(57)【要約】【課題】  本発明は、発光体として高輝度ＬＥＤを採用し、且つ湾曲状及び平板状反射面をその背面側に併設することにより、出射光線の前方への指向性を向上させた発光部を得ることを目的とする。【解決手段】  背面側に反射手段を設け、その中心位置に高輝度ＬＥＤを配設した発光部において、該高輝度ＬＥＤ及び反射手段の前面側をエポキシ樹脂よりなる被覆体により一体被覆し、該被覆体の表面を出光面とし、該反射手段は金属材料よりなる湾曲面を形成した中心側の第１反射体と、該第１反射体に連続してその周囲に形成した断面鋸歯状の環状体よりなる第２反射体とを構成したことを特徴とする高輝度ＬＥＤ発光部。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
背面側に反射手段を設け、その中心位置に高輝度ＬＥＤを配設した発光部において、該高輝度ＬＥＤ及び反射手段の前面側をエポキシ樹脂よりなる被覆体により一体被覆し、該被覆体の表面を出光面とし、該反射手段は金属材料よりなる湾曲面を形成した中心側の第１反射体と、該第１反射体に連続してその周囲に形成した断面鋸歯状の環状体よりなる第２反射体とを構成したことを特徴とする高輝度ＬＥＤ発光部。
【請求項２】
第１反射体の湾曲面は、当該箇所に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる反射曲率面に形成してなることを特徴とする請求項１に記載の高輝度ＬＥＤ発光部。
【請求項３】
第２反射体は、断面鋸歯状の谷部から外方へ向かって上昇傾斜する平面を適数個形成し、該各々の平面に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる傾斜角度に形成してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の高輝度ＬＥＤ発光部。
【請求項４】
被覆体は、高輝度ＬＥＤ配設位置の前方側となる表面に略半球形状の集光凸レンズを形成し、その外周面を出光面としてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高輝度ＬＥＤ発光部。
【請求項５】
集光凸レンズは、高輝度ＬＥＤからの照射光線が平坦出光面に対して臨界角となる位置より突設形成してなることを特徴とする請求項４に記載の高輝度ＬＥＤ発光部。
【請求項６】
被覆体は、反射手段の前面側及び側面側を囲み、該反射手段と一体的に形成してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高輝度ＬＥＤ発光部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度ＬＥＤの発光体から照射する光エネルギーをそのほぼ１００％を前方の一定範囲に指向性をもって出射させることのできる高輝度ＬＥＤ発光部に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは電気から光への変換効率に優れ、白熱電球やハロゲンランプ等では、１５〜１８％、蛍光灯では約６０％にすぎなかったものが９０％以上となり、極めて効率の良い省エネ照明を提供できるものである。また、発熱が少なく、低消費電力である。更に、耐久性にもすぐれ、１０万時間以上の起長寿命を達成できるものである。また、ＬＥＤは輝度が低いという点で欠点があったが、近年高輝度ＬＥＤが開発され、その欠点も解消されてきている。
【０００３】
上記利点より、ＬＥＤを発光体とする発光部が開発され、且つ、ＬＥＤからの光線を有効的に使用する目的で、その出射方向に指向性を持たせる様々な工夫が下記のようになされている。
【０００４】
図６の発光部は、ＬＥＤ（Ａ）を放物曲面の反射鏡Ｂの中心部に配設し、該ＬＥＤ（Ａ）の斜め前方や側方から照射される光線を該反射鏡Ｂにより反射させ、前方の透光体Ｃより前方への平行光線として出射方向に指向性を持たせている。この場合、有効な平行光線を多く得るために放射角度β１の角度領域の光線を、反射光線として平行光線を得る必要がある。従って、該反射光線を得るために反射鏡Ｂを前方側へ突出させて延設部Ｓを形成する必要があり、その結果、反射鏡Ｂの全体の深さは大巾に増加している。
【０００５】
図７の発光部は、ＬＥＤ（Ｄ）の前面側に凸レンズＥ及び該凸レンズＥに連続して湾曲状の反射体Fを配設し、該ＬＥＤ（Ｄ）の前方及び斜め前方側から照射された光線を該凸レンズＥによって光軸方向への平行光線として出射させ、上記に続く斜め前方及び側方より照射された光線を反射体Ｆの背面側において反射させて光軸方向への平行光線が得られるように構成したものである。上記構成のものも前記同様の欠点があった。
【０００６】
図８の発光部は、ＬＥＤ（Ｇ）の表面側に放物曲面の反射鏡Ｈを配設し、背面側には設置板Iを配置している。該ＬＥＤ（Ｇ）から照射する光線は反射鏡Ｈにより全反射し、出光面Jより光軸方向へ出射される。
【特許文献１】特開平６−３２１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、放物曲面の反射鏡のみで対応する発光部は、光線の指向性を光軸方向とさせるために、奥行の深い反射鏡を形成する必要があり、発光部の厚さが大となる欠点があると同時に、拡散光となる光線も多くあり、指向性が悪かった。
【０００８】
また、前面に凸レンズを設けた発光部は、前方及び斜め前方へ照射される光線は光軸方向へと出射されるが、斜め前方から側方へ向って照射される放射角β２の領域の光線は、放物曲面の反射鏡で反射させて出光させることになるので、前記同様、発光部を厚くする必要があった。
【０００９】
更に、前面に放物曲面の反射鏡を配設した発光部は、光軸方向に平行な光線を得ることができるが発光部の中心部からの光線を直接出射することができず、バランスが悪いという欠点があった。また、ＬＥＤの据え付け及び電源との連絡工程が複雑で、製造上に大きな欠点があった。
【００１０】
本発明は、上記欠点を考慮し、指光性を高め、照射効率を向上させ、輝度の十分な発光部を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
背面側に反射手段を設け、その中心位置に高輝度ＬＥＤを配設した発光部において、該高輝度ＬＥＤ及び反射手段の前面側をエポキシ樹脂よりなる被覆体により一体被覆し、該被覆体の表面を出光面とし、該反射手段は金属材料よりなる湾曲面を形成した中心側の第１反射体と、該第１反射体に連続してその周囲に形成した断面鋸歯状の環状体よりなる第２反射体とを構成した高輝度ＬＥＤ発光部を特徴とする。
【００１２】
上記第１反射体の湾曲面は、当該箇所に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる反射曲率に形成してなる高輝度ＬＥＤ発光部を特徴とする。
【００１３】
また、上記第２反射体は、断面鋸歯状の谷部から外方へ向かって上昇傾斜する平面を適数個形成し、該各々の平面に到達した光線を光軸に対して平行光線として出光面から出射できる傾斜角度に形成してなる高輝度ＬＥＤ発光部を特徴とする。
【００１４】
更に、上記被覆体は、高輝度ＬＥＤ配設位置の前方側となる表面に略半球形状の集光凸レンズを形成し、その外周面を出光面としてなる高輝度ＬＥＤ発光部を特徴とする。
【００１５】
また、上記集光凸レンズは、高輝度ＬＥＤからの照射光線が平坦出光面に対して臨界角となる位置より突設形成してなる高輝度ＬＥＤ発光部を特徴とする。
【００１６】
更に、上記被覆体は、反射手段の前面側及び側面側を囲み、該反射手段と一体的に形成してなる高輝度ＬＥＤ発光部を特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高輝度ＬＥＤ発光部は、発光体として薄肉の高輝度ＬＥＤを使用し、且つ、効率的な反射手段及び出光面を形成することにより、発光部全体の厚さを薄くすることが可能となった。
【００１８】
また、発光体から照射される光線の内、被覆体の出光面から直接照射される光線は、集光凸レンズにより光軸方向への平行出射光線とし、出光面において臨界角を超えて全反射される光線については、反射手段により再反射させて出光面より光軸方向への平行光線として出射させることが可能となった。
【００１９】
更に、発光体より斜め前方及び側方へ照射され、直接反射手段に到達する光線は、湾曲面に形成した第１反射体により反射光として光軸方向への平行光線として出射させることが可能となった。
【００２０】
従って、発光体から照射される全ての光線を光軸方向への平行光線として出射させることが可能となり、光線の指向性が格段に上昇した。
【００２１】
また、被覆体としてエポキシ樹脂を採用したので、製造工程において高輝度ＬＥＤを破壊させることはなく、更に、該高輝度ＬＥＤはその背面側において反射手段と接しており、且つ該反射手段は金属により形成しているので高輝度ＬＥＤの発光により生じる発熱を該金属を通じて熱分散させることが可能となり、熱を内部に蓄積することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施例を図面に沿って説明する。
【実施例１】
【００２３】
図１ないし図５は、本発明の高輝度ＬＥＤ発光部の断面図を示している。
該高輝度ＬＥＤ発光部１は、発光体２、第１反射体３、第２反射体４、透光性の被覆体５及び集光凸レンズ６とより構成している。
【００２４】
上記発光体２となる高輝度ＬＥＤは、リードフレーム上にＬＥＤ素子を配設し、一方側はリードフレームに直接マウントされたリード部へ連続し、他方側はボンディングワイヤを介して他のリード部へ連続する一般的なもので、該各リード部は、第１反射体３より外方へ突出させ、電源手段と連結されることになる。
該リード線は乾電池のような電源電圧と接続する場合は、電流制限抵抗を介して回路を形成する。また、自動車のように電圧が変動する場合は、定電流ダイオード等を使用する。上記電圧は、３〜２４Ｖ程度でよい。
【００２５】
該ＬＥＤ素子の周囲及び該リード部の基部は、エポキシ樹脂によりモールドされている。該エポキシ樹脂は、ＬＥＤ素子表面の全反射角を大きくし、光取出し率を高めると同時に、該ＬＥＤ素子を保護する役割をしている。該ＬＥＤ素子は耐熱性が低いため溶融点が低いエポキシ樹脂が採用されている。
該高輝度ＬＥＤとしては、縦・横が約０．６ｍｍ×０．６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ程度の大きさのものを採用している。大きさは特に限定されるものではなく、適宜大きさのものが採用できる。
【００２６】
該第１反射体３は、中心部の発光体２の背面側及び側方から斜め前方へかけて広範囲に亘って形成される。その中心部に配設される発光体２から照射される光線を前方の光軸方向へ向って反射させる放物曲面を形成した湾曲状の湾曲面３ａを形成している。また、該第１反射体３の周囲には断面鋸歯状の凹凸を複数個環状に形成し、該被覆体５の表面で反射された全反射光線を前方へ向って再反射する第２反射体４を形成している。
【００２７】
上記第１反射体３及び第２反射体４は、表面を平滑面とした金属材料により連続一体として形成し、該湾曲面３ａ及び鋸歯の反射面４ａ、４ｂ・・は反射効率の高い鏡状のものとする。
該第１反射体３の湾曲面３ａの曲率は、直接湾曲面３ａに照射された光線を光軸に平方な方向へ再反射できる数値を採用している。
【００２８】
また、第２反射体４は、発光体２の斜め前方から側方の範囲に亘って照射され、被覆体５の出光面７において隣界角を超えて全反射された光線を、鋸歯の谷部から外方へ向かって上昇傾斜する第１平面４ａ、第２平面４ｂ及び第３平面４ｃにより再反射する反射面を形成している。
【００２９】
被覆体５は、上記発光体２並びに第１反射体３、第２反射体４の表面及び側面の露出部分を被覆するものである。上記したように、発光体２となる高輝度ＬＥＤはエポキシ樹脂によりモールドされているが、該モールド材料と同様となるエポキシ樹脂を上記露出部分に流し込んで被覆体５を形成する。高輝度ＬＥＤは、エポキシ樹脂によりその周囲が形成されているので、該被覆体５にエポキシ樹脂を使用するとなじみが良いし、また、該高輝度ＬＥＤに対し製造時において熱により損傷を与える恐れもない。
更に、上記エポキシ樹脂による被覆体５の製造は、該第１反射体３及び第２反射体４が流し込みのための型枠の役割を成すことになり、側方部分のみの押え型枠を形成すれば、該被覆体５を該第１反射体３及び第２反射体４の表面及び側面の全面に亘り、確実に被覆することができる。
【００３０】
また、該被覆体５は、第１反射体３及び第２反射体４を金属材料で形成しているので、それらとの付着状態は良好で、強固に連結されることになる。
更に、被覆体５の周縁部は、該第２反射体４の側部を覆うようにして被覆して補強部５ａとし、更に、該第２反射体４の側部から底部に亘り被覆体５を回し込んで係止部５ｂとし、該第１、第２反射体３、４と被覆体５との連結をより強固なものとしている。
【００３１】
該被覆体５の表面側中央部には半球状の集光凸レンズ６を一体形成する。該発光体２から照射された光線の内、該集光凸レンズ６の出光面８に到達するα１の角度領域からの光線は、該出光面８において屈折し、図１に示すように、光軸Ｙ方向に平行な出射光となる。
【００３２】
図２に示すのは、発光体２よりα２の角度領域で照射される光線の照射方向を示している。
発光体２のα２の角度領域から照射された光線は、集光凸レンズ６への角度領域α１に隣接する領域で、該集光凸レンズ６から外れ、出光面７への入射角が臨界角を超える領域となっているので、該出光面７において全反射し、第２反射体４の第１傾斜平面４ａに至り、当該部分において再反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面７より出射することになる。
【００３３】
更に、図３に示すように、上記光線の角度領域α２に隣接する発光体２の斜め前方の角度領域α３から照射された光線は、出光面７への入射角が臨界角を超える領域となっているので、該出光面７において全反射し、第２反射体の第２傾斜平面４ｂに至り、当該部分において再反射し、光軸Ｙに対して平行光線として出光面７より出射することになる。
【００３４】
また、図４に示すように、上記光線の角度領域α３に隣接する発光体２の斜め前方の角度領域α４から照射された光線は、出光面７への入射角が臨界角を超える領域となっているので、該出光面７において全反射し、第２反射体４の第３傾斜平面４ｃに至り、当該部分において再反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面７より出射することになる。
【００３５】
更に、図５に示すように、上記光線の角度領域α４に隣接する発光体２の斜め前方から側方に亘るα５の角度領域から照射された光線は、直接、第１反射体３の湾曲面３ａに至り、当該部分により全反射し、光軸Yに対して平行光線として出光面７より出射することになる。
【００３６】
上記したように、発光体２の前方から側方に亘るすべての照射光線が、光軸Yに対して前方への平行光線として有効に出射されることになる。
【００３７】
発光体２は、上記の通り、その全体を被覆体５により囲繞されることになるので、該発光体２から生じる熱を有効に発散させる必要が生じる。本実施例では、該第１反射体３及び第２反射体４を金属材料としているので、該金属材料と接触している発光体２は、該金属材料の熱伝導率の高さにより、発生する熱は、該発光体２の内部或いはモールドされたエポキシ樹脂中に滞留することなく金属材料を通じて効率良く発散させることができ、内部の温度が上昇することを防止している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の高輝度ＬＥＤ発光部の発光体から集光凸レンズへ照射され出射している光線の状態を示す断面図。
【図２】本発明の高輝度ＬＥＤ発光部の発光体から照射された光線が全反射し第２反射体から再反射されている状態を示す断面図。
【図３】本発明の高輝度ＬＥＤ発光部の発光体から照射された光線が全反射し第２反射体から再反射されている状態を示す断面図。
【図４】本発明の高輝度ＬＥＤ発光部の発光体から照射された光線が全反射し第２反射体から再反射されている状態を示す断面図。
【図５】本発明の高輝度ＬＥＤ発光部の発光体から照射された光線が第１反射体により反射されている状態を示す断面図。
【図６】ＬＥＤ発光部の従来例の断面図。
【図７】ＬＥＤ発光部の他の従来例の断面図。
【図８】ＬＥＤ発光部の他の従来例の断面図。
【符号の説明】
【００３９】
1.                高輝度ＬＥＤ発光部
2.                発光体
3.                第１反射体
3a.               湾曲面
4.                第２反射体
4a.               第１傾斜平面
4b.               第２傾斜平面
4c.               第３傾斜平面
5.                被覆体
6.                集光凸レンズ
7.8.              出光面
【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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