(57)【要約】  ＬＥＤパッケージ（１０）は、軸（２２）を中心としたパターンで光を出力するＬＥＤ構造と、中心軸（２２）を有する光結合デバイス（１４）とを備える。結合デバイス（１４）は、ＬＥＤ構造に対して相対的に位置付けされ、ＬＥＤ（１２）から光を受け取る。結合デバイス（１４）は、中心軸（２２）に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面（１８）、および反射面（３２）を備える。第１の誘電体境界面（３０）は、ＬＥＤ構造から第１の部分の光（４０）を受け取り、反射面（３２）の方に方向付ける。反射面は、中心軸（２２）に対して実質的に垂直な方向で第１の誘電体境界面（３０）から光を受け取る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージであって、
軸を中心としたパターンで光を出力するＬＥＤ構造と、
中心軸を有し、かつ前記ＬＥＤから光を受け取るように前記ＬＥＤ構造に対して位置付けされた光結合デバイスと
を備え、前記デバイスは、前記中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面と反射面とを備え、前記第１の誘電体境界面は、前記ＬＥＤ構造からの光の第１の部分を受け取り、前記反射面の方に方向付け、前記反射面は、前記第１の誘電体境界面から前記光を受け取り、前記中心軸に対して実質的に垂直な方向で前記デバイスを出て行くように前記第１の誘電体境界面の方に方向付けることを特徴とする発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ。
【請求項２】
前記光結合デバイスは、前記ＬＥＤ構造からの光の第２の部分を受け取り、かつ前記中心軸に対して実質的に垂直な方向に前記デバイスから屈折させる第２の誘電体境界面をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項３】
前記第２の誘電体境界面は、凸状であることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項４】
前記反射面は、前記第１の誘電体境界面で画定された円柱の中に延びていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項５】
前記反射面は、実質的に線状であり、かつ前記中心軸に対して斜めに傾いていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項６】
前記反射面は、凹状であることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項７】
前記反射面は、
前記誘電体境界面から前記光の第１の部分を受け取る、前記中心軸に対して斜めに傾いた第１の部分と、
前記ＬＥＤ構造から光の別の部分を受け取り、前記中心軸に対して実質的に垂直な方向に前記第１の誘電体境界面に向けて方向付ける、前記中心軸に対して斜めに傾いた第２の部分と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項８】
前記反射面の前記第１の部分は、実質的に線状であることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項９】
前記反射面の前記第２の部分は、実質的に線状であることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１０】
前記反射面の前記第１の部分は、凸状であることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１１】
前記反射面の前記第２の部分は、凸状であることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１２】
前記第２の部分は、前記第１の部分と異なる角度で前記中心軸に対して斜めに傾いていることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１３】
前記反射面は、前記第１の誘電体境界面で屈折された光の部分を受け取り、前記中心軸に対して実質的に垂直な方向に前記中心軸から遠ざかるように方向付ける第３の部分をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１４】
前記反射面の前記第３の部分は、実質的に線状であることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１５】
前記反射面の前記第３の部分は、凹状であることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１６】
前記第３の部分は、前記反射面の前記第１の部分または前記第２の部分のいずれかと異なる角度で前記中心軸に対して斜めに傾いていることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１７】
前記第３の部分は、前記反射面の前記中心軸に対して実質的に垂直であることを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１８】
前記ＬＥＤ構造は、基部構造と、前記基部構造の上のＬＥＤとを備え、前記光結合デバイスは、前記ＬＥＤおよび前記基部構造の上に位置付けされていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項１９】
前記光結合デバイスは、前記ＬＥＤと直接接触していることを特徴とする請求項１８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２０】
前記ＬＥＤと前記光結合デバイスとの間に体積が存在していることを特徴とする請求項１８に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２１】
前記体積は、前記光結合デバイスと実質的に同じ屈折率を有する材料で満たされていることを特徴とする請求項２０に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２２】
前記体積は、空気で満たされていることを特徴とする請求項２０に記載のＬＥＤパッケージ。
【請求項２３】
軸を中心としたパターンで光を出力する発光デバイスと共に使用するためのレンズであって、
中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面と、
前記第１の誘電体境界面で画定された円柱の中に延びる内向き延長部分を有する反射面と
を備えることを特徴とするレンズ。
【請求項２４】
前記第１の誘電体境界面から外向きに延びる第２の誘電体境界面を前記第１の誘電体境界面の下にさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載のレンズ。
【請求項２５】
前記第２の誘電体境界面は、凸状であることを特徴とする請求項２４に記載のレンズ。
【請求項２６】
前記反射面は、
前記中心軸に対して斜めに傾いた第１の部分と、
前記第１の部分と異なる角度で前記中心軸に対して斜めに傾いた第２の部分と
を備えることを特徴とする請求項２３に記載のレンズ。
【請求項２７】
前記反射面の前記内向き延長部分は、前記第１の誘電体境界面を備える構造の一部として形成されていることを特徴とする請求項２３に記載のレンズ。
【請求項２８】
前記反射面の前記内向き延長部分は、前記第１の誘電体境界面を備える構造と別個に形成されていることを特徴とする請求項２３に記載のレンズ。
【請求項２９】
前記反射面は、前記第１の誘電体境界面に対して外向きに延びる外向き延長部分をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載のレンズ。
【請求項３０】
前記反射面の前記外向き延長部分は、前記反射面の内向き延長部分と別個に形成されていることを特徴とする請求項２９に記載のレンズ。
【請求項３１】
前記外向き延長部分は、反射性の下面を有する環状構造であることを特徴とする請求項３０に記載のレンズ。
【請求項３２】
前記反射面の前記内向き延長部分および外向き延長部分は、前記第１の誘電体境界面を備える構造と別個に形成されていることを特徴とする請求項２９に記載のレンズ。
【請求項３３】
前記反射面は、反射性の下面を有するカップ構造を備えることを特徴とする請求項３２に記載のレンズ。
【請求項３４】
前記反射面の前記内向き延長部分および外向き延長部分は、前記第１の誘電体境界面を備える構造の一部として形成されていることを特徴とする請求項２９に記載のレンズ。
【請求項３５】
発光デバイスからの光を方向付ける方法であって、
前記発光デバイスから、軸を中心としたパターンで光出力を発生させるステップと、
中心軸を有し、かつ前記ＬＥＤから光を受け取るように前記ＬＥＤ構造に対して位置付けされた光結合デバイスを使用して、前記光出力の方向を変えるステップと
を含み、前記デバイスは、前記中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面、および反射面を備え、前記光の方向を変えるステップは、
前記ＬＥＤ構造からの光の第１の部分を前記第１の誘電体境界面で受け取り、前記反射面の方に方向付けるステップと、
前記第１の誘電体境界面から前記光を前記反射面で受け取り、前記中心軸に対して実質的に垂直な方向に前記第１の誘電体境界面に向けて方向付けるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
前記光結合デバイスは、第２の誘電体境界面をさらに備え、前記方法は、
前記ＬＥＤ構造からの光の第２の部分を受け取るステップと、
前記光の第２の部分を前記デバイスから前記中心軸に対して実質的に垂直な方向に屈折させるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記反射面は、第３の部分をさらに備え、前記方法は、
前記第１の誘電体境界面または前記第２の誘電体境界面のいずれかで屈折された光の部分を受け取るステップと、
この光を前記中心軸に対して実質的に垂直な方向に前記中心軸から遠ざかるように方向付けるステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージに関し、より詳細には、側面発光ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示されるように、多くの発光ダイオード（ＬＥＤ）半導体ダイを含む多くの光源は、ダイの基部面に対して垂直な軸に関してランベルト放射パターンの光を発生する。ダイを離れる光の大部分は、実質的に前方に向けられているが、その多くは広角を向いている。しかしながら、多くの用途では、実質的に全ての光がほぼ９０°に等しいか９０°をいくらか超える広角に向けられて、前方の角度にはほとんどまたは全くないことが要求する。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，６０７，２８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願は、２００４年１０月１２日に出願された米国特許仮出願第６０／６１８，０８１号の恩典を主張する。
【０００５】
ＬＥＤパッケージからの光の広角分布を得るために、光の方向を変えるように構成された側方向け（ｓｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ）レンズをＬＥＤパッケージに付け加えることができる。図２は、そのようなレンズを有する既知のＬＥＤパッケージを示している。このＬＥＤパッケージは、ＬＥＤチップと、真っ直ぐな垂直側壁および、ろうと形（ｆｕｎｎｅｌ−ｓｈａｐｅｄ）上面を有するレンズとを備える。光がパッケージ中を進む主要な経路が２つある。第１の光路Ｐ１は、望ましい。チップから放射された光は、上面まで進み、ここで光は、内部全反射（ＴＩＲ）によって、縦軸に対してほぼ９０°で側壁を通過して出て行く。第２の光路Ｐ２は、光が上面を通って出て行くことができる角度のＴＩＲまたは反射を側壁から上面の方に生じさせる角度で、チップから側壁に向かって放射された光である。この経路は望ましくなく、側面から取り出される光の効率を制限する。
【０００６】
特許文献１に、もう１つのそのような側方向けレンズが開示されている。図３に示されるレンズは、鋸歯状屈折部と、最上部のろうと形部とを備える。鋸歯部は、光がＬＥＤの縦軸に対して約９０°でレンズを出て行くように、光を屈折させ、曲げるためのものである。しかしながら、このレンズの鋸歯状の特徴は、レンズの製造を困難にする。例えば、射出成形プロセス中に、鋸歯状の特徴のアッダーカットは、側面作動（ｓｉｄｅ−ａｃｔｉｏｎ）射出成形金型を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡潔に、そして一般的な言葉で言うと、本発明は、ＬＥＤまたは他の光源の側面に光を方向付け、その側面から放射させるための発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージおよびレンズを対象とする。一態様では、本発明は、軸を中心としたパターンで光を出力するＬＥＤ構造と中心軸を有する光結合デバイスとを備えるＬＥＤパッケージに関する。結合デバイスは、ＬＥＤ構造に対して相対的に位置付けされ、ＬＥＤからの光を受け取る。結合デバイスは、中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面と、反射面とを有する。第１の誘電体境界面は、ＬＥＤ構造から第１の部分の光を受け取り、反射面の方に方向付ける。反射面は、第１の誘電体境界面から光を受け取り、中心軸に対して実質的に垂直な方向に、第１の誘電体境界面の方に方向付ける。
【０００８】
別の態様では、本発明は、軸を中心としたパターンで光を出力する発光デバイスとともに使用するためのレンズに関する。このレンズは、中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面と、第１の誘電体境界面で画定された円柱の中に延びる内向き延長（ｉｎｗａｒｄ−ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ）部分を有する反射面とを備える。
【０００９】
さらに別の態様では、本発明は、発光デバイスからの光を方向付ける方法に関する。本方法は、発光デバイスから軸を中心としたパターンで光出力を発生させるステップと、中心軸を有し、かつＬＥＤからの光を受け取るようにＬＥＤ構造に対して相対的に位置付けされた光結合デバイスを使用して、光出力の方向を変えるステップとを含む。このデバイスは、中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面と、反射面とを備える。光の方向を変えるステップは、ＬＥＤ構造からの光の第１の部分を第１の誘電体境界面で受け取り、反射面の方に方向付けるステップと、第１の誘電体境界面からの光を反射面で受け取り、中心軸に対して実質的に垂直な方向に、第１の誘電体境界面の方に方向付けるステップとを含む。
【００１０】
本発明のこれらおよび他の態様および有利点は、以下の詳細な説明、および本発明の特徴を例示として示す添付の図面から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、光源から放射された光がパッケージから前方に放射されるのではなく実質的に横に放射されるようにする発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージおよびレンズを提供する。そのようなＬＥＤパッケージは、軸を中心としたパターンで光を出力するＬＥＤ構造および中心軸を有する光結合デバイスまたはレンズを備える。結合デバイスは、ＬＥＤ構造に対して相対的に位置付けされて、ＬＥＤから光を受け取る。結合デバイスは、中心軸に対して実質的に円柱形の第１の誘電体境界面、および反射面を有する。第１の誘電体境界面は、ＬＥＤ構造からの光の第１の部分を受け取り、反射面の方に方向付ける。反射面は、第１の誘電体境界面から光を受け取り、その光が反射面を通過するようにするのとは対照的に、その光を元の第１の誘電体境界面の方に方向付ける。その光は、中心軸に対して実質的に垂直な方向で第１の誘電体境界面の方に方向付けられ、第１の誘電体境界面を通って放射される。したがって、そうでなければ前方向に放射されるだろう光が、横に放射される。
【００１２】
ここで図面、特に図４および５を参照すると、側面発光（ｓｉｄｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ）ＬＥＤパッケージ１０の２つの例示的構成が示されている。各パッケージ１０は、基部構造１３の上のＬＥＤ１２と、ＬＥＤからの光がボディの中に導かれるようにＬＥＤおよび基部構造に対して相対的に位置付けされたボディ１４を備える。
【００１３】
図４の構成において、ＬＥＤ１２は、ボディ１４の内部に位置付けされ、光は、ボディ中でその内部において放射される。この構成は、例えば射出成形によって、ＬＥＤ１２を直接覆って基部構造１３の表面上にボディ１４を形成して作ることができる。この構成の代替形態では、ボディ形成プロセス中にＬＥＤを保護するために、封入材料１１がＬＥＤ１２の上に形成される。
【００１４】
図５の構成では、ＬＥＤ１２は、ボディ１４の下面１６の下に位置付けされ、光は、下面を通ってボディの中に入る。この構成では、ボディ１４は、ダイアモンド旋盤加工（すなわち、ダイアモンドビットの付いた旋盤でレンズが形作られる）、射出成形、および鋳込のようないくつかのよく知られた技術を使用して、別個の部品として製造される。ボディ１４は、基部構造１３に接着固定され、基部構造１３はＬＥＤ１２を取り囲む周囲支持物１５を備えている。ボディ１４を固定する前に、ＬＥＤ１２と周囲支持物１５との間の体積１７を、これらに限定されないが、樹脂、シリコーン、エポキシ樹脂、またはボディを形成する材料と同じ範囲内の屈折率を有する任意の材料を含む光学的に透明な材料で満たしてもよい。代わりに、体積１７は、空気のなどのボディと異なる屈折率を有する媒体で満たされてもよい。
【００１５】
ボディ１４は、光を透過させることができる多くの異なる材料で作ることができるが、好ましくは、ガラス、シリコーン、アクリル樹脂、環状オレフィン共重合体（ＣＯＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ＰＣ／ＰＭＭＡ、およびポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含むがこれらに限定されない透明材料で作られる。ボディ１４の屈折率（ｎ）は、１．４から１．６の範囲にあり、好ましくは約１．５である。
【００１６】
続けて図４および５を参照して、透明ボディ１４は、下面１６、側面１８、および上面２０を有する。ボディ１４は、中心軸２２またはボディの中心面に対して広い角度分布を持つ光をＬＥＤ１２から受け取る。図６を参照して、本明細書で使用されるような「広い角度分布」は、一般に、陰影付けされた領域で示されるように、中心軸に対して最高＋６０°および−６０°およびこれを超える角度を意味する。図４および５に戻って、一般に、光は、ボディ自体の範囲２６よりも相当に小さな範囲２４を有する領域から、中心軸または中心面に垂直な方向に放射される。
【００１７】
側面１８は、適切な角度を有する光の透過を可能にする（例えば、空気との）誘電体界面である。側面１８には、下部２８と上部３０がある。例えば、ボディ１４の内側円錐面３２を金属反射層で覆うことによって、または（図１１および１２に示されるような）ボディと向き合う金属反射層を有する第２のボディを追加することによって、上面２０は反射性にされる。この上面２０は、内側部分３４および外側部分３６を有する。好ましい実施形態では、側面１８と上面２０の両方とも、中心軸２２のまわりの回転面の形であり、側面１８の上部３０は、この中心軸に対してほぼ平行である。
【００１８】
図７を参照して、またＬＥＤパッケージ１０の光学特性に関して、光の広角部分３８は、側面１８の下部２８での反射によって、中心軸２２に対してほぼ垂直にボディ１４を出て行くように方向を変えられる。図８を参照して、本明細書で使用するとき「広角」は、陰影付けされた領域で示されるように、中心軸２２に対して約±５０°を超える角度を意味する。
【００１９】
図７に戻って、光のより狭い角度部分４０は、側面１８の上部３０に入射する。図９を参照して、本明細書で使用されるとき「狭角」は、陰影付けされた領域で示されるように、中心軸２２に対してほぼ±５０°以内でほぼ±２０°を超える角度を意味する。側面１８の上部３０は中心軸２２に対して平行であるので、この光は、臨界角にほぼ等しいか超える入射角で側面に当たり、光の大部分またはその実質的に全てが側面で反射される。
【００２０】
図７に戻って、方向を変えられた光４０は、次に、上面２０の外側部分３６に当たり、そこで、関連した角度の変化を伴って側面１８の上部３０の方に向けて逆戻りに再び反射される。この角度の変化は、方向を変えられた光線４０が側面１８に対して遥かに小さな入射角を成し、したがって側面の上部３０を透過するようになるようなものである。好ましい実施形態では、反射光線４０の大部分は、側面１８の上部３０に対してほとんど垂直であり、したがって、光は、ほぼ垂直に、すなわち側面に対してほぼ垂直にボディ１４を出て行く。この文脈における「ほとんど垂直」は、上部３０の表面に対して約２０°未満の入射角度を意味する。「ほぼ垂直」は、上部３０の表面に対して約３０°未満の射出角度を意味する。
【００２１】
続けて図７を参照して、光の最狭角部分４２は、最初に側面１８で反射されることなしに、上面２０の内側部分３４に当たる。図１０に示されるように、本明細書で使用されるとき「最狭角」は、中心軸２２のおおよそ±２０°以内の角度を意味し、それが陰影付けされた領域で示されている。光のこの部分４２はまた、反射によって、側面の上部３０に対してほぼ垂直な角度で側面１８の上部３０の方に方向を変えられ、したがって、この部分の光はまた、中心軸２２に対してほぼ垂直にボディ１４を出て行く。
【００２２】
また、より少ない量の光が、上に挙げられた主な光線経路３８、４０、４２以外の方向にボディ１４から放射される。例えば、フレネル反射、材料のヘーズ、および表面粗さは、迷光を生じることが知られており、この迷光のいくらかは、望ましくない大きな角度でボディ１４から放射される。この文脈において、「大きな角度」は、上部３０の表面の±３０°以上の角度を意味する。臨界角よりも小さな入射角で側面１８の上部３０に当たる少数の光線経路があることもあり、それらの光線は完全には反射されず、大きな角度で部分的に透過される。側面１８の下部２８の部分によって、少数の光線経路もまた、比較的大きな角度の中に屈折されることがある。
【００２３】
図１１を参照して、本発明の別の実施形態では、第３の反射部分４４をボディ１４の上面２０に追加して、望ましくない大きな角度の光線４６のいくらかの方向を変えることによって、光学性能をさらに改善することができる。第３の部分４４は、所望の側面放射角に光の方向を変えるように、側面１８の上部３０に対して外向きに延びている。第３の部分４４は、そのように方向を変えられた光の部分を増加させるように、中心軸２２に対して比較的垂直に傾けられている。さらなる実施形態では、中心軸に垂直な線５６に対して１０°から３０°傾くように位置付けされた第３の部分４４は、デバイスの全高さを許容可能な量だけ高くしながら、中心軸２２に垂直な光の量をさらに増加させることが分かった。
【００２４】
図１１に示される実施形態では、第３の部分４４は、反射面２０の内側および外側部分３４、３６を備えるカップ４８の一部である。カップ４８は、ボディ１４の上部に形成された穴２１（図７に示される）に適合するように構成されている。カップ４８は、プラスチックまたは金属などの任意の適切な材料で作ることができ、打抜き加工または機械加工などのいくつかの知られた技術のどれかを使用して形成することができる。反射性材料を使用してカップを形成するか、表面に反射材料を塗布またはメッキするかのどちらによっても、ろうと形カップの底面５０は反射性である。ボディ１４の材料に適合したシリコーン接着剤などの接着剤を使用して、ろうと形カップ４８をボディ１４に固定することができる。
【００２５】
図１２を参照して、別の実施形態では、第３の部分４４は、カップの一部ではなくテーパ（ｔａｐｅｒｅｄ）リング５２として形成することができる。この場合、リング５２の開口５４は、上部３０の穴２１の内径と実質的に一致するような大きさに作られる。この場合、下面５０および穴２１の表面２３、２５が上部反射面２０を形成する。図８の実施形態のように、シリコーン接着剤などの、ボディ１４の材料に適合する接着剤を使用して、リング５２をボディ１４に固定することができる。別の実施形態では、反射面の全ての部分は、成形または機械加工プロセスによって単一ボディ１４の一部として形成される。理解されることであるが、本明細書で説明されたものを超えて、多くの他の部分またはデバイスを追加して、発光を方向付けることができる。
【００２６】
前述の説明では、図７および１１のボディ１４の様々な表面の配列によって生じる光学特性に注目したが、ボディは、他の表面配列および特性を持つように構成することができる。図１３に示されるように、一般的に、ボディ１４は、ボディの中心軸２２のまわりに円柱形である第１の誘電体境界面５８と、第１の誘電体境界面を越えて外向きに延びる第１の誘電体境界面の下の第２の誘電体境界面５９と、を有する。この文脈での「円柱形」は、中心軸を通って上部３０を切ることによって生じる外線６０が中心軸と実質的に平行であることを意味する。円柱形は、第１の誘電体境界面５８によって画定される円柱の断面が円であることを必ずしも意味しない。第２の誘電体境界面５９はだいたい凸状であり、例えば球もしくは円柱、またはこれらの物体の部分等の湾曲体の外形に似た外向きに膨らんだ湾曲形である表面を意味している。
【００２７】
ボディ１４はまた、第１の誘電体境界面５８で画定された円柱の中に延びる反射面２０を有する。反射面２０は、単一の表面６２で形成されてもよく、この表面６２は、実質的に線状断面６４、凸状断面６８、または凹状断面６６を有することができる。この文脈において「凹状」は、例えば球もしくは円柱、またはこれらの物体の部分等の湾曲体の内部に似た内向きに膨らんだ湾曲形を有する表面を意味する。表面２０は、中心軸２２に対して斜めに傾いており、凹面または凸面の角度は、その面の断面の相対する端点を通過する直線を使用して測定される。
【００２８】
代わりに、反射面２０は、複数の表面３４、３６（図４および５）で形成することができ、これらの表面は、線状、凹状、凸状、またはこれら３つの任意の組合せ、例えば、線状／線状、線状／凹状、線状／凸状、凹状／線状、凹状／凸状、凸状／線状、または凸状／凹状であってもよい。中心軸に沿った表面の相対的な大きさは、実質的に同じもの（図５）から非常に異なるもの（図４）まで広がることができる。中心軸２２に対する表面６２または表面３４、３６の角度はまた、変化することができる。ボディ１４のこれらの様々な特徴の最終的な特性は、ボディの大きさに対する制約、ＬＥＤの構造およびその発光角範囲、ボディに対するＬＥＤの所期の位置付け、ならびに、ボディおよび、ＬＥＤとボディとの間の例えばエポキシ、樹脂、空気等の任意の他の媒体の屈折率を含む、光が通過する様々な媒体の屈折率、などの様々な要素に依存する。これらの様々な要素が与えられると、当業者は、所望の光学性能を得るようにボディの特徴を調整することができる。
【００２９】
図１４を参照して、一実施形態では、側面１８の下部２８の少なくとも１つの領域７０が、選ばれた点Ｐからその領域の方に向かって発する実質的に全ての光線が、水平軸に対する角度θ0の方向に屈折されるように成形されている。領域７０の断面の形は、極座標で次式によって与えることができる。
【００３０】
【数１】
2008516463.tif 000003
【００３１】
ここで、ｄは、選ばれた点からこの領域の水平方向の外縁までの距離であり、
【００３２】
【数２】
2008516463.tif 000004
【００３３】
であり、さらにｎは、誘電体媒体の屈折率である。好ましい実施形態では、選ばれた点Ｐは、光源の中心の近くにあり、２ｄ＝ボディの全直径、である。
【００３４】
図１５を参照して、一実施形態では、上面２０の外側部分３６の少なくとも１つの領域７２が、選ばれたＰから発して側面１８の上部３０で反射した光線が、水平軸に対して角度θ0で放射されるように方向を変えられるように成形されている。留意されたいことであるが、側面１８の上部３０は、点Ｐの虚像Ｐ’を形成する。そして、上面２０の外側部分３６の領域７２の断面の形は、角度θ0’の軸およびＰ’の焦点を有する放物線であってもよい。領域７２の形は、Ｐ’に中心のある極座標で表すことができ、その形は次式を有する。
【００３５】
【数３】
2008516463.tif 000005
【００３６】
ここで、ｌは、領域７２が側面１８の上部３０と所望の高さで確実に交わるように選ばれた長さパラメータである。好ましい実施形態では、選ばれた点Ｐは、光源の中心の近くにある。好ましい実施形態では、上面２０の内側部分３４は、ボディの中心軸に対してほぼ４５度の角度を成す。
【００３７】
図１６は、図５のＬＥＤパッケージ１０からの発光の断面を示す。ＬＥＤパッケージ１０のボディ１４は、ＬＥＤパッケージ１０を取り囲み、ほぼ円板状または環状（ｔｏｒｏｉｄａｌ）の放射パターン８０すなわち照明場（ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を生成する。ＬＥＤから放射された光の大部分は、レンズの垂直軸２２に対して７０〜１１０度の間にある。
【００３８】
図１７に示すように、側面発光によって、単一のＬＥＤパッケージ１０でも複数の光ガイド８４を照明することができるようになる。ＬＥＤパッケージ１０からの側面発光で、光は各光ガイド８４に入ることができる。ＬＥＤパッケージ１０は、また、光ガイド８４のボディ中に挿入することができる。様々な形の光ガイドを使用することができる。光ガイドの長手方向の側面は、平面であってもよく、または先細りになってもよい。例えば、単一の側面発光ＬＥＤパッケージ１０を、円板状光ガイドの中心に配置することができる（図示せず）。光はＬＥＤパッケージ１０の側面から３６０度に、すなわちＬＥＤパッケージ１０の中心から全円の方向に放射されるので、前記円は前記円板状光ガイドと実質的に同一平面にあり、光は、光ガイドに入り、全光ガイドにわたって屈折され、また反射される（図示せず）。ＬＥＤパッケージの他の用途には、ＬＣＤディスプレイ用ＬＥＤバックライト、ＴＶ、交通信号、航空障害灯（ａｖｉａｔｉｏｎ  ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｌｉｇｈｔ）、ＬＥＤランプ、放物面反射器のランプ、および警報信号送信がある。
【００３９】
上記から明らかになることであろうが、本発明の特定の形態が図示され説明されたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正を加えることができる。したがって、添付の特許請求の範囲による場合を除き、本発明が限定されることを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】一般的なＬＥＤの照明パターンを示す図である。
【図２】知られたＬＥＤパッケージを示す図である。
【図３】別の知られたＬＥＤパッケージを示す図である。
【図４】本発明に従って構成され、ＬＥＤ構造および光結合デバイスまたはレンズを備えるＬＥＤパッケージを示す断面図である。
【図５】本発明に従って構成された別のＬＥＤパッケージを示す断面図である。
【図６】ＬＥＤ発光軸に垂直な軸に対する光の角度分布を示すグラフである。
【図７】図５のレンズの光学特性を示す模式図である。
【図８】ＬＥＤ発光軸に垂直な軸に関する光分布の一部を示すグラフである。
【図９】ＬＥＤ発光軸に垂直な軸に関する光分布の一部を示すグラフである。
【図１０】ＬＥＤ発光軸に垂直な軸に関する光分布の一部を示すグラフである。
【図１１】レンズの代替実施形態、およびレンズの光学特性の模式図の組合せ断面図である。
【図１２】図１１のレンズの別の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明に従って構成されたレンズを示す一般的な図である。
【図１４】本発明に従って構成されたレンズの一部を示す図である。
【図１５】本発明に従って構成されたレンズの一部を示す図である。
【図１６】図５のＬＥＤパッケージからの光の側面放射を示す図である。
【図１７】図５のＬＥＤパッケージから光ガイド中への光の側面放射を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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