(57)【要約】【課題】ＬＥＤランプから出射される光を可及的に外部反射鏡で受けることを可能にすることよって、迷光を防止し、配光設計が容易である照明装置を提供する。【解決手段】入射光を反射させる凹型の反射面を有する反射鏡と、発光素子と、前記発光素子を内部にモールドするレンズ体とを有し、前記レンズ体は、前記発光素子の発光面に対向してその中央部分が突出した斜面状のレンズ面を備えており、前記反射鏡の反射面と前記発光素子の発光面とは前記レンズ体のレンズ面を介して互いに対向して配置され、前記発光素子から発光される光は前記レンズ面で反射して前記レンズ体の外部へと射出され、前記反射鏡の反射面に対して入射する。【選択図】図３
2009176933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を反射させる凹型の反射面を有する反射鏡と、
発光素子と、
前記発光素子を内部にモールドするレンズ体とを有し、
前記レンズ体は、前記発光素子の発光面に対向してその中央部分が突出した斜面状のレンズ面を備えており、
前記反射鏡の反射面と前記発光素子の発光面とは前記レンズ体のレンズ面を介して互いに対向して配置され、前記発光素子から発光される光は前記レンズ面で反射して前記レンズ体の外部へと射出され、前記反射鏡の反射面に対して入射する、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置であって、
前記反射鏡に固定され、前記レンズ体を支持し、前記レンズ面と対向する補助反射面を有する、ソケットをさらに備え、
前記補助反射面は、前記ソケットから前記レンズ体に向かって突成されている、前記ソケットの突部に形成されており、前記発光素子から発光される光のうちの、前記発光素子の光軸近傍の光を前記反射面に導く、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置であって、
前記発光素子の電極としての複数のリードを有し、前記発光素子は前記リードの１つにマウントされ、複数の前記リードが前記ソケットに取り付けられる、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項３に記載の照明装置であって、
各前記リードはインナー部とアウター部とを有し、
前記インナー部は前記レンズ体にモールドされ、
前記アウター部は前記レンズ体から突出し、前記レンズ体における前記発光素子の発光面から前記レンズ体のレンズ面に向かう方向に沿って走る、
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
発光素子と、
前記発光素子の電極であって、それぞれインナー部とアウター部とを有する、複数のリードと、
前記発光素子と複数の前記リードの前記インナー部とを内部にモールドするレンズ体と、
を備える発光装置であって、
前記リードの１つの前記インナー部に前記発光素子がマウントされ、
前記レンズ体は、前記発光素子の発光面に対向してその中央部分が突出した斜面状のレンズ面を備えており、
前記発光素子から発光される光は、前記レンズ面で反射して前記レンズ体の外部へと射出し、
前記リードの前記アウター部は前記レンズ体から突出し、前記レンズ体における前記発光素子の発光面から前記レンズ体のレンズ面に向かう方向に沿って走る、
ことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、例えば発光ダイオードを光源とする発光装置、及びそれを利用した照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に搭載されるテールランプ、ストップランプ及びヘッドライト等の外部の照明装置の光源（発光装置）として、従来のフィラメントを有する電球ではなく、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を組み込んだＬＥＤランプが用いられることが多くなっている。ＬＥＤランプは、長寿命、低発熱、低消費電力及び省スペースという利点があり、これらの特性から、車載用ランプに適用すると、メンテナンスフリー及び燃費の向上が図れる等のメリットが得られる。
【０００３】
ところで、これら自動車等に搭載される外部の照明装置に対しては、自動車としての安全基準上の理由から照射方向、照度分布等が厳密に定められている。光源がＬＥＤランプに代わっても同様の特性が要求される。従来のフィラメントを有する電球を光源とした場合、光源をほぼ点光源と見做すことができ、放射光も全方位に均一に出射されるため、外部反射鏡を用いて照明装置の配光特性を制御することは容易であった。それに対して、ＬＥＤランプを光源とした場合、外部反射鏡を用いた照明装置において、配光特性を設計、制御することは基本的に困難である。なぜなら、ＬＥＤランプは、リードとなる金属の上に発光素子が実装されるという構造上、発光素子の搭載面より下方へ出射される光は少なく、また、出射方向によって明るさが異なるという性質を持っているからである。さらに、自動車等に搭載される外部の照明装置は、外部反射鏡の大きさ等のデザイン上の制約があり、このことも設計の困難性を増加させる一因となっている。
【０００４】
なお、発光ダイオードを組み込んだ照明装置は、例えば、下記の特許文献に記載されている。この照明装置は、発光ダイオードから発光範囲αに向かって放射される光を制光体というレンズ体に入射させ、このレンズ体の出射面から放射光を出射させることで、光の利用効率を高めている。
【特許文献１】特開２００５−６４１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ＬＥＤランプから出射される光を可及的に外部反射鏡で受けることを可能にすることよって、迷光を防止し、配光設計が容易である照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、入射光を反射させる凹型の反射面を有する反射鏡と、発光素子と、前記発光素子を内部にモールドするレンズ体とを有し、前記レンズ体は、前記発光素子の発光面に対向してその中央部分が突出した斜面状のレンズ面を備えており、前記反射鏡の反射面と前記発光素子の発光面とは前記レンズ体のレンズ面を介して互いに対向して配置され、前記発光素子から発光される光は前記レンズ面で反射して前記レンズ体の外部へと射出され、前記反射鏡の反射面に対して入射する、ことを特徴とする照明装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態に係る発光装置及び照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各図において、同等機能を有するものには同一符号を付している。
【０００８】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る発光装置（ＬＥＤランプ２０）の断面図を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図であって、図1（ａ）の左側の部分を示している。
【０００９】
発光装置２０は、発光素子１、ボンディングワイヤ２、カソードリード３、アノードリード４及びＶカットレンズ５を備える。
【００１０】
図１（ａ）からわかるように、カソードリード３にはカップ１１が設けられている。このカップ１１は、カソードリード３及びアノードリード４の足の方向（図中下側）に開口している。
【００１１】
発光素子１は、Ａｇペースト（図示せず）を用いて、カップ１１の底部に固定され、カソートリード３と電気的に接続されている。また、発光素子１は、ボンディングワイヤ２（Ａｕワイヤ等）を用いて、アノードリード４と電気的に接続されている。
【００１２】
発光素子１、ボンディングワイヤ２、並びにカソードリード３及びアノードリード４の一部は、Ｖカットレンズ５によりモールドされている。
【００１３】
このＶカットレンズ５の形成方法について説明する。まず、ボンディングワイヤ２と、発光素子１の実装されたカソードリード３と、アノードリード４と、を樹脂成型用の金型にセットする。その後、エポキシ系の透明樹脂を注入して、Ｖカットレンズ５を成形する。なお、このＶカットレンズ５の材料として、硬質の透明シリコン樹脂を用いてもよい。
【００１４】
このＶカットレンズ５は、図１（ａ）及び図１（ｂ）からわかるように、円柱体から発光素子１と対向する面を略円錐状に刳り抜いて得られる形状であり、面の中央部分が窪んだ、すり鉢状の窪みを有している。この窪みの断面は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、斜面部５ａからなる略Ｖ字型である。
【００１５】
また、図１（ａ）からわかるように、カソードリード３及びアノードリード４は、Ｖカットレンズ５の内部から斜面部５ａを通って外へ突き出るように形成されている。これにより、ＬＥＤランプ２０が外部反射鏡６（後述）にセットされると、Ｖカットレンズ５の斜面部５ａは外部反射鏡と対向することになる。
【００１６】
次に、変形例に係る発光装置について、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、変形例に係る発光装置（ＬＥＤランプ４０）の断面図を示している。
【００１７】
発光装置４０は、発光素子１、ボンディングワイヤ２、カソードリード９、アノードリード１０及びＶカットレンズ５を備える。
【００１８】
発光素子1は、カップのない、フラットなカソードリード９に、Ａｇペースト（図示せず）で固定され、カソードリード９と電気的に接続されている。また、発光素子１は、ボンディングワイヤ２（Ａｕワイヤ等）を用いて、アノードリード１０と電気的に接続されている。なお、カソードリード９の代わりに、前述のカソードリード３を用いて、前述のＬＥＤランプ２０のように、発光装置１を、カソードリード３のカップ１１に実装してもよい。
【００１９】
発光素子１、ボンディングワイヤ２、並びにカソードリード９及びアノードリード１０の一部は、Ｖカットレンズ５によりモールドされている。このＶカットレンズ５は前述の実施形態と同様の方法により成形される。
【００２０】
アノードリード９及びカソードリード１０は、図２（ｂ）に示すように、Ｖカットレンズ５の斜面部５ａの方向（図中下側）に折り曲げられている。
【００２１】
このＬＥＤランプ４０が前述のＬＥＤランプ２０と異なる点の一つは、アノードリード９及びカソードリード１０がＶカットレンズ５のどの面から突き出ているかにある。即ち、図２（ａ）及び図２（ｂ）からわかるように、アノードリード９及びカソードリード１０は、Ｖカットレンズ５の内部から、斜面部５ａではなく、側面部５ｂを通って外へ突き出るように形成されている。そして、斜面部５ａの方向（図中下側）に折り曲げられている。このような構成を採ることにより、ＬＥＤランプ４０は、プリント基板に面実装するのに適している。
【００２２】
次に、上述のＬＥＤランプ２０，４０の光の出射特性について説明する。
【００２３】
図１（ａ）、図２（ａ）からわかるように、Ｖカットレンズ５の斜面部５ａは、発光素子１と向かい合うように設けられている。よって、発光素子１から出射された光の一部は、Ｖカットレンズ５の内部を通って、この斜面部５ａで外側に全反射され、ＬＥＤランプ２０，４０の側面部５ｂから略水平方向に出射される。
【００２４】
図６は、Ｖカットレンズ５の斜面の広がり角θと、発光素子１からの出射光のうち側面部５ｂから取り出される光の割合ηとの関係を示したものである。
【００２５】
図６からわかるように、広がり角θが９０°乃至１２０°の範囲で割合ηは急激に大きくなる。割合ηが大きくなるにつれ、外部反射鏡（後述）で受けることができる光の割合が増えるため、外部反射鏡による配光特性の制御が容易となる。
【００２６】
従って、Ｖカットレンズ５の広がり角は、９０°乃至１２０°が望ましく、好ましくは、１１０度である。
【００２７】
次に、上述のＬＥＤランプ２０を組み込んだ照明装置３０について説明する。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態に係る照明装置３０の断面を示している。この照明装置３０は、凹面を有する外部反射鏡６と、ＬＥＤランプ２０と、ソケット７とを備えている。外部反射鏡６の中央部には、ＬＥＤランプ２０を挿入するソケット７が組み込まれている。このソケット７にはＬＥＤランプ２０のカソードリード３及びアノードリード４が差し込まれている。なお、ＬＥＤランプ２０の代わりにＬＥＤランプ４０が外部反射鏡６に組み込まれてもよい。
【００２９】
外部反射鏡６は、図３からわかるように、発光素子１からの出射光８を、照明装置３０の前方（図中上方）に反射させるものである。この外部反射鏡６は、照明装置に要求される照射方向や照度分布等の条件によって様々な形状を取り得るものである。
【００３０】
ソケット７は、その表面部７ｂの一部に、ソケット凸部７ａを有している。このソケット凸部７ａと表面部７ｂは、出射光８の一部を外部反射鏡６に向けて反射するための反射膜がコーティングされている。このソケット凸部７ａは、発光素子１の真下のソケット表面部７ｂ上に形成された略円錐体である。発光素子１からほぼ図中真下方向に出射されてＶカットレンズ５の斜面部５ａで反射されなかった出射光８の一部は、ソケット凸部７ａで外部反射鏡６に向けて反射される。これにより、上記の出射光８がＬＥＤランプ２０に戻らないようにすることができ、迷光を減らすことができる。なお、ソケット凸部７ａの形状は、円錐以外でもよく、例えば、半球形状でもよい。
【００３１】
図３からわかるように、この照明装置３０は、ＬＥＤランプ２０にＶカットレンズ５の側面部５ｂから略水平方向に出射光８を出射させ、その後、外部反射鏡６を用いてこの出射光８を反射して照明装置３０の前方（図中上方）に光路を変え、反射光８ａとして光を取り出す構造になっている。なお、複数の照明装置３０を平面上に並べて1つの大きな照明装置を構成してもよい。
【００３２】
この照明装置３０において特徴的なことの一つは、Ｖカットレンズ５の斜面部５ａを、外部反射鏡６の反射面と対向させていることである。つまり、発光素子１が外部反射鏡６に向けて発光するように設けられ、かつ、発光素子１からの出射光８を全反射するための斜面部５ａが発光素子１と外部反射鏡の間に設けられている。
【００３３】
このような構造により、発光素子１からの出射光８は可及的にＶカットレンズ５の側面部５ｂから略水平方向に出射される。そして、外部反射鏡６に入射し、この外部反射鏡６により照射方向に反射される。これにより、後述の比較例に比べて、より多くの出射光８を外部反射鏡６で受けることができる。そのため、照明装置３０の配光特性を外部反射鏡６で制御することができ、配光特性の設計が容易となる。
【００３４】
従って、本実施形態によれば、ＬＥＤランプを用いた照明装置に特有の課題、即ち、配光特性の設計困難性を解決することができる。
【００３５】
本発明の実施形態に係る照明装置は、照射方向や照度分布が厳しく要求される照明装置、例えば、自動車等に搭載される外部照明装置、スポットライトなどに適している。
【００３６】
次に、前記の照明装置３０対する、本発明者の知得する比較例について述べる。
【００３７】
図４（ａ）に、比較例に係る照明装置３１の断面図を示す。図４（ａ）からわかるように、ＬＥＤランプ２１が外部反射鏡６の中央部に固定されている。このＬＥＤランプ２１は、前述のＬＥＤ２０と同様に、発光素子１と、ボンディングワイヤ２と、カソードリード３と、アノードリード４と、Ｖカットレンズ５とを備える。しかし、このＬＥＤランプ２１は次の点で前述のＬＥＤランプ２０と異なる。まず、発光素子１の実装されるカソードリード３のカップ１１が、カソードリード３の足と逆方向（照明装置３１の照明方向）に開口されている。次に、カソードリード３及びアノードリード４は、Ｖカットレンズ５の斜面部５と対向する面を通って内部から外へ突き出るように形成されている。
【００３８】
この照明装置３１が上記の実施の形態（照明装置３０）と異なる点の一つは、図４（ａ）からわかるように、発光素子１は照明装置３１の照明方向（図中上方）に向けて発光するように設けられ、かつ、出射光８を全反射するためのＶカットレンズ５の斜面部５ａが発光素子１の照明方向（図中上方）に設けられていることである。
【００３９】
このような構成の照明装置３１において、発光素子１の出射光８は、次のように進む。即ち、図４（ａ）からもわかるように、発光素子１の出射光８のうち、斜面部５ａで全反射された反射光８ａは、ＬＥＤランプ２１の略水平方向に進行し、外部反射鏡６で反射されて、照明装置３１の前方（図中上方）に出射される（反射光８ａ）。Ｖカットレンズ５の側面部５ｂのうち図中上方部分に入射した光は、側面部５ｂで屈折した後、外部反射鏡６で反射されずにそのまま外部に放射され迷光となる（迷光８ｂ）。また、Ｖカットレンズ５の斜面部５ａに入射した光であっても、中央付近の場合、斜面部５ａで反射せずに、迷光となる（迷光８ｃ）。
【００４０】
こうした迷光８ｂ，８ｃは、外部反射鏡６によって配光特性を制御できない出射光８の成分であるため、できる限り低減することが望ましい。
【００４１】
図５は、ＬＥＤランプ２１の出射光８の出射角φと光強度の関係を示す。ここで、Ｖカットレンズ５の斜面の広がり角θは１１０°としている。出射角φは、図４（ｂ）に示すように、ｙ軸と直線Ｌのなす角として定義する。ｘ軸、ｙ軸、直線Ｌはいずれも発光素子１を通る。例えば、φ＝±９０°の出射光はＬＥＤランプ２１の水平方向に出射される光を意味する。
【００４２】
図５に示すように、光強度Ｉは出射角φ＝±８０度でピークとなっており、ＬＥＤランプ２１の略水平方向に出射される光が多い。前述の迷光８ｂ，８ｃの光成分は、図５の斜線部の領域（-φ0≦φ≦φ0）として表される。ここで、出射角φ0は、図４（ｂ）からわかるように、ｙ軸と直線Ｌ0のなす角である。直線Ｌ0は、発光素子１と外部反射鏡６の縁部を通る直線である。
【００４３】
前述の本発明の実施形態に係る照明装置３０は、図３からわかるように、Ｖカットレンズ５を、外部反射鏡６の反射面と対向させて設けることにより、-φ0≦φ≦φ0の範囲にある出射光についても、外部反射鏡６（及びソケット７）で受けて反射させることができる。このことは、出射光８を外部反射鏡６で制御できることを意味する。
【００４４】
以上より、本発明の実施形態によれば、発光素子１からの出射光８を可及的に外部反射鏡６で受けることが可能であり、これによって、迷光を防止し、照明装置の配光設計を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１（ａ）】本発明の実施形態に係る発光装置の断面図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２（ａ）】本発明の実施形態の変形例に係る発光装置の工程断面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）に続く、本発明の実施形態の変形例に係る発光装置の工程断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る照明装置の断面図である。
【図４（ａ）】比較例に係る照明装置の断面図である。
【図４（ｂ）】出射角φの定義を示す図である。
【図５】発光装置の出射角φと光強度Ｉの関係を示す図である。
【図６】Ｖカットレンズ広がり角θと光の取り出し効率ηの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  発光素子
２  ボンディングワイヤ
３，９  カソードリード
４，１０  アノードリード
５  Ｖカットレンズ
５ａ  斜面部
５ｂ  側面部
６  外部反射鏡
７  ソケット
７ａ  ソケット凸部
７ｂ  表面部
８  出射光
８ａ  反射光
８ｂ，８ｃ  迷光
１１  カップ
２０，２１，４０  ＬＥＤランプ
３０，３１  照明装置
θ  広がり角
φ  出射角
Ｉ  光強度
η  出射光のうち側面部５ｂから取り出される光の割合
Ｌ0  直線
【図１（ａ）】
2009176933.tif 000003
【図１（ｂ）】
2009176933.tif 000004
【図２（ａ）】
2009176933.tif 000005
【図２（ｂ）】
2009176933.tif 000006
【図３】
2009176933.tif 000007
【図４（ａ）】
2009176933.tif 000008
【図４（ｂ）】
2009176933.tif 000009
【図５】
2009176933.tif 000010
【図６】
2009176933.tif 000011