(57)【要約】【課題】簡易な構造でフラットな形状の配光特性を得ることができるＬＥＤドットマトリックスを提供する。【解決手段】ＬＥＤ１０は並列に配置された２本の金属製のリードフレーム１１ａ、１１ｂと、一方のリードフレームの一端に設けられた金属ベース１２に載置されたＬＥＤ素子１３と、他方のリードフレームの一端とＬＥＤ素子とを電気的に接続するボンディングワイヤ１５と、リードフレームの一端部、ＬＥＤ素子、ボンディングワイヤ等を包覆するように設けられた透光部材１６とを備えている。このようなＬＥＤ１０の複数個を、所定の電路を有する基板１７に配置し、各リードフレームを、上記電路に半田１８で電気的に接続している。そして、ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにされている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子及び前記ＬＥＤ素子を包覆した透光部材を備えたＬＥＤを、所定の電路を有する基板に複数配列してＬＥＤユニットを形成してなるＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が、前記透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにされたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記透光部材のレンズ面を、横断面楕円形の部分球面としたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項３】
請求項１記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を、前記透光部材のレンズ面に対して横長の直方体としたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
前記複数のＬＥＤユニットを同一平面に対して互いに傾いた状態で横並びに配置したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、
同一平面に対して互いに傾いた状態で横並びに配置された前記ＬＥＤユニットの対を、複数配置したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を基板に二次元的に配列してなるもので、道路の料金所等で車のナンバープレート、人物を撮影するときに被写体に光を照射するＬＥＤ赤外線照明装置や、文字、記号等のＬＥＤ表示器、信号機等に使用されるＬＥＤドットマトリックスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＬＥＤは、ＬＥＤ素子を包覆した透光部材のレンズ面（頂部）が砲弾型をなしており、図７にその配光特性を示している。図７に示されるように、砲弾型透光部材のＬＥＤ３０から放射された光は、中央部分３１の光量が大きく、周辺部分３２の光量は小さくなるという山の形状の配光特性を示す。この従来のＬＥＤの複数を、所定の基板に集積してなるＬＥＤユニットも、合成された配光特性が図７に示したような山の形状になると考えられる。
【０００３】
従って、このような従来のＬＥＤユニットを、例えば、撮影用照明装置として使用した場合、配光特性が山の形状になっていることから、照射範囲の中央と周辺で光量が異なり、このため、輝度むらが生じ所望の画質が得られないことがあるので好ましくない。
輝度むらが生じないようにするには、図８に示すように、ＬＥＤ４０から放射された光が中央部分も周辺部分もほぼ同等の光量となる、なるべくフラットな形状の配光特性４１になることが望まれる。
【０００４】
この従来のＬＥＤを所定の基板に集積し並べただけのＬＥＤユニットは、フラットな照明とすることができない。
また、光源から被写体までの距離が大きくなる程、照射光が拡散してしまい、光の強度が弱くなってしまうため、ＬＥＤ自体の発光強度を大きくしなければならない。しかし、ＬＥＤ自体の発光強度を大きくすると、ＬＥＤの発熱が大きくなり、ＬＥＤの寿命が短くなり、照明の消費電力が多くなる。
【０００５】
ところで、複数のＬＥＤを基板に配置しフラットな配光特性を得るようにしたＬＥＤ赤外線照明装置は公知である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１の照明装置は、反射形ＬＥＤを使用し、これらを基板に集積してなるＬＥＤユニットの照射角度を、基板の直角軸に対してそれぞれ傾斜させたものである。また、特許文献２の照明装置は、複数のＬＥＤユニットのうち、内側のＬＥＤユニットに、外側のＬＥＤユニットより小さい値の定電流を供給するようにしたものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１―１９５３０７号公報
【特許文献１】
特開平１１―１９５３１７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術には次のような解決すべき課題がある。
特許文献１の照明装置は、反射形ＬＥＤを使用しているために、光の指向性が大きく中心輝度が大きくなる。このため、反射形ＬＥＤを集合し面発光のＬＥＤユニットを形成した場合、光の干渉によりＬＥＤユニット自体も中心輝度が大きくなる。
このことから、ＬＥＤユニットを平面に並べて面発光体を形成し、フラットな形状の配光特性を得ようとした場合、ＬＥＤユニットを集光方向に向けることができず、ＬＥＤユニットを分散方向に傾ける必要があり、光の集光効率が悪くなるものと考える。
【０００８】
特許文献２の照明装置は、ＬＥＤユニット毎に流す電流値と時間を調整しフラットな配光特性を得るものであるが、次の問題があると考える。すなわち、
・ＬＥＤ自体がもつ仕様特性を充分に発揮できない。
・外側のＬＥＤユニットほど、流す電流、時間が大きくなる傾向がある。
・電気回路が複雑になる。
【０００９】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、簡易な構造でフラットな形状の配光特性を得ることができるＬＥＤドットマトリックスを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
ＬＥＤ素子及び上記ＬＥＤ素子を包覆した透光部材を備えたＬＥＤを、所定の電路を有する基板に複数配列してＬＥＤユニットを形成してなるＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が、上記透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにされたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１１】
前記ＬＥＤは、例えば、並列に配置された２本の金属製のリードフレームと、一方のリードフレームの一端に設けられた金属ベースに載置されたＬＥＤ素子と、他方のリードフレームの頭部と前記ＬＥＤ素子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、前記２本のリードフレームの各頭部、前記ＬＥＤ素子及びボンディングワイヤを一体に包覆するように設けられた透光部材とから構成されている。前記２本の金属製のリードフレームを介してＬＥＤ素子に定電流が供給されることにより発光（赤外線）し、前記透光部材頂部のレンズ面から外部に放射される。
また、ＬＥＤを、所定の電路を有する基板に複数配列し、各ＬＥＤのリードフレームを、それぞれ前記基板の電路に半田で電気的に接続してＬＥＤユニットが形成される。
なお、前記透光部材のレンズ面とは、前記ＬＥＤ素子と対面する前記透光部材頂部における光透過面である。
【００１２】
前記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が、前記透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにされたことにより、前記ＬＥＤユニットがフラットな形状の配光特性を示し、輝度むらのない良好な光照射が得られる。
【００１３】
〈構成２〉
構成１記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記透光部材のレンズ面を、横断面楕円形の部分球面としたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１４】
前記横断面楕円形の部分球面とは、例えばラクビーボール状物体を長軸に沿って縦断することにより得られる立体形状である。このような立体形状とすることにより、長軸には図８に示されるようなフラットな形状の配光特性を示し、短軸には山の形状の配光特性を示す。すなわち、前記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が、前記透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにされたこととなり、全体的にはほぼ均一な光強度で横長スクリーン状の照射範囲となる。
【００１５】
〈構成３〉
構成１記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を、上記透光部材のレンズ面に対して横長の直方体としたことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１６】
前記ＬＥＤ素子を、前記透光部材のレンズ面に対して横長の直方体とすることにより、前記ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が、前記透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにされたこととなり、全体的にはほぼ均一な光強度で横長スクリーン状の照射範囲となる。
【００１７】
〈構成４〉
構成１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、上記複数のＬＥＤユニットを同一平面に対して互いに傾いた状態で横並びに配置したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００１８】
前記複数のＬＥＤユニットを互いに傾いた状態で横並びに配置することによって、各ＬＥＤユニットから放射された光が重複されて合成された配光特性を示し、あるいは横方向にずれて合成された配光特性を示すこととなる。放射光が重複されて合成された場合は光強度が倍加され、また、放射光が横方向にずれて合成された場合はフラットな形状の配光特性を示す照射範囲が広がるようになる。使用目的に応じて使い分けをすることができる。
【００１９】
〈構成５〉
構成４に記載のＬＥＤドットマトリックスにおいて、同一平面に対して互いに傾いた状態で横並びに配置された上記ＬＥＤユニットの対を、複数配置したことを特徴とするＬＥＤドットマトリックス。
【００２０】
互いに傾いた状態で横並びに配置された前記ＬＥＤユニットの対を、複数配置することにより、光強度を倍加し、かつフラットな形状の配光特性を示す範囲を広げたものとすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明のＬＥＤドットマトリックスに使用されるＬＥＤ及びその取付け状況を示している。
このＬＥＤ１０は、基板１７に並列に配置される２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂと、一方のリードフレーム１１ａの頭部に係止されている金属ベース１２と、金属ベース１２の上に載置されたＬＥＤ素子１３と、このＬＥＤ素子１３と他方のリードフレーム１１ｂの頭部とを電気的に接続するボンディングワイヤ１５と、２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂの各頭部、ＬＥＤ素子１３及びボンディングワイヤ１５を一体に包覆する透光部材１６とを有している。
【００２２】
透光部材１６は、光を透視しうる透明なエポキシ樹脂等の透明樹脂により成形されている。そして、図２に示すように、透光部材１６のレンズ面１６ａは、横断面楕円形の部分球面、すなわち、ラクビーボール状物体を長軸に沿って縦断することにより得られる立体形状とされている。
【００２３】
透光部材１６のレンズ面１６ａとは、ＬＥＤ素子１３と対面する透光部材頂部における光透過面であり、ＬＥＤ素子１３から発光される赤外線を任意の屈折率で透過させるレンズの効果を奏するものである。
【００２４】
図１において、基板１７には予め所定の配線パターンを形成する電路と、複数のＬＥＤ１０を縦横に配列するために２本のリードフレーム１１ａ、１１ｂを挿通させるスルーホールとが設けられている。
各ＬＥＤ１０のリードフレーム１１ａ、１１ｂは、基板１７のスルーホールに挿入され裏面から突出され、そして電路に半田１８で電気的に接続固定される。
【００２５】
図３は、図２に示したＬＥＤ１０を使用したＬＥＤドットマトリックスの一実施例を示している。
例えば、図３に示されるように、縦が約１４ｃｍ、横が約１０ｃｍの四辺形をなす基板１７に、透光部材１６の直径が約６ｍｍ級のＬＥＤ１０を、４００個配列して構成されている。このとき、４００個のＬＥＤは、基板１７に、一方向（図の上下方向）からみて半ピッチずつ間隔を置いて互いに密着させた、いわゆる俵積み状態で配列されている。
【００２６】
この俵積み状態の配列とすることによって、縦、横に同列に同ピッチで正四辺形に配列した場合に比べて配列面積を約２０％縮小することができる。
なお、図３において、符号２５は基板１７の取付け用貫通孔を示し、基板の四隅に設けられている。また、符号２６〜２８は、それぞれ基板１７の電路に連結された電気端子を示している。
【００２７】
上記のように構成された本発明に係るＬＥＤドットマトリックスは、透光部材１６のレンズ面１６ａを横断面楕円形の部分球面とすることが、ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子を光源とする光が透光部材のレンズ面を通過し横長に広がるようにすることであり、ＬＥＤユニットが図８に示すようなフラットな形状の配光特性を示し、輝度むらのない良好な光照射を行う。
【００２８】
本発明においては、図２に示したＬＥＤ１０の代りに、図４に示すＬＥＤ１９を使用して各ＬＥＤのＬＥＤ素子を光源とする光が透光部材のレンズ面１６ａを通過し横長に広がるようにすることができる。
すなわち、図４において、リードフレーム１１ａの頭部に係止されている金属ベース１２の上に載置されたＬＥＤ素子１４は、透光部材のレンズ面１６ａに対して横長の直方体とされている。なお、図４には、図１、図２に示した部分と共通する部分に同一の符号を付している。
【００２９】
ＬＥＤ素子１４を、レンズ面１６ａに対して横長の直方体とすることにより、ＬＥＤユニットの各ＬＥＤ素子１４を光源とする光が透光部材のレンズ面１６ａを通過し横長に広がるようにされたこととなり、ＬＥＤ１９が図８に示すようなフラットな形状の配光特性を示し、全体的にはほぼ均一な光強度の横長スクリーン状の照射範囲となる。
【００３０】
また本発明においては、図５に概略を示すように、複数のＬＥＤユニット５０ａ、５０ｂを、各一辺を付き合わせ同一平面に対して互いに傾いた状態で横並びに配置するようにしてもよい。これらのＬＥＤユニット５０ａ、５０ｂは、図１に示されたＬＥＤ１０あるいは図４に示されたＬＥＤ１９により、図３に示されるように平板状に構成されている。
図５に示されるように、各ＬＥＤユニット５０ａ、５０ｂから放射された光は、それぞれ符号５１ａ、５１ｂで示す配光特性となり、これらの光が横方向にずらすことにより、合成されたフラットな形状の配光特性５２を示すようになる。すなわち、照射範囲が横方向に広がるようになる。
【００３１】
さらに本発明においては、図６に示すように、複数のＬＥＤユニット５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを対毎にそれぞれ互いに傾いた状態で横並びに配置してもよい。
この場合には、各ＬＥＤユニット５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄから放射された光がそれぞれ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄの配光特性を示し、これらが横方向にずれて合成された配光特性５３がフラットな形状を示すようになる。すなわち、光強度が倍加し、かつフラットな形状の配光特性５３を示した状態で照射範囲を横方向に広げたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＬＥＤドットマトリックスの一実施例の一部を示す縦断面図である。
【図２】同実施例の要部を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図３】同実施例における複数のＬＥＤの配列状態を示す平面図である。
【図４】本発明に係るＬＥＤドットマトリックスの他の実施例の要部を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤドットマトリックスの配光特性を説明するための概略図である。
【図６】本発明に係る他の実施例の配光特性を説明するための概略図である。
【図７】従来のＬＥＤの配光特性を示す図である。
【図８】ＬＥＤの配光特性を示す図である。
【符号の説明】
１０、１９、３０、４０  ＬＥＤ
１１ａ、１１ｂ  リードフレーム
１２  金属ベース
１３  ＬＥＤ素子
１５  ボンディングワイヤ
１６  透光部材
１７  基板
１８  半田
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ  ＬＥＤユニット
【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】
2004191446.tif 000008
【図７】
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【図８】
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