JP2010541198A - コリメータ - Google Patents

Abstract

LEDパッケージ10の一部として使われるコリメータ20が供され、当該コリメータ20は、光を集め、及び/又は反射させ、及び/又は集束させるよう適応されたコリメータ本体28と、コリメータ本体28に設けられた上部面であって、主に水平面32を規定している上部面30と、当該コリメータ28に設けられた、少なくとも一つの反射面36と、を有し、当該反射面36は角度αだけ前記水平面32に対して少なくとも部分的に角度がつけられており、αは70°≦α≦110°、特に75°≦α≦100°、好ましくは78°≦α≦92°、最も好ましくは79°≦α≦85°であり、コリメータ本体28は、LED 40によって明るくされた、光を発する前面22有する発光部14を受け入れるための凹部34を有し、アセンブリされた状態では、前記反射面36が前記前面22の高さよりも下に少なくとも部分的に延在するよう、当該発光部24が前記凹部34によって受け入れられている。コリメータ本体28の水平面32に対する反射面36の特定の角度αに起因して、LEDパッケージ10の輝度及び明るさが増すよう、小さな光源と高い光束とが同時に供される。

Description

本発明は、LEDパッケージの少なくとも1個の発光ダイオード（LED）によって発された光を集めるため、及び/又は集束するために、LEDパッケージの一部として用いられるコリメータの分野に関する。

LEDパッケージが、米国特許公開公報US 2004/0041222 A1から知られており、当該パッケージは、LEDによって明るくされた発光部によって発された光を集めるためのコリメータを含んでいる。コリメータが、発光部の側面から発された光を集めることが出来るよう、コリメータは当該発光部を囲んでいる。コリメータは、側面から発された光が、反射面によって水平方向から垂直方向へと反射されるよう、LEDパッケージの水平面に対して45度だけ角度がつけられた反射面を有する。

集めることが可能な光束と比較して、斯様な種類のコリメータを有するLEDパッケージの明るさが低いことが、斯様な種類のコリメータの欠点である。

本発明の目的は、LEDパッケージ用の、増大した明るさを供するコリメータを提供することである。特に、LEDパッケージ用の、増大した輝度を供するコリメータを提供することが、本発明の目的である。

この目的は、LEDパッケージの一部として用いられるコリメータによって達成される。当該コリメータは、光を集め、及び/又は反射し、及び/又は焦束させるよう適応されたコリメータ本体と、コリメータ本体に設けられた上部面であって、主に水平面を規定している上部面と、コリメータ本体に設けられた、少なくとも一つの反射面と、を有し、当該反射面は角度αだけ水平面に対して少なくとも部分的に角度がつけられており、αは70°≦α≦110°、特に75°≦α≦100°、好ましくは78°≦α≦92°、最も好ましくは79°≦α≦85°であり、コリメータ本体は、LEDによって明るくされた、光を発する前面を有する発光部を受け入れる（receive）ための凹部を有し、アセンブリされた状態では、反射面が、光を発する前面の高さよりも少なくとも部分的に下に延在するように、発光部が凹部によって受け入れられている。

少なくとも一つの反射面が発光部の前面の高さよりも下に延在するので、本発明によるコリメータは、発光部の側面によって発された光を集めることができる。これは、非常に多く集められることができる光束になる。コリメータ本体の水平面に対する反射面の特定の角度αに起因して、当該反射面は、より小さな光源面積に至る、より鋭い角度に配置され、集められた光束がここからコリメータを出る。したがって、LEDパッケージの輝度及び明るさが増した、小さな光源と高い光束とが同時に供される。光源面積を供するエリアは、コリメータ本体にあり、コリメータ内部に反射面が配置された、開口部によって供されることができるか、又は、反射面がコリメータ本体の外側の面に配置され、大部分が透明なコリメータ本体自身によって供されることができる。特に輝度が更に増すよう、例えば角度αが90°≦α≦110°、特に95°≦α≦100°である場合、集められた光束がコリメータを出てゆく光源エリアの面積が、（複数の）発光部によって（複数の）光を発している前面（の面積の総和）よりも小さいことさえも起こり得る。集められた光の反射量を減じるためには、角度αが70°≦α≦90°、特に75°≦α≦80°であるときが好都合でありえよう。LEDパッケージの設計、及び（複数の）発光部の設計に応じて、当業者は、最大にされた輝度に対する角度αを、テストによって最適化することができる。

好ましくは、反射面が凹部によって供され、当該凹部は、コリメータ本体の上部面に配置された出光開口部を有する。光源エリアと、（複数の）発光部を受け入れるための凹部とが、製造を容易にする、同一の開口部によって供されることができる。更に、コリメータの重量は減じられ、出光開口部は、レンズ等の他の素子を受け入れる、及び/又は接続するために用いることができる。

特に、アセンブリされた状態で、光が水平面を通過する光源エリアの面積の、光が出る前面エリアの面積に対する比r、又は、この場合、光源エリアの面積の、複数の発光部の光が出る前面エリアの面積の総和に対する比rは、0.95≦r≦1.50であり、特に1.10≦r≦1.45であり、好ましくは1.20≦r≦1.40であり、最も好ましくは1.30≦r≦1.35である。この比は、高い輝度と高い光束とを有する小さな光源エリア、例えばコリメータ本体の小さな出光開口部に至る。集められた光束が集中することにより、放出光は、追加のレンズシステムによって容易に案内されることができる。特に、本発明によるコリメータを有するLEDパッケージが自動車のヘッドライト用に使われる場合、出会った対向自動車の運転手を盲目にするのを防ぐよう、放出光は容易に導かれることができる。

好ましい実施例では、アセンブリされた状態で、コリメータの少なくとも一つの反射表面が（複数の）発光部に非常に近接して配置されてもよい。これは、小さな光源面積と高い輝度とになる。この理由のみのために、小さなギャップが、コリメータの凹部と発光部との間に供されてもよい。特にアセンブリされた状態において、凹部の内側表面と発光部との間にギャップが供され、ここにおいて当該ギャップは、5μm乃至100μmであり、特に10μm乃至70μmであり、好ましくは15μm乃至50μmであり、最も好ましくは20μm乃至30μmである。このギャップ寸法は、発光部を妨げることもなく、コリメータのLEDパッケージへの容易なアセンブリに適する、小さな光源面積と隙間とを可能にする。

好ましくは、反射面は、より低い高さに配置された第1のエリアと、より高い高さに配置された第2のエリアとを有し、第1のエリアの角度αは、第2のエリアの角度αとは異なり、ここでは、特に第1のエリアの角度αは、第2のエリアの角度αよりも小さい。この設計は、小さな光源エリアを提供することと、発光部の側面によって発された光を集めることとを同時に可能にし、この光は、コリメータ内部で何度も反射されることはない。

更に、反射面は少なくとも部分的に湾曲していてもよく、特に凹型をしていてもよい。これは例えば、照明されたエリアと照明されなかったエリアとの間を滑らかな境界にする。

本発明は更に、ランプで使われるLEDパッケージに関し、当該パッケージは、上部表面を有する基板と、当該上部表面から離れる方向を指す光を出光面から発する発光部であって、前記基板に接続されたLEDを有する、少なくとも一つの発光部と、発された光を案内するための、これまでに説明したように設計されることができる、コリメータと、を有する。このLEDパッケージは、LEDパッケージの輝度と明るさとが増すよう、小さな光源面積と高い光束とを同時に有する。好ましくは、規則的なパターン、特に一列に並んで、及び/又は行と列とに並んで配置された複数の発光部が供され、当該発光部がパターンになったものが、コリメータの凹部によって受け入れられている。この発光部の規則的なアレイは、例えば基板上へ当該発光部を自動的に配置することによって、容易に製造されることができる。更に、1個のコリメータで、複数の発光部を受け入れるのに十分である。特に、隣接する発光部は、お互いに5μm乃至100μm、特に10μm乃至70μm、好ましくは15μm乃至50μm、最も好ましくは20μm乃至30μm の距離を有する。この距離によって、発光部の互いに電気的な絶縁を供するギャップが提供されており、コリメータを介して発された光の光強度の顕著な変化を回避するために、当該ギャップは十分に小さい。

発光部が1個のLEDから構成されている必要はない。発光部は、基板に接続された少なくとも1個のLEDと、当該LEDを覆っている蛍光体とを有することが好ましく、当該蛍光体は光を発する前面と、当該前面につながっていて、光を発する側面とを有する。特に、LEDは、主に青色光を発し、結果的に、主に白色光が発光部によって供されるよう、蛍光体は主に黄色光を供する。

好ましい実施例では、LEDパッケージは、発光部と基板とを覆うための、特にプラスチック材のカバーを有し、コリメータはカバーによって供されるか、又は、コリメータはカバーによって受け入れられ、当該カバーへ接続される。このように、コリメータを、LEDパッケージのカバーと共に組み立てることが可能である。コリメータとカバーとの間の許容誤差がないか、又は、コリメータとカバーとの間の許容誤差が、アセンブリの間、コリメータと発光部との間の誤差に自動的に適応されている可能性があるので、LEDパッケージの組立が容易にされ、及び、誤差に起因した貧弱な光学性能が回避される。例えば、コリメータが、カバーの開口部に圧入されてもよい。

好ましくはカバーは、少なくとも１個所の、特に3個所の基準部を、ハウジングに対して、及び/又は光学システム対してLEDパッケージを正確に位置させるために有する。コリメータとカバーとの間の製造許容誤差が回避されるか、又は大部分が補正されるので、カバーが、特にコリメータの代わりに基準部を具備することで十分である。コリメータが基準部を有していないにもかかわらず、光学システム又は同様のものに対するコリメータの正確な位置決めが、カバーを介して行われる。好ましくは、基準部は隆起部として形づくられ、これによって、限定された面が供される。アセンブリされた状態において、コリメータの正確な位置及びアライメントが基準部によって供され、この結果、正確な機械的なアライメント及び正確な光学的なアライメントが、同時に同じ基準部によって供されることができる。

本発明は更に、ランプ、特に自動車用のヘッドライト、又はテールライトに関する。上記ランプは、LEDパッケージを有し、当該LEDパッケージは前述したように設計されることができ、ハウジングに接続されており、当該ハウジングは、コリメータに隣接して配置された少なくとも1個のレンズを有する。レンズシステムの一部でもあるレンズによって、LEDパッケージから発された光は、所望する通りに焦束されることができる。LEDパッケージがハウジングに接続されているので、ハウジングに対するLEDパッケージの正確な位置決めが可能であり、この結果、レンズが、LEDパッケージのコリメータの光源エリアに対して非常に正確に配置されることができる。好ましくはレンズは、全ての放出光の大部分がレンズによって集められるよう、光源エリアの近くに配置される。

本発明のこれらの態様及び他の態様が、これ以降説明される実施例を参照して明らかにされ、解明されることであろう。

本発明によるコリメータを有するLEDパッケージの概観的な斜視図である。 図1のLEDパッケージの概観的な平面図である。 LEDパッケージの、図2の線A‐Aに沿った概観的な断面図である。 LEDパッケージの、図2の線B‐Bに沿った概観的な断面図である。 第2の実施例のLEDパッケージの概観的な断面図である。

図1に例示されているLEDパッケージ10は、一列に並んで配置された4個の発光部14が接続された基板12を有する。基板12の上部表面16には、発光部14に接続された接続線18が供されている。当該接続線18を介して、電源が発光部14に接続されることができる。更にコリメータ20が、発光部14によって発された光を、光を発している前面22と側面24とから集め、案内するために供されている。LEDパッケージは、放熱器、例えば銅板26に接続されてもよく、これによって、発光部14で生成された熱が、銅板の高い熱伝導率によって取り去られる（図2）。

図3及び図4に例示したように、コリメータ20は、上部面30をもつコリメータ本体28を有する。水平面32が当該上部面30によって規定されている。コリメータ本体28は凹部34を有し、反射面36が凹部34の内側の面に設けられている。水平面32と反射面36との間に角度αが供され、これはおよそ82度で、45度よりも顕著に大きいことを意味する。凹部34は、出光開口部38を水平面32に備えており、光源エリアが当該出光開口部38によって提供される。

発光部14は、基板12に接続されたLED 40を有する。LED 40は蛍光体42によって覆われ、当該蛍光体42はLED 40によって明るくされる。光を発する前面22と、大部分の側面24とが、蛍光体42によって供されている。

本発明の別の実施例では、図5に例示したように、コリメータ20のコリメータ本体28は、大部分が透明でもよい。この場合、反射面36は、コリメータ本体28の外側の面によって供される。更に、光源エリアは、コリメータ本体28の上部面38によって規定される。

本発明が図及び前述の説明で詳細に例示され、説明された一方、斯様な例示及び説明は例示的であり、又は典型的であるとみなされ、拘束するものではなく、本発明は、開示された実施例に限定されることはない。

例えば、本発明を角度αが90度よりも大きな実施例に適用することが可能であり、及び、本発明を、発光部14の光を発している前面の総和よりも小さな光源面積の実施例に適用することが可能である。

開示された実施例に対する他のバリエーションが、請求された本発明を実施する際の当業者によって、図、開示内容、及び添付の請求項の研究から理解されることができ、遂行されることができる。請求項において、単語「有する」が、他の要素、又はステップを除外することはなく、不定冠詞「a」又は「an」が、複数を除外することはない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有効に使用されることができないことを示してはいない。請求項中のいかなる引用符号も、請求項の範囲を限定するものとして解釈されてはならない。

Claims (11)

1. LEDパッケージの一部として使われるコリメータであって、当該コリメータは、
   - 光を集め、及び/又は反射させ、及び/又は集束させる、コリメータ本体と、
   - 前記コリメータ本体に設けられた上部面であって、主に水平面を規定している上部面と、
   - 前記コリメータ本体に設けられた反射面であって、前記水平面に対して少なくとも部分的に角度がつけられた、少なくとも一つの反射面と、
   を有し、当該角度αは、70°≦α≦110°、特に75°≦α≦100°、好ましくは78°≦α≦92°、最も好ましくは79°≦α≦85°であり、
   前記コリメータ本体は、LEDによって明るくされる、光を発する前面を有する発光部を受け入れるための凹部を有し、アセンブリされた状態では、前記反射面が前記前面の高さよりも下に少なくとも部分的に延在するよう、当該発光部が前記凹部によって受け入れられている、コリメータ。
2. 前記反射面が前記凹部によって供され、当該凹部は、出光開口部を前記コリメータ本体の前記上部面に面一で有する、請求項１に記載のコリメータ。
3. アセンブリされた状態で、光が前記水平面を通過する光源面積の、前記光が出る前面の面積に対する比r、又は、前記光源面積の、複数の前記発光部の前記光が出る前面の面積の総和に対する比rが0.95≦r≦1.50であり、特に1.10≦r≦1.45であり、好ましくは1.20≦r≦1.40であり、最も好ましくは1.30≦r≦1.35である、請求項１に記載のコリメータ。
4. アセンブリされた状態で、前記凹部の内側の表面と前記発光部との間にギャップが供され、当該ギャップは、5μm乃至100μmであり、特に10μm乃至70μmであり、好ましくは15μm乃至50μmであり、最も好ましくは20μm乃至30μmである、請求項１に記載のコリメータ。
5. 前記反射面が、より低い高さにある第1のエリアと、より高い高さにある第2のエリアとを有し、第1のエリアの角度αは第2のエリアの角度αとは異なり、特に第1のエリアの角度αは第2のエリアの角度αよりも小さい、請求項１に記載のコリメータ。
6. 前記反射面が少なくとも部分的に湾曲しており、特に凹状に湾曲している、請求項１に記載のコリメータ。
7. ランプに使用するLEDパッケージであって、当該パッケージは、
   ‐ 上部表面を有する基板と、
   ‐ 前記上部表面から離れる方向を指す光を、光を発する表面から発する発光部であって、前記基板に接続されたLEDを有する、少なくとも一つの発光部と、
   ‐ 前記発された光を案内するための、請求項１によるコリメータと、
   を有する、LEDパッケージ。
8. 前記発光部が、前記基板に接続された少なくとも1個のLEDと、当該LEDを覆っている蛍光体と、を有し、当該蛍光体は、光を発する前面と、当該前面とつながっている、光を発する側面と、を有する、請求項７に記載のLEDパッケージ。
9. 前記発光部と前記基板とを覆うための、特にプラスチック材料で作られたカバーが設けられ、前記コリメータは当該カバーによって供されるか、又は、前記コリメータが当該カバーによって受け入れられ、当該カバーへと接続されている、請求項７に記載のLEDパッケージ。
10. 前記カバーが、ハウジングに対して、及び/又は光学系に対して前記LEDパッケージを正確に位置させるための、少なくとも1個所の、特に3個所の基準部を有する、請求項９に記載のLEDパッケージ。
11. ハウジングに接続されている請求項７に記載のLEDパッケージを有し、当該ハウジングは、コリメータに隣接して配置された少なくとも1個のレンズを有する、ランプ、特に自動車用のヘッドライト又はテールライト。

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