JP6460878B2 - 配光レンズ - Google Patents
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Description
より詳しくは、例えば本レンズ装着前は被照射面をほぼ等方の回転対称に照射する発光素子の光を、本レンズ装着後は、被照射面において、所望の配光分布である、長軸と短軸とを有する、長くのびて均一な配光となるように配光制御するための、特定の表面形状を有するレンズ、そのレンズを用いた発光装置及びその製造方法に関する。
これら従来の配光調整レンズの斜視模式図を図10により例示し、その照度パターン及び配光特性を図11に例示する。図11aにおいては白黒図面であるため、左の平面図における照度パターンについて説明をすると、リング状に明るく示される部分の内側が、右の照度スケールにおける強度の高い部分を表しており、左の平面図のリングの外側部分が、強度の低い部分を示している。リング状部分の内側が外側より照明強度の高い部分であることは、本願におけるすべての照明強度分布図において同様である。長手方向の配光分布に関しては、レンズ中心を通るレンズ中心光軸4方向よりも軸から傾いた方向に光が配分され、より細長い範囲を照射するものではあったが、その照度パターンは、図11aの如く、幅方向に痩せ細った長円形であり、長円形の先も尖った形の配光を持つパターンであった。短軸方向に均質な配光分布で一定の幅を確保しつつより広い面積を持ち、長軸方向においても均質な配光分布が得られ、長円の先においても尖らずに面積を持つ配光を得る被照射面を得ることはできなかった。また、長円形状の配光を維持しながら均質な配光分布を保ちながら、或いは一定の配光面積を保ちながら所望に応じて複雑な配光を得ることはできなかった。
即ち、これら従来の発光素子レンズは、長手方向の長軸断面でみた光出射側の形状により、配光分布が長円形に延びた形にはなるものの、レンズの長手方向に直角な短軸断面でみた光出射側の形状は、凸曲線の構成(特許文献1の段落番号0012)や、円形或いは二次曲面の断面回転形状(特許文献2の段落番号0033、0034)であるため、幅方向付近の配光において、発光素子の光源に対して回転対称の等方性のレンズ形状の影響が強くなって被照射面に反映し、その結果、光軸を含む短軸方向の配光分布が強く出て、短軸近辺から長手方向に拡がらず、十分均一な被照射面とはならなかった。また、照度パターンも光軸を含む短軸の配光が大きいため、全体の楕円形状も菱形に近い楕円となってしまう傾向にあった。
[1]
発光素子に装着する配光レンズであって、発光素子に面した光入射側と、その反対側の光出射側とを有し、光出射側からみたレンズ輪郭がつくる平面形は、レンズの光入射側面上にある長軸と同じ面上に在ってそれに直交する短軸を有し、発光素子の光源中心を通り、光入射側から光出射側に抜ける、レンズ中心光軸は、前記長軸及び短軸の交点で各軸に直交し、
光出射側レンズ表面が、
上記長軸およびレンズ中心光軸を含む面で切ったレンズ断面であるレンズ長軸断面において、光出射側の形状がレンズ中心光軸を含むその近傍では凹形状であり、その両外側では凸形状であり、上記短軸およびレンズ中心光軸を含むレンズ断面であるレンズ短軸断面において、光出射側の形状がレンズ中心光軸を含むその近傍で短軸の長さに対して5%以上の長さの、直線部を有し、その両外側において凸形状である、三次元表面形状を有している、前記配光レンズ。
[2]
レンズ長軸断面の光出射側の曲線に沿う連続した位置において、レンズ短軸断面に平行な平面で切ったレンズ断面形状における光出射側の形状が、レンズ短軸断面に平行な直線部をレンズ長軸断面と交差して有し、その両外側に凸形状を有する、三次元表面形状であり、その直線部の集合によって、連続曲面がレンズ中心光軸と交差して形成される、[1]に記載の配光レンズ。
[3]
レンズ短軸断面に平行な直線部が、レンズ短軸に平行である、[2]に記載の配光レンズ。
[4]
前記連続曲面においてレンズ短軸断面に平行な平面で切ったレンズ断面形状における光出射側の形状に、レンズ短軸断面に平行な直線部をレンズ長軸断面と交差して有しており、前記連続曲面がレンズ中心光軸と交差して形成され、光出射側より見たときのその連続曲面の長軸方向の長さが、長軸長さに対して8%以上となる値を有する、[2]または[3]に記載の配光レンズ。
[5]
レンズ長軸断面の光出射側の曲線に沿って形成された前記連続曲面として、レンズ中心光軸が貫いている第一連続曲面に加えて、レンズ中心光軸位置を含まない第二の連続曲面を有しており、第二連続曲面は、第一連続曲面から離れて、レンズ長軸断面の凸曲線部に形成されている、[4]に記載の配光レンズ。
[6]
レンズ長軸断面の光出射側の凸形状部において、光源中心と前記凸形状部とを結ぶ線が凸形状部の凸曲線の法線と一致する凸曲線上の交点の位置に切欠き部を有し、切欠き部は、凸曲線から法線に沿って、且つ、法線より外側の凸曲線が窪むようにして、または法線から外側の凸曲線が膨らむようにして設けられ、第二の連続曲面を、法線より外側の、切欠き部に接する凸形状部に有する[5]に記載の配光レンズ。
レンズ長軸断面形状において、光出射側の形状がレンズ中心光軸位置を含むその近傍に長軸の長さに対して5%未満の直線部を有し、その両外側が凹形状であり、さらにその外側では凸形状である断面形状を有する、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の配光レンズ。
[8]
長軸断面形状及び短軸断面形状における前記直線部内に、更に、凹部を有する[7]に記載の配光レンズ。
[9]
光出射側レンズ表面の三次元形状が、滑らかな連続面である、[1]〜[5]、[7]及び[8]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
[10]
光出射側レンズ表面の三次元形状が、切欠き部を除き、滑らかな連続面である、[6]に記載の配光レンズ。
[11]
凸形状が曲率の異なる曲線を有する[1]〜[10]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
レンズ短軸断面の光出射側の形状における直線部の外側の凸形状が単純円からなる円弧を有する[1]〜[11]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
[13]
レンズ中心光軸にほぼ平行な直線を含む面を、レンズの周縁部の全体または一部に有し、該面がレンズ輪郭の全体または一部を成す、[1]〜[12]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
[14]
光出射側のレンズ表面の三次元形状が、光出射側のレンズ中心軸方向から見たレンズ輪郭形状よりも光入射側のレンズ基底面における輪郭形状の方が小さいものであり、レンズ基底面における輪郭形状から外側に膨らむようにして、基底面における輪郭位置から立ち上がる凸形状である、[1]〜[13]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
[15]
光出射側レンズ表面の三次元形状が、直交する2枚の鏡面対称面を有するものであり、レンズ中心光軸が、該2枚の鏡面対称面の交線である、[1]〜[14]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
[16]
光入射側面に、発光素子、発光素子封止部材および/またはそれらを載置した基板の全部または一部を収容するための逃げ凹部を有する、[1]〜[15]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
光入射側面に、接着剤または充填剤のための液逃げ凹部を有する、[1]〜[15]のいずれか一項に記載の配光レンズ。
[18]
液逃げ凹部の輪郭が、光入射側からみて多角形状、放射状凸部を有する星形またはこれらの角を丸めた形状を有する、[17]に記載の配光レンズ。
[19]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の配光レンズおよび発光素子を載置した基板または回路基板を含む、発光装置。
[20]
レンズの光入射側の面と回路基板との間に隙間が設けられている、[19]に記載の発光装置。
[21]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載のレンズを、シクロオレフィン、シクロオレフィンコポリマー、アクリル、シリコーン、エポキシ及びこれらの樹脂またはゴムのいずれかを金型に注入し、硬化して成形することを特徴とする配光レンズの製造方法。
[22]
[1]〜[18]のいずれか一項に記載の配光レンズおよび発光素子を載置した基板または回路基板を含む、発光装置の製造方法において、以下の(1)〜(3)のいずれかの工程を含む発光装置の製造方法。
(1)電極端子に電気的に接続された半導体発光素子(チップ)を透明素材で封止したLEDパッケージを準備する工程、光入射側レンズ面に逃げ凹部及び液逃げ凹部を設けた配光レンズを準備する工程、逃げ凹部に接着剤を充填する工程、接着剤の充填部とLEDパッケージの封止部とを、発光中心とレンズ光軸中心が一致するように押し当てて接着する工程、接着剤を硬化する工程、LEDパッケージを基板回路に載置し、固定する工程。
(2)回路基板上の回路に半導体発光素子(チップ)を載置し、半導体発光素子(チップ)と回路とを電気的に接続し、チップオンボードのLED発光光源を有する回路基板を製造する工程、光入射側レンズ面に逃げ凹部及び液逃げ凹部を設けた配光レンズを準備する工程、逃げ凹部に接着剤を充填する工程、接着剤の充填部とLED発光光源とを、半導体発光素子の発光中心とレンズ光軸中心が一致するように押し当てて接着する工程、接着剤を硬化する工程。
(3)嵌着機構を設けたレンズを準備する工程、レンズに設けた嵌着機構に対応して嵌合する嵌着受け機構を設けたLEDパッケージまたは半導体発光素子(チップ)を基板回路上に載置したチップオンボードのLED発光光源を有する回路基板を準備する工程、レンズと、LEDパッケージまたは回路基板とを嵌着機構により、接着剤を使わずに、嵌合一体化する工程。
光出射側のレンズ短軸断面輪郭でみると、レンズ中心光軸位置を含むその近傍に直線部が存在することによって、短軸方向及び短軸周辺の配光分布が、直線部が存在しないものに比較して、短軸から離れて長軸側及び短軸方向に、外側により広がったものとなって、配光強度が均質になる。
また、レンズ短軸断面に平行な断面のレンズ中心光軸近傍に設ける直線を変えることにより、所望の配光を得ることができる。
また、レンズ長軸断面の光出射側の曲線に沿って形成された連続曲面として、レンズ中心光軸と交差する第一連続曲面に加えて、レンズ中心光軸と交差しない第二の連続曲面を有しており、第二連続曲面は、第一連続曲面から離れて、レンズ長軸断面の凸曲線部に形成することにより、被照射面における長軸先端部付近の長円の照度パターンの曲率を小さくして長方形状に近づく配光にすることができる。
また、本発明の他の態様においてはレンズ長軸断面において長軸方向にも直線部を設けており、全体的に均質で一定の幅があって長さのある良好な配光被照射面の中央部に相対的に照度の高い配光を重ねることができる。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態の配光レンズは、図1に示されるように、発光素子に面した光入射側と、その反対側の光出射側とを有し、光出射側からみたレンズ外形は、長軸とそれに直交する短軸を有し、発光素子の光源中心を通り、光入射側から光出射側に抜ける、レンズ中心光軸を有し、レンズ中心光軸は、前記長軸及び短軸の交点で各軸に直交している。
光出射側レンズ表面の形状は、上記長軸およびレンズ中心光軸を含むレンズ断面であるレンズ長軸断面と、上記短軸およびレンズ中心光軸を含むレンズ断面であるレンズ短軸断面の光出射側の形状含む三次元表面形状を有している。
即ち、レンズ長軸断面における光出射側の形状は、レンズ中心光軸を含むその近傍では凹形状であり、凹形状の両外側では凸形状を有する。レンズ短軸断面における光出射側の形状は、レンズ中心光軸を含むその近傍で短軸の長さに対して5%以上の長さの、短軸に平行な直線部を有し、その両外側において凸形状を有する、三次元形状を有する。
レンズ中心光軸は、この短軸と長軸の交点にあって、いずれの軸とも垂直であるので、光入射側レンズ面に対して垂直となる。また、光源は物理的には、発光面積を有するが、その発光面の中心を光源中心とする。
図2aは、直線部の長さが短軸に対して18%のときの配光レンズの被照射面の照度パターンを示している。そのパターン形状は短軸方向に幅があり、面積のある長円または楕円の形状をしている。照度パターンのうち比較的外側の短軸側の縁部は、わずかに湾曲しているものの、照度パターンの長軸にほぼ平行し、長軸側に伸びた直線状に近い照度パターンを示している。図2bはそのときの配光特性図を示している。図2bの配光特性図において、点線による曲線は短軸上に現れる相対発光強度を示し、0°において最も小さい値を示す曲線は長軸上に現れる相対発光強度を示し、そのどちらでもない曲線は長軸及び短軸に対して45度の軸上に現れる相対発光強度を示している。以下、他の配光特性図においても同様である。前記したとおり、図2aにおいても白黒図面であるため、左の平面図における照度パターンは、リング状に明るく示される部分の内側が、右の照度スケールにおける強度の高い部分を表しており、左の平面図のリングの外側部分が、強度の低い部分を示している。
直線部はレンズ中心光軸からみて対称の位置になくてもよく、レンズ短軸に対して傾いていてもよい。照射パターンの短軸方向に非対称の楕円形状の照度パターンを望む場合などは、直線を適宜設定することができる。
直線の両外側に続く凸部とのつながり方は、不連続でも滑らかに接続していてもよい。滑らかに接続している場合は、不連続な接続部に起因する光の屈折変化が明部や暗部を生じないので好ましい。
本発明の第2実施形態の配光レンズは、図3に示されるように、
光出射側レンズ表面が、レンズ短軸断面に平行な平面で切ったレンズ断面形状における光出射側の形状がレンズ短軸断面に平行な直線部をレンズ長軸断面と交差して有し、その両外側に凸形状を有するような三次元表面形状を有するもので、光源中心からレンズ短軸及びレンズ長軸の間の方向に出射した光や、光源が面積を有する面光源に対しても第1実施形態において説明した配光の効果が顕著になる。
更に、好ましくは、レンズ短軸断面に平行な平面で切った複数のレンズ断面形状における光出射側の形状に、レンズ短軸に平行な直線部をレンズ長軸断面と交差して有し、レンズ長軸断面の光出射側の曲線に沿うようにして、その直線部の集合によって、レンズ中心光軸がそれを貫く連続曲面8が形成され、光出射側より見たときのその連続曲面の長軸方向の長さは、レンズ長軸長さに対して8%以上である配光レンズである。
これは、光源中心からの光が、レンズ短軸に平行な直線部を有するレンズ面において、前記レンズ短軸断面と平行な断面の直線部が長軸に沿って外側へ移動するのに伴って小さくなり、拡散作用を有する凹レンズのような作用をする状態から直線部を減じてその分集光作用を有する凸レンズ状に変化するようにするためである。
ここでの拡散作用とは光源より出射された各光線がレンズ中心光軸とのなす角において、レンズ通過後に該なす角が増加するように変化することである。
前記レンズ短軸断面と平行な断面が、レンズ短軸断面から距離が遠くなるのに伴って直線部の長さが減少するようにしないと、レンズ長軸方向の外側において所定の集光が得られず、被照射面における照度パターンの長軸方向において光量の低下が生じ不均一を生じる傾向が出る。しかし、長軸側の連続面の端部は必ずしも直線がゼロになって終わらなければならないという必要はなく、連続曲面の終端部がレンズ長軸断面に垂直な方向に長さを持っていてもよい。
連続曲面部8は、レンズ中心光軸からみて対称の位置になくてもよく、長軸方向からみてレンズ短軸方向に対して傾いていてもよい。また、その傾きがレンズ短軸断面に平行な、異なる断面において、異る傾きを有していてもよい。例えば、レンズ短軸断面における直線部はレンズ長軸断面に直交し、レンズ短軸断面に平行な断面における直線は短軸方向に傾きを持ち、レンズ短軸断面とレンズ短軸断面に平行な断面との間を、連続曲面がねじれた面でつながる連続曲面部であってもよい。照射パターンの短軸方向に非対称の楕円形状の照度パターンを望む場合などは、連続曲面部を適宜調節することができる。
連続曲面の外側に続く凸部とのつながり方は、不連続でも滑らかに接続していてもよいが、滑らかに接続していることが好ましい。 滑らかに接続している場合は、不連続な接続部に起因する光の屈折変化が配光に影響して生じる明部や暗部を生じない。
具体的には、レンズ短軸断面上の直線が最も長く、レンズ短軸断面に平行な断面上の直線はそれより短かく任意に設けられる。短軸方向の直線部の幅は、最も広いところで、短軸長さの、5〜40%、好ましくは8〜30%、更に好ましくは10〜20%の範囲である。
レンズ長軸断面方向の長さは任意に設定することができ、光出射側の全体に設けることもでき、第1実施形態も考慮に入れれば、本発明においては、レンズ長軸長さに対して0〜100%ということになるが、本実施形態の効果を奏するためには、8%以上あることが好ましい。好ましくは8〜70%、更に好ましくは10〜50%の範囲にあることが好ましい。
第3実施形態の配光レンズは、図5a(1)の斜視模式図に示すように、
光出射側のレンズ長軸断面の曲線に沿うようにして形成された、レンズ短軸に平行な直線を含む、上記連続曲面に加えて、レンズ中心光軸位置を含まない第二連続曲面であって、レンズ短軸に平行な直線の集合からなる第二の連続曲面8bを有し、該第二の連続曲面8bは第一連続曲面8aとは離れて、レンズ長軸断面における凸曲線部に形成されている、配光レンズである。
レンズ中心光軸位置を含む第一の連続曲面においては、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。これに加えて、第3実施形態の配光レンズは、レンズ中心光軸位置を含まない第二の連続曲面を、第一の連続曲面と離れて、レンズ長軸断面における凸曲線部に設けることにより、被照射面の照度パターンにおける長軸側(A−A方向)の先端部の配光を減じ、その分の配光を長軸方向からずれた方向(図3a、3bにおいてC−Cとして示した方向、以下、(C−C方向)は、図3に同じ)への配光に向けることにより、A−A方向の照度パターンの曲率を小さくしてC−C方向の曲率を大きくする照度パターンとすることができる。あたかも第2実施形態の陸上競技場の400mトラック形状の照度パターンを長方形状に近づけた(丸みを帯びた角を有する長方形状)照度パターンとすることができる。
図5b(3)は、レンズ短軸断面における第一の連続曲面の様子を示すものである。
なお、溝の底部中央に沿う曲線8cは、レンズ長軸断面の凸状部の成す曲線に沿うことが好ましいが、所望する配光によっては、レンズ長軸断面の凸状部が成す曲線に沿わない場合もある。
第4実施形態の配光レンズは、図6に示すように、
光出射側のレンズ長軸断面の凸曲線部において、光源中心と凸曲線とを結ぶ線が凸曲線の法線と一致する凸曲線上の交点の位置に切欠き部を有し、切欠き部は、凸曲線から法線に沿って、且つ、法線より外側(レンズ中心光軸より離れた側)の凸曲線が窪むようにして、または法線から外側の凸曲線が膨らむようにして設けられ、短軸に平行な直線を含む連続曲面を、法線より外側の、切欠き部に接する凸形状部に、有する配光レンズである。
また、配光レンズが短軸断面を介して鏡面対称である場合は、その反対側の凸形状部の表面にも同じ軌跡12は存在する。
かくして、レンズ長軸断面における、切欠き部により窪んだ曲線の接線は、切欠き部のない状態の凸形状部の接線の傾きよりも光軸側に傾いた接線となるので、光源中心からの光はその曲面で光が広がり、レンズのサイズを大きくすることなく、A−A方向への光を増すとともに、その連続曲面はレンズ短軸に平行な直線を含むので、長円形の照度パターンのA−A方向先端部の配光をC−C方向に広げる広配光のレンズとなる。
かくして、レンズ長軸断面における、切欠き部により膨らんだ曲線の接線は、切欠き部のない状態の凸曲線の接線の傾きよりも外側への傾きが大きい接線となるので、光源中心からの光はその曲面で光が中心光軸側に屈折するので、照度パターンのA−A方向の配光を減ずることとなり、A−A方向にある半円状の曲率は小さい曲率の照度パターンとなる。また、A−A方向の光はC−C方向の光となるので、トラック形状の照度パターンはA−A方向の曲率が小さくなってC−C方向の曲率が大きくなり、その結果、角のとれた長方形に近い照度パターンの配光レンズとなる。図6b(3)の場合、光入射側のレンズ縁部から立ち上がるレンズ曲面の接線は、図6b(1)、図6b(2)の場合は光入射側のレンズ面(水平)に対して90°以下で中心光軸側(内側)に傾いているのに対して、90°を超えて外側に傾いているので、光源中心から水平及び水平よりやや角度をもった浅い角度で出射した光線もレンズ中心光軸側に屈折させて出射させることができ、従来迷光となる光も有効に利用することができる。
法線の外側に設けられた連続曲面には、所望により、短軸に平行な直線を含まなくてもよい。また、第3実施形態の第二の連続曲面と同様に、溝の底部中心及び溝の長さ方向が長軸断面に一致する溝状の凹部を含んでいてもよい。
第5実施形態の配光レンズは、図7に示すように、
レンズ長軸断面形状において、光出射側の形状がレンズ中心光軸位置を含むその近傍にレンズ長軸長さに対して5%未満の長軸に平行な直線部を更に有し、その両外側が凹形状であり、さらにその外側では凸形状である断面形状を有する配光レンズである。
即ち、レンズ表面の三次元形状が、レンズ中心光軸位置を含むその近傍に、レンズ中心光軸に直角に、長軸にも短軸にも直線を持つ領域を有するものである。
なお、レンズ中心光軸付近に集中する光を避けるために、このレンズ中心光軸を含む平面部内に、レンズ中心光軸を含む凹部を設けることにより、レンズ中心光軸の極近傍の強い出射光を長軸方向及び短軸方向に広げて、レンズ中心光軸の極近傍の極端な照度の高い配光をなくし、円形状の相対的に照度の高い配光の中で更に均質にして、均質な長円形の配光に重ねて設けることもできる。
第6実施形態の配光レンズは、図9に示すように、光出射側のレンズ面が、光入射側のレンズ基底面の輪郭よりも外側に膨らむようにして、光入射側レンズ表面の輪郭から立ち上がって出射側レンズ表面に凸形状を含む三次元形状を形成する。
即ち、光出射側からみた配光レンズの投影面積は凸形状の水平方向の膨らみによって、レンズ長軸及びレンズ短軸を含む光入射側のレンズ面の輪郭より大きくなっている。
従って、水平方向に最も膨らんだ曲面による、光出射側からみた配光レンズの投影面の輪郭は、光入射側レンズ面の輪郭より外側の周囲にある。レンズ中心光軸を含むレンズ長軸断面における立ち上がり部及びその近傍の凸曲線の接線15は、短軸及び長軸を含む面と成す角度が90°を超える斜角となるので、水平方向または水平よりわずかに角度のある浅い角度で発光中心から出てくる光であっても、レンズ中心光軸側に屈折し、これまでのレンズでは利用されていなかった、これらの光も有効に利用できる。
中心光軸を含むレンズ断面において、光入射側のレンズ輪郭に繋がる光出射側の凸形状部の形状は凸曲線であっても直線であってもその組み合わせであってもよい。好ましくは曲率の異なる曲面である。
その他、光出射側レンズ表面の三次元形状として、付加的に或いは好ましく採用される実施形態について説明する。 凸部や凹部の接続が不連続であると、不連続部によって光の屈折が不連続になるので、配光に明部や暗部が出現し、被照射面に反映することがある。
本発明の上記各実施形態の配光レンズにおける光出射側レンズ表面の三次元形状は、直線部や凹部や凸部の接続が、不連続につながっていてもよいが、全面が滑らかな連続面であることが好ましい。
切欠き部を有する場合は、光出射側レンズ表面の三次元形状が、切欠き部を除き、滑らかな連続面であることが好ましい。
レンズ短軸に平行な直線を含むレンズ短軸断面及びそれに平行な断面において、レンズ短軸に平行な直線の両外側の凸曲線は、単純円からなる円弧であってもよいが、曲率の異なる曲線が組み合わさって、曲率が一定でない凸曲線を有することが好ましい。単なる円弧状の凸曲線では、被照射面全面に均質に配光することが難しくなる。レンズ短軸に平行な直線を含まない凸形状部においても非球面であることが好ましい。レンズ中心光軸を含むレンズ短軸断面においては、直線が他の断面の直線の長さに比較して最も長くなることが好ましいので、直線に続く両外側の凸曲線は他の位置の曲線に比較して円弧状の凸曲線であってもよい。凸形状を構成する凸曲線は、必要に応じて凸曲線の間や曲線の外側に直線を組み合わせて凸形状を構成してもよい。
輪郭面は、レンズ中心光軸にほぼ平行な直線を含む面を、レンズ縁端部の全体または一部を囲むようにして、壁面のように、レンズ輪郭を有してもよい。
例えば、図1a、図3a、図3c、図5a、図5b(3)に見られるように、レンズ短軸断面は、B−B軸に接している付近にB−B軸から立ち上がる直線を有している。この直線を含む面はレンズの端に、立ち壁面のようになって、レンズの輪郭曲面を形成する。この直線はレンズ中心光軸に平行であっても、外側に傾いていても内側に傾いていてもよいが、平行または外側に傾いていることが好ましい。壁面のような輪郭面は、例えば、短軸付近のレンズの幅方向の膨らみをとるために一部設けたり、レンズの周囲全体を取り囲むように、設けてもよい。
本発明の配光レンズの光入射側あるいは出射側の一部または全体に曇り処理を施してもよい。フレネル形状にしてもよい。
第8実施形態は配光レンズの光入射側のレンズ形状に関する。本発明の配光レンズは、光入射側のレンズ形状については特に限定されず、目的とする配光が崩れない限り、全体がフラットであっても凹面であっても凸面であってもあるいは小さな凹凸が刻まれていてもよい。
光入射側のレンズ形状の好ましい第8実施形態を図12に示す。図12の斜視模式図に示すように、レンズ中心光軸がその底部を貫くドーム状の逃げ凹部19が形成されており、これが発光素子、発光素子封入部材および/またはそれらを載置した基板の一部を収容するための逃げ凹部となる。ドーム状を有する形状にしているのは、発光素子の封止部が半球状の封止体で構成されている光源を収容できるよう対応している。また、半球状のドームとすることで、光源中心から出射する光に対して光学的な屈折の影響を与えないので、光出射面の三次元形状の設計への影響を少なくすることができる。また、逃げ凹部に接着剤を注入した際、接着剤とともに空気が巻き込まれることがあり、発光素子を、接着剤が充填された逃げ凹部に押し込んで余分な接着剤がはみ出る際に巻き込まれた空気が、余分な接着剤といっしょに外に出やすくなる形状を与えている。逃げ凹部の形状は、ドーム状に限らず、LEDパッケージやLED光源の形状に対応して適宜変えることができる。
また、発光素子を接着剤または充填剤の入っている逃げ凹部に押し込むと過剰の接着剤がはみ出てくるので、逃げ凹部19の周囲には、はみ出た接着剤または充填剤を溜めることができる液逃げ凹部20を設けることが好ましい。液逃げ凹部20を設けることによって、逃げ凹部からあふれ出た接着剤または充填剤がレンズの光学特性や、その後の作業に影響を与えないようにしている。液逃げ凹部の深さは光学特性に影響しないように逃げ凹部よりやや浅くするとともに、十分な容積を確保するために十分広い面積で四方に設けられることが好ましい。
LEDパッケージのベース(基板)またはケーシングが挿入ストッパー21に突き当たり固定されるので、光源の高さをレンズに対して一定に保つことができる。挿入ストッパー21の形態は、LEDを安定して再現性よく止める機能があれば、その形状を特定しない。ピン状に出ていてもよいし、液逃げ凹部の底面に台状に設けられてもよい。
第9実施形態は、図14に示すように、配光レンズと光源とを組み合わせた発光装置に関する。前記した各実施形態の配光レンズとLEDパッケージとを組み合わせて一体化したLEDパッケージを回路基板25に配設した発光装置24a、及び基板上の回路に発光素子(チップ)を載置しその周りを封止することにより回路基板に直接LEDパッケージを形成した光源部の上に配光レンズを固定して一体化した発光装置24bに関する。
光源としてのLEDパッケージは、ケーシングに発光素子(チップ)を載置し、素子と電極を結線した後ケーシング内を透明樹脂で封止するとともに、電極の端子が外側に露出している1個独立して存在するもの、或いはセラミック等の板状ベース(基板)に電極回路が設けられ、発光素子(チップ)を電極回路に載置し、電極と発光素子を結線し、結線を含む発光素子に透明樹脂またはガラスをポッティングして半球状の封止体を設けて完成する1個独立して存在する、いわゆるCOBタイプのLEDパッケージがある。別の光源は、金属薄膜の回路が設けられた回路基板(プリント配線基板)に発光素子(チップ)を載置し、チップと回路を接続し、発光素子周辺を透明樹脂で封止して回路基板上に光源を直接作る、いわゆるチップオンボード(COB)回路基板である。
図14aは、レンズ付きLEDパッケージを、基板回路に載置し、リフロー工程に通して回路基板に固定した発光装置24aを示す断面図である。
図14aにおける発光装置は、光入射側のレンズ面と、LEDパッケージを載置した回路基板との間に隙間C27が設けられていることが好ましい。隙間があることによって、例えば、リフローの際に発生する半田の厚みの違いによるレンズの位置のずれや回路基板のレンズ周辺の凹凸によるレンズと回路基板との接触を防ぐことができ、レンズ光軸の方向調節にも自由度を与えることができる。図14bはプリント基板上の光源を設ける予定の回路の位置に、予めチップオンボードの半球封止した発光光源部を設け、その封止部に配光レンズを接着した発光装置24bである。1枚の回路基板の上には、複数の発光光源部を設けることができる。
第10実施形態は、図15に示されるように、接着剤を用いないで組み上げられた発光装置に関する。接着剤を用いて、配光レンズとLEDを一体化するのは、LEDパッケージと逃げ凹部との間の空気層をなくして、屈折率の相違による光取り出し効率の低下を抑える利益がある反面、工程が煩雑となり、また、未硬化の接着剤による不用意な汚れを惹起し易いという要素もある。特に多数の配光レンズを接着工程なしで固定できれば、大きなメリットとなる。
図15aに示されるように、LEDパッケージにおけるセラミック製ベース(基板)などのベース側面にクサビ形の嵌着受け凹部35を設け、一方、レンズには、LEDのベースに嵌合する爪32を、LEDベースの側面方向に突き出すように設け、レンズの変形とともに爪32がベース側面の嵌着受け凹部35に嵌入して固定される。これらの嵌着機構は、寸法精度よく光源とレンズとの位置を決めることができる。
図15bは、COB型LED光源を備えた回路基板に嵌着機構によりレンズがワンタッチで位置決め固定された発光装置30bを示す。
図15bに示されるように、レンズには、回路基板25に開けられた孔34に嵌入する脚部31を備え、脚部31の先端には嵌着する爪32、脚部根元部には、回路基板に対するレンズの高さの位置合わせ部33が設けられている。爪32は一度回路基板の孔に嵌着すると抜けない作用を持ち、位置合わせ部33は、脚部が深く孔に入りこまないよう、LEDパッケージの挿入ストッパー21と同じ効果を得ることができる。脚部は少なくとも2か所以上あることが好ましい。また、脚部自体がレンズ本体と一体のものであってもレンズとは別の材質で別体で成形したものを一体化したものであってもよい。また、位置合わせ部33はレンズの光入射面にリング状に設けられていてもよい。 なお、この嵌着機構を採用する場合においても必要に応じて光源とレンズの逃げ凹部との空隙を接着剤で充填してもかまわない。
図16は、さらに、リング状の凸条シール体を光入射面に設けたレンズを回路基板に嵌着した発光装置を示す。
図16に示されるように、レンズ入射面にはリング状の凸条シール体が逃げ凹部を囲堯するように設けられており、ゴム弾性を有し、脚部31が回路基板に嵌着することによりつぶれる高さを有し、嵌着作用によりレンズと回路基板との間を液密に密圧着する。これによりLEDとレンズの間の空隙およびLEDのリフロー半田の接合面や露出している回路が外部雰囲気と遮断されるので、街路灯やトンネル、外付け看板など外気に曝される発光装置として用いられる所では結露や埃の付着を防止することができ、結露による配光の乱れ防止やLED近傍の回路などの防錆に寄与することができる。凸条シール体は、レンズ材料と同じ材質で一体成形されていてもよいし、レンズ材料とは硬さの異なる別の材料で構成されていてもよく、長期間の使用に耐えうる持続性のある弾性や脚部31や爪32を傷めない適度の反発力がある材料であればよい。好ましくは、ショアA硬度80以下であり、ゲル状ゴムも使用し得る。さらに好ましくは、ショアA硬度10〜80のゴムが好ましい。その平面形状は、楕円状、多角形状など、光入射側のレンズの形状に応じてLEDおよびその近傍の露出している回路やリフロー半田接点を囲堯できればよい。シール体の凸条形状はその断面形状において先の尖った山形、半円形、台形や四角形でもよく、高さは、位置合わせ部33より大きな寸法であればよい。また、凸条シール体の反発力を利用して、位置合わせ部33を省略して所望する隙間Cを得ることも可能である。
第11実施形態は、各実施形態の配光レンズ及びその配光レンズを用いた発光装置の製造方法に関する。配光レンズの製造方法は、金型成形による。金型成形方法は、射出成形、押圧成形、注型成形等、特に限定することなく各種方法を用いることができる。好ましい態様としては、光出射側の三次元形状を彫った金型を下金型、光入射側の形状を彫った金型を上金型とし、光出射側の下金型にレンズ材料を充填し、上と下とから金型で押圧とともに加熱して成形する。この金型一面に、数十個〜数百個のレンズ型を彫って効率よく製造することができる。
光出射側の切欠き部や光入射側の液逃げ凹部あるいは嵌着機構など、レンズが金型から外れない形状を有する場合は、上下金型を更に複数のピースに分けて成形することができる。また、レンズ材料の硬さに注目してやや柔軟なゴム質の材料を選択して、材料の変形を利用して無理抜きして、金型からの取り出すこともできる。
(1)電極端子に電気的に接続された半導体発光素子(チップ)を透明素材で封止したLEDパッケージを準備する工程、光入射側レンズ面に逃げ凹部及び液逃げ凹部を設けた配光レンズを準備する工程、逃げ凹部に接着剤を充填する工程、接着剤の充填部とLEDパッケージの封止部とを、発光中心とレンズ光軸中心が一致するように押し当てて接着する工程、接着剤を硬化する工程、およびLEDパッケージを基板回路に載置し、固定する工程。即ち、(1)は個別に独立したLEDパッケージを用いる発光装置の製造方法である。
1個独立したLEDパッケージに本発明の配光レンズを接着して一体化し、このLEDパッケージを、基板回路に載置し、固定する。レンズと一体化したLEDを基板回路に固定する方法は、リフロー半田による。また、最初に基板回路にLEDをリフローにより固定し、回路基板上のLEDパッケージにレンズを接着する方法もある。
具体的には、(2)は、回路基板上に直接LEDが形成された、いわゆるチップオンボード(COB)型の光源部にレンズを設置して発光装置を製造する方法である。ここで、一個独立したLEDパッケージの中にもCOBタイプのLEDがあるが、(2)の発光装置でいうチップオンボードのLED発光光源とは、概ね、レンズの面積より広い面積を有する1枚の回路基板上に直接作成され完成された光源である。
接着剤を硬化する工程は、UV硬化でも熱硬化でもよい。
即ち、(3)は、接着剤を用いることなく、レンズ側と、LED側または基板側とに互いに嵌合する嵌着機構を設けることによって、一体化する発光装置の製造方法であって、
レンズ側の嵌着機構は、LEDパッケージに嵌合する場合と回路基板に嵌合する場合のいずれかの嵌着機構を光源の形態に応じて選択して設けることができる。
その後、レンズと一体化したLEDパッケージを回路基板の所定の回路に載置してリフローなどにより、固定して発光装置としてもよいし、あらかじめLEDパッケージを回路基板の所定の回路に載置してリフローなどにより、固定してから、その上からレンズを嵌着して発光装置としてもよい。
レンズ側の嵌着機構は、光入射側レンズ輪郭近傍の光入射レンズ面またはレンズ輪郭近傍の光出射レンズ面の位置に、回路基板25に開けられた孔34に嵌入する脚部31を備え、脚部31の先端には嵌着する爪32と、脚部根元部には、回路基板に対するレンズの高さの位置合わせ部33を備えている。爪32は一度回路基板の孔に嵌着すると抜けない作用を持ち、位置合わせ部33は、脚部が深く孔に入りこまないよう、また、レンズががたつかないようLEDパッケージと逃げ凹部との間隔を一定に固定でき、LEDパッケージ挿入ストッパー21と同じ効果を得ることができる。脚部は少なくとも2か所以上あることが好ましい。また、脚部自体とレンズ本体とが一体のものであっても、脚部をレンズとは別の材質で別体で成形したものを準備し、これをレンズと一体化したものであってもよい。また、位置合わせ部はレンズの光入射面にリング状に設けられていてもよい。図15bの、嵌着機構を有する光入射側より見たレンズ面を示す図からわかるように、予め光入射側のレンズ面には、リング状の位置合わせ部が所定の位置に固定されるよう突起36が成形されており、リング状の位置合わせ部33には突起と対応する孔が設けられており、同時に爪31を有する脚部が一体成形されている。そして、位置合わせ部の孔を固定用突起36を介して嵌着することにより、また、必要により接着剤で接着するとともにレンズの光入射面にリング状に嵌着機構が設けられていてもよい。
そして、レンズと基板とを押し付けると、爪を設けた脚部と孔とが嵌着しレンズがワンタッチで回路基板に嵌着する。互いに嵌合する嵌着機構と嵌着受け機構を両者入れ替えてもよい。
孔に嵌入する脚部の材料はレンズと同じ材質で一体成形してもよい。機械的振動の大きい所や物理的に外力がかかる所などには、大きく変形しても復元力のあるゴム弾性の材質が好ましい。
本発明のレンズに用いられる材料は透明で成形可能なものであれば特に限定されない。例えば、軟質ガラス、シクロオレフィン、シクロオレフィンコポリマー、ポリカーボネート、ポリスチレン、フッ素、アクリル、エポキシ、シリコーンが好ましく、中でもフッ素、アクリル、シクロオレフィン、シクロオレフィンコポリマー、シリコーン、エポキシ、及びこれらの樹脂またはゴムから選ばれることが好ましい。特にアクリル、シクロオレフィン、シクロオレフィンコポリマー、エポキシ、シリコーンの樹脂またはゴムが好ましく、中でもシリコーン樹脂またはシリコーンゴムが良い。シリコーンの場合、耐熱性、耐寒性があり、長時間使用しても黄変したり劣化しないので、長期に亘って初期の特性を維持できるので好ましく用いられる。用いられるシリコーンとしては、液状シリコーンが好ましく、付加重合タイプが好ましく用いられる。
RaSiO(4−a)/2 …(1)
(式中、Rは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜10の非置換または置換一価炭化水素基であり、aは0.8〜2の正数である。)で示されるものが挙げられる。
硬化後のシリコーン樹脂の硬さは、適宜選択できる。ゴムで作られた配光レンズは、外部からの力や熱膨張による変形にも、衝撃にも強い。一方で、柔らかい表面となるので、塵埃が付着しやすい。硬化後の樹脂が硬い樹脂で成形された配光レンズは、表面に傷がつきにくく塵埃も付着しにくい。一方で、レンズとLEDの嵌着などには、変形が少ないので、好ましくない。なお、本発明の配光レンズの硬度は、JIS K 7215(プラスチックのデュロメーター硬さ試験方法)の方法により測定されるショアD硬度、及びIS K 6253(ゴムのデュロメーター硬さ試験方法)の方法により測定されるショアA硬度で、A30〜A90、及びD10〜80、好ましくはA50〜90、D10〜70、さらにA60〜90、D10〜50が好ましい。
道路灯、街路灯やトンネル、鉄道のプラットホームなどの照明器に用いられる場合、自動車ガスや列車の埃、構内の塵埃が付着し明るさが低下する場合は、フッ素コーティングするとよい。
また、シリコーンレンズは、被接着面側にシリコーンゲルやシリコーンエラストマーなどの緩衝層を設けたレンズであると、LED装置の封止体とシリコーンレンズとの熱膨張の差による内部応力を緩和させることができ好ましい。
また、シリコーンの屈折レンズ材料となる樹脂またはゴムの中には、屈折率や線膨張係数を調節するために微細なシリカを混合して成形することもできる。
レンズをLEDに接着する接着剤としては、耐熱性が必要なことから、エポキシ接着剤やシリコーン接着剤が好ましい。レンズがシリコーンで作られている場合は、シリコーン接着剤がよく、特に硬化後にレンズと同等の屈折率を持つシリコーンが好ましい。使用する接着剤の例としては、例えばモメンティブマテリアルパフォーマンス社製のTSE3221などがある。
本発明のレンズの大きさについては所望により選択できるが、少なくともLED発光光源の全体を覆う大きさが必要であり、発光装置として中心光軸側より見たときLEDパッケージの大きさに対してレンズ短軸方向で1.2倍以上大きいことが望ましい。
本発明において、好ましく用いられる蛍光体は顔料系であって、シリケート系、アルミネート系、サイアロン系、カズン系蛍光体を適宜用いることができる。
白色反射剤としては、未硬化のシリコーン樹脂またはシリコーンゴムに酸化チタン、炭酸カルシウム、タルク、硫酸バリウム、酸化亜鉛などの白色系顔料を充填した塗液を用いることができる。例えば、(株)朝日ラバー社製SWR−PKシリーズのインクがある。
金属である場合は、脚と輪が一体となった脚を用意して、輪の部分をレンズの縁に加締めて脚をレンズに固定してもよい。また、専用の嵌合部品を用意し組み立ててもよい。
また、1枚の基板上に照度パターンの異なる本発明の配光レンズを組み合わせて発光装置としてもよいし、他のレンズを搭載して組み合わせて発光装置としてもよい。
発光装置の基板及び反射装置を収納する筐体の内側には、光反射層を設けると光を有効に前方に出射できる。光反射層は、鏡面反射にするより、白色塗料を塗布して反射させる方が安価で好ましい。
〔レンズの作製〕
下金型に配光レンズの光出射面の三次元構造の形状を刻んだ。上金型には、成形後の配光レンズに日亜化学工業株式会社製(NCSW119)のLEDパッケージの半球封止部が収容できる逃げ凹部、余剰の接着剤が溜まる液逃げ凹部ができるよう、光入射側の立体形状を刻んだ。一枚の金型には長軸方向に10個、短軸方向に20個並べて、一対の上下金型で一回に合計200個できる金型とした。
次に、硬化後のレンズの硬度がショアA硬度でA90となる液体シリコーン(モメンティブ社製のSR−7090)を下金型の窪みにポッティングで注入し、上金型を閉じ成形条件180℃×10分で加熱し、圧縮成形した。
次に、レンズを金型から取り出して、ベース部等の仕上げを行い検査を行った。
金型で成形された検査後の図3に示される形状の配光レンズは、設計通りに作製されていることが検証された。
(1)レンズ長軸長さ:7.7mm、短軸長さ:5.4mm、
(2)光出射面側からみた三次元形状に設けられた短軸に平行な直線部を含む連続曲面
レンズ短軸に平行な直線:短軸の長さに対して最大で18.2%
長軸側連続面の長さ:長軸長さに対して40.5%
(3)光入射面側のレンズ形状
直径3.3mmの半球形状の逃げ凹部
3.6×3.6mmのLEDのベースが当接する液逃げ凹部の壁
液逃げ凹部深さ0.45mm
挿入ストッパー深さ0.3mm
次に、光入射面の逃げ凹部に、接着剤(モメンティブ社製TSE−3221)を適量注入し、LEDパッケージ(NCSW119)を搬送し、レンズの接着剤充填部に封止部を押し込みLEDパッケージが入らなくなるまで押し込んで接合した。このとき、LEDパッケージのベースの一部はレンズ内に入り込む形で接合している。また、余剰な接着剤は入射側に設けられた液逃げ凹部へ広がり端子部へのはみ出しが防止されている。
その後オーブンによる120℃×30分の加熱処理を行い接着剤を硬化した。
(1)光入射面から出ているLEDパッケージのベース板の厚み 0.3mm
(2)逃げ凹部と半球封止部の隙間の接着剤の充填厚さ 0.2mm(封止部直径の14%に相当)
接着後の検査を経て、回路基板の半田が盛られた所定の回路の位置に複数個のレンズ付きLEDパッケージを載置し、リフロー半田をして、発光装置が完成する。このときの回路基板は、アルミ板の上に絶縁層が設けられ、その上に回路が設けられた板で、LEDパッケージが搭載される所以外は、(株)朝日ラバー製の白色インク(SWR−PK−01)が30μm塗布され硬化して光反射層が形成されている。
1d 溝凹部の断面の曲線
2 光出射側のレンズ短軸断面形状を示す曲線
3 光出射側のレンズ長軸断面形状を示す曲線
4 レンズ中心光軸
5 短軸
6 長軸
7 光出射側の長軸断面形状に沿う連続面の断面を示す曲線
8 光出射側の三次元形状に現れる、レンズ短軸断面及びその断面に平行な断面に直線を有する連続面。
8a 第一連続面
8b 第二連続面
8c 第二連続面におけるレンズ長軸断面の光出射側輪郭部
9 切り欠き部
10 光源中心
12 切欠き部のエッジ部となる弧状の軌跡
13 光源中心と凸状部レンズ面と直交する円錐面を有する仮想円錐
14 長軸方向、短軸方向に直線部を有する平面部
15 光入射面の立ち上がり凸状部の接線
16 接線が光入射面に対して90°になるレンズ面の点と光源中心を結ぶ線
17 接線が光入射面に対して90°になるレンズ面の点の軌跡
18 レンズ短軸断面の円弧状曲線
19 逃げ凹部
20 液逃げ凹部
21 LEDパッケージ挿入ストッパー
21a、21b LEDパッケージ横ずれ防止壁
22 LEDパッケージ
23 接着剤
24a、24b 発光装置
25 回路基板
26 チップオンボード(COB)の発光光源部
27 回路基板と光入射側レンズ面との隙間C
30a、30b 嵌着機構により組み立てられた発光装置
31 脚部
32 爪
33 位置合わせ部
34 孔
35 嵌着受け溝
36 位置合わせ部固定用突起
37 突条シール体
Claims (22)
- 発光素子に装着する配光レンズであって、発光素子に面する光入射側と、その反対側の光出射側とを有し、光出射側からみたレンズ輪郭がつくる平面形は、レンズの光入射側面上にある長軸と同じ面上に在ってそれに直交する短軸を有し、発光素子の光源中心を通り、光入射側から光出射側に抜ける、レンズ中心光軸は、前記長軸及び短軸の交点で各軸に直交し、
光出射側レンズ表面が、
上記長軸およびレンズ中心光軸を含む面で切ったレンズ断面であるレンズ長軸断面において、光出射側の形状がレンズ中心光軸を含むその近傍では凹形状であり、その両外側では凹形状に続いて凸形状であり、上記短軸およびレンズ中心光軸を含むレンズ断面であるレンズ短軸断面において、光出射側の形状がレンズ中心光軸を含むその近傍で短軸の長さに対して5%以上の長さの直線部を有し、その両外側に直線に続いて凸形状であり直線の両端においても凸形状である、三次元表面形状を有している、前記配光レンズ。 - レンズ長軸断面の光出射側の曲線に沿う連続した位置において、レンズ短軸断面に平行な平面で切ったレンズ断面形状における光出射側の形状が、レンズ短軸断面に平行な直線部をレンズ長軸断面と交差して有し、その両外側に凸形状を有する、三次元表面形状であり、その直線部の集合によって、連続曲面がレンズ中心光軸と交差して形成される、請求項1に記載の配光レンズ。
- レンズ短軸断面に平行な直線部が、レンズ短軸に平行である、請求項2に記載の配光レンズ。
- 前記連続曲面においてレンズ短軸断面に平行な平面で切ったレンズ断面形状における光出射側の形状に、レンズ短軸断面に平行な直線部をレンズ長軸断面と交差して有しており、前記連続曲面がレンズ中心光軸と交差して形成され、光出射側より見たときのその連続曲面の長軸方向の長さが、長軸長さに対して8%以上となる値を有する、請求項2または3に記載の配光レンズ。
- レンズ長軸断面の光出射側の曲線に沿って形成された前記連続曲面として、レンズ中心光軸が貫いている第一連続曲面に加えて、レンズ中心光軸位置を含まない第二の連続曲面を有しており、第二連続曲面は、第一連続曲面から離れて、レンズ長軸断面の凸曲線部に形成されている、請求項4に記載の配光レンズ。
- レンズ長軸断面の光出射側の凸形状部において、光源中心と前記凸形状部とを結ぶ線が凸形状部の凸曲線の法線と一致する凸曲線上の交点の位置に切欠き部を有し、切欠き部は、凸曲線から法線に沿って、且つ、法線より外側の凸曲線が窪むようにして、または法線から外側の凸曲線が膨らむようにして設けられ、第二の連続曲面を、法線より外側の、切欠き部に接する凸形状部に有する請求項5に記載の配光レンズ。
- レンズ長軸断面形状において、光出射側の形状がレンズ中心光軸位置を含むその近傍に長軸の長さに対して5%未満の直線部を有し、その両外側が凹形状であり、さらにその外側では凸形状である断面形状を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 長軸断面形状及び短軸断面形状における前記直線部内に、更に、凹部を有する請求項7に記載の配光レンズ。
- 光出射側レンズ表面の三次元形状が、滑らかな連続面である、請求項1〜5、7及び8のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 光出射側レンズ表面の三次元形状が、切欠き部を除き、滑らかな連続面である、請求項6に記載の配光レンズ。
- 凸形状が曲率の異なる曲線を有する請求項1〜10のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- レンズ短軸断面の光出射側の形状における直線部の外側の凸形状が単純円からなる円弧を有する請求項1〜11のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- レンズ中心光軸にほぼ平行な直線を含む面を、レンズの周縁部の全体または一部に有し、該面がレンズ輪郭の全体または一部を成す、請求項1〜12のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 光出射側のレンズ表面の三次元形状が、光出射側のレンズ中心軸方向から見たレンズ輪郭形状よりも光入射側のレンズ基底面における輪郭形状の方が小さいものであり、レンズ基底面における輪郭形状から外側に膨らむようにして、基底面における輪郭位置から立ち上がる凸形状である、1〜13のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 光出射側レンズ表面の三次元形状が、直交する2枚の鏡面対称面を有するものであり、レンズ中心光軸が、該2枚の鏡面対称面の交線である、請求項1〜14のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 光入射側面に、発光素子、発光素子封止部材および/またはそれらを載置した基板の全部または一部を収容するための逃げ凹部を有する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 光入射側面に、接着剤または充填剤のための液逃げ凹部を有する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の配光レンズ。
- 液逃げ凹部の輪郭が、光入射側からみて多角形状、放射状凸部を有する星形またはこれらの角を丸めた形状を有する、請求項17に記載の配光レンズ。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の配光レンズおよび発光素子を載置した基板または回路基板を含む、発光装置。
- レンズの光入射側の面と回路基板との間に隙間が設けられている、請求項19に記載の発光装置。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載のレンズを、シクロオレフィン、シクロオレフィンコポリマー、アクリル、シリコーン、エポキシ及びこれらの樹脂またはゴムのいずれかを金型に注入し、硬化して成形することを特徴とする配光レンズの製造方法。
- 請求項1〜18のいずれか一項に記載の配光レンズおよび発光素子を載置した基板または回路基板を含む、発光装置の製造方法において、以下の(1)〜(3)のいずれかの工程を含む発光装置の製造方法。
(1)電極端子に電気的に接続された半導体発光素子(チップ)を透明素材で封止したLEDパッケージを準備する工程、光入射側レンズ面に逃げ凹部及び液逃げ凹部を設けた配光レンズを準備する工程、逃げ凹部に接着剤を充填する工程、接着剤の充填部とLEDパッケージの封止部とを、発光中心とレンズ光軸中心が一致するように押し当てて接着する工程、接着剤を硬化する工程、LEDパッケージを基板回路に載置し、固定する工程。
(2)回路基板上の回路に半導体発光素子(チップ)を載置し、半導体発光素子(チップ)と回路とを電気的に接続してチップオンボードのLED発光光源を有する回路基板を製造する工程、光入射側レンズ面に逃げ凹部及び液逃げ凹部を設けた配光レンズを準備する工程、逃げ凹部に接着剤を充填する工程、接着剤の充填部とLED発光光源とを、半導体発光素子の発光中心とレンズ光軸中心が一致するように押し当てて接着する工程、接着剤を硬化する工程。
(3)光入射側レンズ面に逃げ凹部および嵌着機構を設けた配光レンズを準備する工程、レンズに設けた嵌着機構に対応して嵌合する嵌着受け機構を設けた、LEDパッケージまたは半導体発光素子(チップ)を基板回路上に載置したチップオンボードのLED発光光源を有する回路基板を準備する工程、レンズと、LEDパッケージまたは回路基板とを嵌着機構により、接着剤を使わずに、嵌合一体化する工程。
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