(57)【要約】【課題】レンズの形状を複雑にすることなく、発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射することができる発光素子用レンズの提供を目的とする。【解決手段】前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部６を突設しかつその外周を平面部４とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子部からの発光を該レンズ体の周壁３で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズ１において、発光素子部２が位置するレンズ下部周部には略円柱状の中空部７を設け、発光素子部から中空部の側周面７ｂに向かう光が全反射角以下で入射してレンズ内を透過し、この光がレンズの周壁に対して全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前方に放射されるとともに、発光素子から中空部の上面７ａに向かう光が全反射角以下で入射しレンズ内を透過して凸レンズ部で集光されレンズ前方に放射される。【選択図】図２
0003148911.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部を突設しかつその外周を平面部とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子からの発光を該レンズ体の周壁で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズにおいて、発光素子が位置するレンズ体下部の発光素子周部には略円柱状の中空部を設け、上記発光素子から上記中空部の側周面に向かう光が上記レンズ体の屈折率に応じた全反射角以下で入射してレンズ体内を透過しこの光が上記レンズ体の周壁に対して上記全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前面の平面部から前方に放射されるとともに、上記発光素子から上記中空部の上面に向かう光が上記全反射角以下で入射しレンズ体内を透過して直接レンズ体前面の凸レンズ部から前方に放射されることを特徴とする発光素子用レンズ。
【請求項２】
レンズ体下部の中空部における上面は下方に向かって凸状の球面に形成しその上部の凸レンズ部とともに全体として凸レンズを構成することを特徴とする請求項１記載の発光素子用レンズ。
【請求項３】
発光素子はボンディングワイヤーの配線とともに合成樹脂材によりモールド成形されることを特徴とする請求項１記載の発光素子用レンズ。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、表示装置等に用いられるＬＥＤ（発光ダイオード）チップ等の発光素子の上部を被覆して配設し発光素子の光を収束する集光レンズに係り、特に小径な発光素子からの光を広い発光面積でかつ効率良く好適に照射することができる発光素子用レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
元来、ＬＥＤ等の発光素子そのものの発光する領域はピンポイントであり、そのままでは無指向性の照明となり光が拡散してしまい、一定程度の面積の発光面を形成できず、また遠距離からの視認性も劣ることから、通常発光素子前方を覆って光を収束させる集光レンズを配設することが行われている。この集光レンズとしては、底部に発光素子取付部を形成し、発光素子から照射される中央部分の光をレンズ前面の中央に形成された凸部で集光するとともに、その外側の光をンズ底部から前方に向かって放物線曲線を描く壁面で全反射して前方へと放射するものがある。
【特許文献１】実公平６−２８７２５号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した従来の発光素子用レンズにあっては、その構造からしてレンズ前面の中心部に凸部が形成されるように深いリング状の溝を形成するものであり、このような複雑な形状で曲率の大きなレンズを形成することは多大な困難が伴い、特に高さのあるレンズ体ではリング状の溝が深くなりすぎてしまい、レンズの大きさや材質によっては必ずしも発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射できるとは限らなかった。
【０００４】
そこで本考案にあっては、上述した課題を解決すべく、レンズの形状を複雑にすることなく、発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射することができる発光素子用レンズの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本考案の発光素子用レンズは、前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部を突設しかつその外周を平面部とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子からの発光を該レンズ体の周壁で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズにおいて、発光素子が位置するレンズ体下部の発光素子周部には略円柱状の中空部を設け、上記発光素子から上記中空部の側周面に向かう光が上記レンズ体の屈折率に応じた全反射角以下で入射してレンズ体内を透過しこの光が上記レンズ体の周壁に対して上記全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前面の平面部から前方に放射されるとともに、上記発光素子から上記中空部の上面に向かう光が上記全反射角以下で入射しレンズ体内を透過して直接レンズ体前面の凸レンズ部から前方に放射されることを特徴とする。
【０００６】
また、レンズ体下部の中空部における上面は下方に向かって凸状に形成しその上部の凸レンズ部とともに全体として凸レンズを構成することを特徴とする。
【０００７】
また、発光素子はボンディングワイヤーの配線とともに合成樹脂材によりモールド成形されることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００８】
本考案の発光素子用レンズによれば、前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部を突設しかつその外周を平面部とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子からの発光を該レンズ体の周壁で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズにおいて、発光素子が位置するレンズ体下部の発光素子周部には略円柱状の中空部を設け、上記発光素子から上記中空部の側周面に向かう光が上記レンズ体の屈折率に応じた全反射角以下で入射してレンズ体内を透過しこの光が上記レンズ体の周壁に対して上記全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前面の平面部から前方に放射されるとともに、上記発光素子から上記中空部の上面に向かう光が上記全反射角以下で入射しレンズ体内を透過して直接レンズ体前面の凸レンズ部から前方に放射されることで、発光素子からの光は、中空部の中で上面を通る光と側周面を通る光に分かれて、側周面を通る光はレンズ体の屈折率に応じてレンズ体の周壁で全反射して平面部から好適にレンズ体前方に放射され、そして中空部の上面を通る光は凸レンズ部で好適に収束され、このような発光素子用レンズを複雑な形状とすることなく得られるものである。
【０００９】
また、レンズ体下部の中空部における上面は下方に向かって凸状の球面に形成しその上部の凸レンズ部とともに全体として凸レンズを構成することで、凸レンズ部だけで収束させる場合と比較して、両面を凸状とすることにより、レンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部の曲率を小さくして無理のない形状とすることができ、これにより中空部の上面を通る光はその凸状である程度収束し、そして凸レンズ部でさらに集光されレンズ体の前方に好適な収束光として照射することができ、凸レンズ部の曲率を大きくすることなく好適な発光素子用レンズが得られるものである。
【００１０】
また、発光素子はボンディングワイヤーの配線とともに合成樹脂材によりモールド成形されることで、発光素子及び発光素子へのボンディングワイヤーの配線も確実に保護されるものである。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図２は、本考案の発光素子用レンズ１を示し、最大外径約２１ｍｍ、高さ約１１．５ｍｍのアクリル等の透明な合成樹脂材からなる発光素子用レンズ１は、前方に向って徐々に幅径を拡大する形状である略逆円錐台状に成形されてなり、その底部にＬＥＤ等の発光素子を合成樹脂でモールド成形してなる発光素子部２を配設することで、発光素子からの光を集光し一定程度の光の束としてレンズ前方に照射するものである。この発光素子用レンズ１の周壁３は、レンズ下端からレンズ前面４にかけて外側に少し膨らんだ独特の曲面に形成されるとともに（その断面は連続する曲面に限られず、複数の傾斜面で形成してもよい）、レンズ前面４の外周部分を平面部５としかつその中央部には前方が凸となる凸レンズ部６（約Ｒ６）を、レンズ前面４より一段低い位置から前方に向かい突設形成している。
【００１２】
そして、発光素子用レンズ１の下部には、発光素子部２を配設するのには充分すぎる高さからなる略円柱形状の中空部７を、レンズ下端からレンズ高さの約１／３の深さに凹設して形成している（上述した従来の発光素子用レンズにあっては、このレンズ下端には発光素子が配置されるだけの小径な半球状の中空部があるのみ）。この中空部７の上面７ａは、レンズ下方に向かって凸状の球面（約Ｒ１０）からなるとともに、中空部７の側周面７ｂは、レンズ下端からレンズ前方に向かって穴径を徐々に狭くする若干のテーパーを設けてなり、これにより中空部７を略円柱形状に形成している。この中空部７の穴径・高さ・テーパーは、そこに配置する発光素子部２の寸法や、レンズの材質に応じた屈折率やレンズの外形寸法等に応じて設定される。
【００１３】
発光素子部２は、ＬＥＤ等の発光素子８そのもの及び発光素子８へのボンディングワイヤーを保護しつつも一定程度の集光作用発揮させるために、シリコン等の透明な合成樹脂材でモールド成形してなる被覆体９で被覆したもので、その上面を凸状としたものである。従来であれば、発光素子とボンディングワイヤーの周りを、刷毛でシリコンワニスを塗布していたのであるが、それでは発光素子からの放射状の発光が不均一となり、その結果好適な平行光が得られないこととなっていたものである。
【００１４】
このような構成からなる発光素子用レンズ１によれば、図２に示すごとく、まず被覆体９である程度収束された発光素子部２から照射される光のうち、上記中空部７の上面７ａに向かう光は、上面７ａの凸曲面に入射（レンズの屈折率に応じた全反射角以下である）して収束されレンズ内を直進し、レンズ前面４の凸レンズ部６で集光される方向に屈折してレンズ前方に照射される。本実施例にあっては、凸レンズ部６の曲率をアクリルのレンズの屈折率に応じて設定することで凸レンズ部６を通る光を平行光に近いものとするものである。そして、発光素子部２から上記中空部７の側周面７ｂに向かう光は、側周面７ｂに対しレンズの屈折率に応じた全反射角以下で入射して屈折し、周壁３に対して上記全反射角以上で入射することで全反射し、レンズ前面４の平面部５を通ってレンズ前方に照射されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案の発光素子用レンズを示す斜視図である。
【図２】本考案の発光素子用レンズにおける光路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  発光素子用レンズ
２  発光素子部
３  周壁
４  レンズ前面
５  平面部
６  凸レンズ部
７  中空部
７ａ  上面
７ｂ  側周面
８  発光素子
９  被覆体
【図１】
0003148911.tif 000003
【図２】
0003148911.tif 000004