材60の頂部に設けられた光散乱体70とよりなる。この光散乱体70は放物面鏡50の焦点fの位置に設けられている。
Hereinafter, the configuration of the light-emitting device described in FIG. 15 of
発光装置200の面光源201に含まれる発光素子は、それぞれの発光色が異なるレーザー発光素子201a、201b、201cである。レーザー発光素子201a、201b、201cから出射した光線は導光部材60の内部において全反射を繰り返しながら伝搬し光散乱体70に入射する。光散乱体70では入射した光線が散乱し、このとき同時に混色する。この散乱体70は放物面鏡50の焦点fの位置に設けられているため、散乱体70から放射状に放射される光線群は放物面鏡50で反射し平行光線群となる。なお一部の光線Poは放物面鏡50に当たらず斜め上方に進行する。
The light emitting elements included in the
同様に特許文献2の図2には、面状に広がる光源から出射する光線を、頂点が放物面鏡の焦点にある円錐状の導光部材で放物面鏡の焦点に導光し、その光線から平行光線群を得る発光装置が示されている。
Similarly, in FIG. 2 of
上記特許文献1及び特許文献2に記載された発光装置のように放物面鏡の焦点で光線をいったん収束させてから平行光線群を得る方法では、放物面鏡(反射部材)の高さを十分に大きくしなければならない。これに対し放物面鏡が浅い場合、焦点から上方斜め方向に進む光線のうち多くの部分が放物面で反射せず、そのまま上方斜め方向に進み続けてしまう。つまり発光装置から出射する光が広がってしまう。すなわち特許文献1、2で示されたような発光装置には、平行光線群を得ようとすると放物面鏡を大型化せざるを得ないという課題がある。
In the method of obtaining parallel light beams after once converging light rays at the focal point of the parabolic mirror as in the light emitting devices described in
さらに特許文献1の発光装置のように一方向だけに光を出射するレーザー発光素子を使える場合は、円錐状の導光部材内で全ての光を全反射させ、頂点に集光させることができる。これに対し光源として出射する光線の配光分布が大きく広がっているLEDを使用した場合には、円錐状の導光体に光を入射させても、導光体の軸に対して大きく傾いた光線が存在するため、これらの光線が導光体から漏れだし、指向性の高い光として利用できる成分が少なくなるという課題もある。
Furthermore, when a laser light emitting element that emits light in only one direction as in the light emitting device of
また放物面鏡のような反射部材を備えたLED発光装置を照明装置などに使う場合、完全な平行光線群を必要とせず一定水準以上の指向性が求められる場合がある。 Further, when an LED light emitting device including a reflecting member such as a parabolic mirror is used for an illumination device or the like, directivity of a certain level or more may be required without requiring a complete parallel light beam group.
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、小型で光利用効率が高く、実用レベルの平行光線群を得ることができるLED発光装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an LED light emitting device that is small in size, has high light utilization efficiency, and can obtain a parallel light beam group at a practical level.
上記目的を達成するため本発明のLED発光装置の構成は、モジュール基板上に複数のLEDを実装した1つのLEDモジュールと、前記1つのLEDモジュールの発光面側に上部開口を有する反射部材を備えたLED発光装置において、前記1つのLEDモジュールの発光面が前記反射部材の内側に配置され、前記1つのLEDモジュールの上面に1つの透明円錐体を配設し、前記1つのLEDモジュールと、前記1つの透明円錐体と、前記反射部材とが互いの中心軸を一致させて配設され、前記1つの透明円錐体の頂部が平坦になっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a configuration of an LED light emitting device of the present invention includes one LED module in which a plurality of LEDs are mounted on a module substrate, and a reflecting member having an upper opening on the light emitting surface side of the one LED module. in the LED light emitting apparatus, the light emitting surface of the one LED module is disposed inside of the reflective member, disposed one transparent cones on the upper surface of the one LED module, wherein one of the LED module, wherein One transparent cone and the reflecting member are arranged so that their central axes coincide with each other, and the top of the one transparent cone is flat .
上記構成によれば本発明のLED発光装置では、LEDモジュールを出射した光線の進行過程に3つの形態がある。第1の形態では、LEDモジュールの上方に配置した透明円錐透明円錐体に入射できない光線が反射部材に直接到達し、そこで反射して上方に向かう。第2の形態では、透明円錐体の底面から透明円錐体に入射し、その後透明円錐体の斜面に達し、その斜面から出射する光線が、透明円錐体の底面と斜面で2回屈折することにより鉛直方向偏るようにして上方に向かう。さらに第3の形態では、透明円錐体の底面から透明円錐体に入射し、まず透明円錐体の斜面で全反射しその後透明円錐体の斜面の別の部分から出射する光線が、透明円錐体からの出射時に進行方向が水平方向に偏り、その後反射部材で反射して上方に向かう。 According to the said structure, in the LED light-emitting device of this invention, there exist three forms in the progression process of the light ray which radiate | emitted the LED module. In a 1st form, the light ray which cannot enter into the transparent cone transparent cone arrange | positioned above an LED module reaches | attains a reflection member directly, and it reflects and heads upwards there. In the second embodiment, the light enters the transparent cone from the bottom surface of the transparent cone, and then reaches the slope of the transparent cone, and the light emitted from the slope is refracted twice by the bottom and slope of the transparent cone. Heading upward so as to be vertically deviated. Furthermore, in the third embodiment, light rays that enter the transparent cone from the bottom surface of the transparent cone, first totally reflected by the slope of the transparent cone, and then emitted from another part of the slope of the transparent cone are transmitted from the transparent cone. When the light is emitted, the traveling direction is deviated in the horizontal direction, and then reflected upward by the reflecting member.
本発明のLED発光装置では、上述した光の進行に係る3つの形態のうち、第2の形態及び第3の形態で進行する光があるため、所望の指向性を得ようとするとき反射部材の高さを低くできる。つまり、透明円錐体がないとき斜め上方に進行してしまう光は、第2の形態では2回の屈折により軸方向に偏り、第3の形態では透明円錐体から出射するとき水平方向に偏り、反射部材で反射し上方へ向かうようになる。また本発明のLED発光装置では反射部材の内側に面状のLEDモジュールを配置しているため、その外形が反射部材の外形で決まる。 In the LED light-emitting device according to the present invention, among the three forms related to the above-described light travel, there is light traveling in the second form and the third form. Can be lowered. That is, light that travels obliquely upward when there is no transparent cone is biased in the axial direction by two refractions in the second form, and is deflected in the horizontal direction when emitted from the transparent cone in the third form, The light is reflected by the reflecting member and goes upward. Moreover, in the LED light-emitting device of this invention, since the planar LED module is arrange | positioned inside a reflection member, the external shape is decided by the external shape of a reflection member.
前記反射部材の下側に下部開口を設け、前記LEDモジュールを前記反射部材の前記下部開口に配置すると良い。 A lower opening may be provided below the reflecting member, and the LED module may be disposed in the lower opening of the reflecting member.
前記透明円錐体は透明なフランジを有し、前記フランジにより前記反射部材に保持されていると良い。 The transparent cone has a transparent flange, and is preferably held by the reflecting member by the flange.
前記LEDは蛍光体層を有すると良い。 The LED may have a phosphor layer.
上記の如く本発明のLED発光装置は、反射部材の内側に面状のLEDモジュールを配置しながら反射部材の高さを低くできるため小型化が図られ、LEDモジュールからも、出射した多くの光線が上方に向かうので発光効率が優れ、容易に実用レベルの平行光線群が得られる。 As described above, the LED light-emitting device of the present invention can be reduced in size because a planar LED module can be disposed inside the reflecting member, so that the height of the reflecting member can be reduced. Many light beams emitted from the LED module can also be achieved. Is directed upward, so that the luminous efficiency is excellent, and a practical parallel light beam group can be easily obtained.
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態)
図1〜図11により本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の実施形態におけるLED発光装置10の断面図である。図1に示すように、実装基板7の上には反射部材である放物面鏡5が載置されており、この放物面鏡5の底部には下部開口5kが形成されている。放物面鏡5の下部開口5kに対応する位置には、モジュール基板2a上に複数のLED11、LED12、LED13、LED14、LED15(事例ととして5個のLEDを示す)を実装したLEDモジュール2が配置されている。さらにLEDモジュール2の上面側に透明円錐体3が配置されている。透明円錐体3の底面とLEDモジュール2の発光面とは隙間をあけて対向している。LED発光装置10では、LEDモジュール2の発光面と透明円錐体3はすべて上部開口を有する放物面鏡5の内側に配置されている。またLED発光装置10では、LEDモジュール2の中心軸と、透明円錐体3の中心軸と、放物面鏡5の中心軸は互いに一致している。
(Embodiment)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED light emitting device 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
図2は図1に示すLED発光装置10に組み込まれた透明円錐体3を示しており、(a)は斜視図、(b)は断面図である。透明円錐体3の下側には同じ透明部材によって形成されたフランジ4が設けられており、図1に示す如くこのフランジ4を放物面鏡5の反射面に保持させることによって、LEDモジュール2の上面側に透明円錐体3を配置している。なお、透明円錐体3では頂点部分を平坦化している(円錐台)が、頂点部分を曲面にしたりとがらせたりしても良い。頂点部分を平面または曲面にすると、直接的に上方に向かう光線が生じるので発光効率を改善できる。
2 shows the
次に図3、図5、図7によりLED発光装置10の配光分布について、図4、図6、図8に示す参考例の配光分布と比較しながら説明する。図3はLED発光装置10の配光分布を示す断面図であり、LEDモジュールに実装された複数のLED11〜15の内、中央に配置されたLED13からの発光を代表事例として説明する。図4は参考例として示すLED発光装置20の配光分布を示す断面図である。LED発光装置20はLED発光装置10から透明円錐体3を取り除いたものであり、従来からLED発光装置として広く採用されている構成である。またLED13はLED発光装置10、20の軸上にある。
Next, the light distribution of the LED light emitting device 10 will be described with reference to FIGS. 3, 5, and 7, comparing with the light distribution of the reference examples shown in FIGS. 4, 6, and 8. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a light distribution of the LED light-emitting device 10, and a light emission from the
まず光学系が簡単な図4に示す参考例から説明する。LEDモジュール20の中央に実装されたLED13から出射した光線群の分布はランバーシアン特性となる。この光線群の内、低い角度で出射した光線Pa、Pgは放物面鏡5で反射し、光線Pdとともに指向性をもった光として上方向へ出射する。一方、高い角度で放射された光線Pb、Pc、Pe、Pfは、放物面鏡5の高さが低いので、反射せず、無効な光として外部(斜め上方)へ放散される。なお、LED発光装置20では透明円錐体3は配設されないが、LED発光装置10との対応関係を明確にするため、LED発光装置20をLED発光装置10に改造するとき透明円錐体3が配設されるべき位置を点線で示している。
First, a reference example shown in FIG. 4 having a simple optical system will be described. The distribution of light beams emitted from the
次に図3により透明円錐体3を有するLED発光装置10の動作を説明する。なおLED13が発する光線は無数にあるが、そのなかで図4に示した光線Pa〜Pgを図3でも使用する。
Next, the operation of the LED light emitting device 10 having the
図3に示すようにLED発光装置10は、放物面鏡5の内部にLEDモジュール2と透明円錐体3が配置されている。放物面鏡5とLEDモジュール2と透明円錐体3は同軸の関係にあり、放物面鏡5とLEDモジュール2の間には隙間が存在する。LEDモジュール2の中央に実装されたLED13から出射した光線群はランバーシアン特性となっており、これらの光線群は3つの形態に分けられる。そのうちの第1の形態は低い角度θcで放射された光線群であり、光線Paと光線Pgを含む。この光線群(光線Pa、Pg等)は、LEDモジュール2の上方に配置された透明円錐体3に入射せず、直接放物面鏡5の反射面5a、5bに達し、そこで反射して上方に向かう。すなわちLEDモジュール2と透明円錐体3との隙間から放物面鏡5に向かう光線群(光線Pa,Pg等)は、透明円錐体3があってもなくても経路に変化はなく、LED発光装置10の上方に向かう。
As shown in FIG. 3, in the LED light emitting device 10, the
第2の形態は、中程度の入射角θdで透明円錐体3の底面から透明円錐体3に入射する光線群であり、光線Pb、Pfを含む。この光線群(光線Pb、Pf等)は、透明円錐体3の底面と斜面3a、3bで2回屈折することによって上方に向かう。このとき2回目の屈折が斜面3a、3bで起こるため、第2の形態に属する光線群は鉛直方向に偏る。例えば光線Pbは、透明円錐体3の底面で軸方向に屈折し、さらに斜面3aで軸方向に屈折する。透明円錐体3がない場合、光線Pbは点線で示したPb´になってしまう。すなわち透明円錐体3により、斜め上方に向かおうとする光線群の一部(光線Pb´、Pf´等)をLED発光装置10では上方に向かう成分(透明円錐体3を出射した光線Pb、Pf等)に変換している。
The second form is a group of light rays that enter the
第3の形態は、大きい入射角θeで透明円錐体3の底面から透明円錐体3に入射する光線群であり、光線Pc、Peを含む。この光線群(光線Pc、Pe等)は透明円錐体3の斜面3a、3bで全反射して反対側の斜面3b、3aから出射する。このとき第3の形態に属する光線群は、反対側の斜面で屈折して出射する際に、LED13から出射したときに比べ水平方向に偏り、この角度で放物面鏡5の反射面5a、5bに到達し、そこで反射して上方に向かう。
The third form is a light ray group that enters the
例えば光線Pcは透明円錐体3の底面から比較的大きな入射角θeで入射し、透明円錐体3の斜面3aで全反射して反対の斜面3bに向かう。ことき進行方向は大きく水平方向に偏る。さらに光線Pcは斜面3bで軸方向に屈折して透明円錐体3から出射する。なお光線Pcは軸方向に屈折して出射しても、全反射により大きく水平方向に偏っていたため、依然として透明円錐体3から出射するときはLED13から出射したときより水平方向に偏っている。この後、光線Pcは放物面鏡5の反射面5bで反射して上方に向かう。なお。透明円錐体3がない場合、光線Pcは点線で示したPc´になってしまう。すなわち透明円錐体3により、斜め上方に向かおうとする光線群の一部(光線Pc´、Pe´等)をLED発光装置10では上方に向かう成分(透明円錐体3を出射した光線Pc、Pe等)に変換している。
For example, the light ray Pc is incident from the bottom surface of the
なお軸上で透明円錐体3の底面に垂直に入射した光線Pdは透明円錐体3で屈折せず直接上方に向かう。また第3の進行形態では全反射を複数回繰り返すものも含まれる。図3では上方に向かう光線を鉛直方向の矢印で示したが、説明を簡単化するために便宜的に表示したものであり、実際には鉛直方向からずれている。
The light beam Pd incident on the axis perpendicularly to the bottom surface of the
以上のようにLED発光装置10では、LEDモジュール2の上方に透明円錐体3を配置しており、この透明円錐体3に入射しない光線Pa、Pgは反射部材(放物面鏡5)に直接到達し、そこで反射して上方に向かう。また、透明円錐体3の底面から所定の角度より小さい入射角θdで入射した光線Pb、Pfは、透明円錐体3の底面と斜面で2回屈折することにより上方に向かう。さらに透明円錐体の底面から所定の角度より大きい入射角θeで入射した光線は、まず透明円錐体の斜面で全反射し、その後透明円錐体3の逆側の斜面から水平方向に偏って出射し、反射部材で反射して上方に向かう。
As described above, in the LED light emitting device 10, the
図3に示すLED発光装置10の配光分布を、図4に示すLED発光装置20の配光分布と比較してみると、図3で示したようにLED発光装置20では発散して無効となっていた光線Pb’、Pc’、Pe’、Pf’がLED発光装置10では透明円錐体3の配置によって上方に向かう有効な光線Pb、Pc、Pe、Pfに変換されている。
When comparing the light distribution of the LED light emitting device 10 shown in FIG. 3 with the light distribution of the LED
次に図5、図6によりLED発光装置10、20から十分に遠い場所における明るさの分布を説明する。図5はLED発光装置10の遠方(1m)の明るさを示す配光分布図であり、図6はLED発光装置20の遠方(1m)の明るさを示す配光分布図である。
Next, the brightness distribution in a place sufficiently far from the LED
図5と図6に示すLED発光装置10、20の配光分布図において、ハッチングの濃度は明るさの強さ(単位立体角あたりの光線の数)を示し、濃度が高いほど明るい状態を示している。また遠方における画角Fはフラッシュ発光における必要照明範囲を示している。
In the light distribution diagrams of the LED
図5に示すLED発光装置10の配光分布と、図6に示すLED発光装置20の配光分布とを比較すると、図6に示すLED発光装置20の配光分布は、中心付近は明るいが、中心部以外の領域、すなわち周辺部の光線はほぼ均等に発散しているため、画角Fにおける明るさが不足している。これに対し、図5に示すLED発光装置10の配光分布では、光線が中心付近に集光されているとともに、中心付近にも明い領域が広がっており、画角Fにおける明るさが改善されている。つまりLED発光装置20では画角Fをこえて広がってしまう光線を、LED発光装置10では画角F内に収めることができたということになる。
When comparing the light distribution of the LED light emitting device 10 shown in FIG. 5 with the light distribution of the LED
この差が生じる理由について図3と図4により光源部近傍の光線の状態から説明する。図4で示したように、LED発光装置20の光線群の特性は、LEDモジュール2に実装されたLED13からの発光が一部(光線Pa、Pg等)のみ放物面鏡5の反射面で反射して上方に向かうが、多くの光線群(光線Pb、Pc、Pe、Pf等)が周囲に広がってしまう。このため、中心部分の狭い範囲のみ明るさが強まるが、その他の範囲では光線Pb、Pc、Pe、Pf等が均等に広がっていく。なお、中心軸から離れた位置にあるLED11、12、14、15から発する光線は上方からやや傾いてLED装置10を出射するため、遠方では明るい範囲が広がる。
The reason why this difference occurs will be described from the state of light rays in the vicinity of the light source unit with reference to FIGS. As shown in FIG. 4, the characteristics of the light beam group of the LED
これに対し、図3に示すように、LED発光装置10の光線群の特性は反射部材5と透明円錐体3によって上方に向かう光線Pe、Pa、Pd、Pf、Pg等ばかりになり中央付近に集光する。実際には、後述するように中心軸から離れた位置にあるLED11、12、14、15から発する光線は上方から傾いてLED装置10を出射するのに加え、透明円錐体3から出射した光も傾いて出射する。このようにしてLED装置10の配光分布は中心からやや広がった範囲も明るくできるようになる。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the characteristics of the light beam group of the LED light emitting device 10 are not only the light beams Pe, Pa, Pd, Pf, Pg, etc., which are directed upward by the reflecting
上記図3と図4では、本発明のLED装置10と比較例のLED装置20について、放物面鏡5の焦点である面光源(LEDモジュール2)の中心から放射される光線群、すなわちLEDモジュール2の中心位置に実装されたLED13から放射される光線群について図示していた。これに対し面光源の他の部分から放射される光線群は、焦点からの発光による配光分布をぼやかすように作用しながら同様な傾向を示す。そこで中心軸からずれた位置に実装されたLEDからの配光分布例を図7、図8により説明する。
3 and 4, a group of light rays emitted from the center of the surface light source (LED module 2) that is the focal point of the
図7はLED発光装置10の機能的な断面図であり、部材構成は図3と等しい。図7ではLEDモジュール2に実装された複数のLEDの内、中央から2番目の位置に配置されたLED12の配光分布を示している。同様に図8はLED発光装置20の機能的な断面図であり、部材構成は図4と等しい。図8でもLED12の配光分布を示している。なお図3、図4と同一部材及び対応する光線には同一符号を付して重複する説明は省略する。
FIG. 7 is a functional cross-sectional view of the LED light-emitting device 10, and the member configuration is the same as FIG. FIG. 7 shows a light distribution of the
まず、光学系が単純なLED発光装置20について図8により配光分布を説明する。図4と比較すると、図8では、発光源としてLED13がLED12に代わることによって、配光分布全体が変形する。つまり放物面鏡5で反射した光線Pa、Pgは図の左側に傾く。放物面鏡5で反射しない光線Pc、Pa、Pe、Pf等は右側成分が多くなる。おなじ理由でLED11の配光分布はさらに大きく変形する。同様にLED14、15の配光分布は、LED11、12の配光分布とは反対側に変形する。
First, the light distribution of the LED
次に本発明のLED発光装置10について図7により配光分布を説明する。図3と比較すると図7では、直接的に放物面鏡5で反射する光線Pa、Pgは図8と同様に図の左側に傾く。透明円錐体3の底面に入射し、透明円錐体3から出射する光線Pb、Pfは、入射角θdであれば透明円錐体3からの出射角が図3の光線Pb、Pfの出射角と等しくなるため、図3の光線Pb、Pfと平行になる。透明円錐体3の底面に入射し、透明円錐体3の斜面で全反射してから斜面の別の部分から出射する光線Pc、Peは、LEDモジュール2からの出射角がθeであれば、透明円錐体3から出射する角度が図3の光線Pc、Peと同じになるが、透明円錐体3からの出射位置や放物面鏡5における反射位置が異なる。例えば光線Peの場合、図3の光線Peよりも透明円錐3の上部で出射し、放物面鏡5の上部で反射する。この結果、図3の光線Peよりも図7の光線Peの方が軸方向(図の右側)に傾いている。以上のようにLED12から発する光線の一部は、対応するLED13の光線とは違った方向に出射する。同様にLED11、14、15から発する光線(一部)も、LED13から発する光線とは違った方向に向かう。
Next, the light distribution of the LED light emitting device 10 of the present invention will be described with reference to FIG. Compared with FIG. 3, in FIG. 7, the light beams Pa and Pg directly reflected by the
以上のように従来のLED発光装置20でも本発明の発光装置10でも、放物面鏡5と面光源を構成するLEDモジュール2を組み合わせた場合、その配光分布は放物面鏡の焦点に点光源を置いた配光分布からぼやけるようになる。同様に光源が焦点から軸方向にずれた場合も配光分布がぼやける。
As described above, in the conventional LED
最後に図9から図11により、LED発光装置10で使用したLEDモジュール2の一例を示す。図9はLEDモジュール2の平面図であり、図10は図9に示すLEDモジュール2のA−A断面図であり、図11は図9に示すLED15の断面図である。矩形のモジュール基板2aには中央に円形の領域2bがあり、領域2bの内側にLED13が配置されている。LED13を中心に、複数のLEDが円形の領域を埋めるように整列して実装されている。そして図示しない配線によって複数のLEDは直列又は並列接続され、ほぼ円形の面光源を形成している。なお図1等に示したLED11〜15は、図10に示された9個のLEDうちから5個抜き出したものである。
Finally, FIG. 9 to FIG. 11 show an example of the
図11は図9に示すLED15の断面図である。LED15は、ベアチップ状態のLEDダイではなく、LEDダイ1の上面を蛍光体層1a、側面を反射層1bで被覆したものである。このようにLED15は、LEDダイ1が蛍光体層1aや反射層1bと一体化したパッケージ品である。このようにLEDモジュール基板2a上にパッケージ化したLEDを配列させる構成とすることにより、LEDごとに異なる発光色を設定できるため、発光色が調整できる面光源を実現することができる。また、モジュール基板2aにベアチップ状態のLEDダイを複数実装し、全LEDダイを共通の蛍光体層で被覆しても良い。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the
LED発光装置10ではLEDモジュール2と、透明円錐体3と、反射部材である放物面鏡5とが互いの中心軸を一致させて配設されていた。しかしながら集光性を多少悪化させても良い場合は、LEDモジュール2と、透明円錐体3と、反射部材である放物面鏡5とが互いの中心軸を共通にしなくても良い。
In the LED light emitting device 10, the
LED発光装置10では、反射部材である放物面鏡5の下側に下部開口5kを設け、LEDモジュール2を反射部材の下部開口5kに配置していた。しかしながら本発明のLED発光装置は、下部開口がなくても良い。この場合はLED発光装置を放物面鏡等の反射部材中に配置すればよい。なお開口部5kを設けることによりLEDモジュールを取扱い易くできる。
In the LED light emitting device 10, the lower opening 5k is provided below the
LED発光装置10では、透明円錐体3が透明なフランジ4を有し、フランジ4により反射部材である放物面鏡5に保持されていた。しかしながら透明円錐体の固定方法はフランジでなくても良い。例えばモジュール基板に透明円錐体を固定してもよい。なお透明なフランジで透明円錐体を固定すると固定部の影がなくなり、さらに透明円錐体全体が大きくなるので取扱い易くなる。
In the LED light-emitting device 10, the
LED発光装置10では、LED11〜15等が蛍光体層を有していた。しかしながら本発明のLED発光装置では、LEDが蛍光体層を有さず、LEDダイの発光色がそのまま出射されてもよい。例えば、LEDダイの発光色が赤色、緑色、青色の3種類のLEDを蛍光体層なしにモジュール基板に実装し、LEDモジュールを白色発光させても良い。なお各LEDが蛍光体層を有すると、LED単体で白色発光させられるので、簡単に白色光源が得られる。
In the LED light emitting device 10, the
LED発光装置10では、反射部材が放物面鏡であった。しかしながら反射部材は放物面鏡に限られず、上部が開口し、反射光が上部に向かうよう斜面を備えているようなものなら良い。なおこれらの反射部材のなかで放物面鏡は集光性(指向性)が良いという特徴がある。 In the LED light emitting device 10, the reflecting member is a parabolic mirror. However, the reflecting member is not limited to a parabolic mirror, and may be any member that has an opening at the top and a slope so that the reflected light is directed toward the top. Of these reflecting members, the parabolic mirror is characterized by good light condensing properties (directivity).
1 LEDダイ
1a 蛍光体層
1b 反射体層
2 LEDモジュール
2a モジュール基板
3 透明円錐体
3a、3b 斜面
4 フランジ
5、50 放物面鏡
5a、5b 反射面
7 実装基板
10、20、100 LED発光装置
11〜15 LED
50a 開口
60 導光部材
70 光散乱体
101 点光源
102、201 面光源
200 発光装置
201a、201b、201c レーザー発光素子
Pa〜Pg、P0〜P6、Po 光線
DESCRIPTION OF
50a opening 60
Claims (4)
前記1つのLEDモジュールの発光面が前記反射部材の内側に配置され、
前記1つのLEDモジュールの上面に1つの透明円錐体を配設し、
前記1つのLEDモジュールと、前記1つの透明円錐体と、前記反射部材とが互いの中心軸を一致させて配設され、
前記1つの透明円錐体の頂部が平坦になっていることを特徴とするLED発光装置。 In an LED light emitting device including one LED module having a plurality of LEDs mounted on a module substrate, and a reflective member having an upper opening on the light emitting surface side of the one LED module,
The light emitting surface of the one LED module is disposed inside the reflecting member,
One transparent cone is disposed on the upper surface of the one LED module;
The one LED module, the one transparent cone, and the reflecting member are arranged with their center axes aligned with each other,
The LED light-emitting device, wherein a top portion of the one transparent cone is flat .
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