JP2011151218A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンズを光源に近づけて配置することができるようにするとともに、レンズによって形成される配光パターンを全体的に明るくできるようにする。
【解決手段】発光装置は、基板２と、基板２上に設けられた発光素子３２と、基板２上に隆起して設けられるとともに発光素子３２を覆い、発光素子３２の光を拡散して出射させる被覆材３４と、基板２との間に発光素子３２及び被覆材３４を置いて基板２に対向したレンズ５と、レンズ５と基板２の間において発光素子３２及び被覆材３４を囲繞し、基板２からレンズ５に近づく方向に向かってレンズ５の光軸から離れる方向へ傾斜した反射面４６と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来の発光装置においては、リフレクタが、面発光する光源の発光面とレンズとの間に配置されているとともに、光源の発光面を囲んでいる（例えば、特許文献１）。光源から出射した光の一部が直接レンズに入射し、その光の一部がリフレクタによって反射してからレンズに入射するので、光源からの光の利用効率が向上している。

特開２００６−２１６５０６号公報

しかし上記構造にあっては、面発光する光源による光の照射角度が狭いので、発光面から発する光が発光面に平行な方向には殆ど伝播しない。そうすると、光源から発した光は、リフレクタのうちレンズ寄りの部分で反射するが、光源寄りの部分では反射しない。そのため、光源とレンズの距離を小さくすると、リフレクタを設置したものとしても、光源から発した光が殆どリフレクタに入射せず、リフレクタの存在意義が無くなる。
一方、リフレクタが無い場合や光源とレンズの距離が小さい場合には、光源の発光面から発した直射光のみがレンズによって投影され、リフレクタの反射光が投影されないから、レンズによる配光パターンでは局所的に強度が強くなってしまい、好ましい配光パターンとはいえない。
従って、リフレクタを利用して好ましい配光パターンを得つつ、光源とレンズとの距離を小さくすることができず、発光装置自体の薄型化を図ることができなかった。

そこで本発明の課題は、レンズを光源に近づけて配置することができるようにするとともに、レンズによって形成される配光パターンを全体的に明るくできるようにすることである。

以上の課題を解決するため、本発明に係る発光装置は、
基板と、
前記基板上に設けられた発光素子と、
前記基板上に隆起して設けられるとともに前記発光素子を覆い、前記発光素子の光を拡散して出射させる被覆材と、
前記基板との間に前記発光素子及び前記被覆材を置いて前記基板に対向したレンズと、
前記レンズと前記基板の間において前記発光素子及び前記被覆材を囲繞し、前記基板から前記レンズに近づく方向に向かって前記レンズの光軸から離れる方向へ傾斜した反射面と、を備えることとした。

好ましくは、前記レンズの両面のうち前記発光素子に対向する面の反対面が、光軸の周りに同心円状に配列された環状のレンズ面と、該レンズ面の間に交互に隣接して配置された環状のライズ面と、を有するフレネルレンズ面である。

好ましくは、前記フレネルレンズ面のピッチは、５０〜８０μｍである。

本発明によれば、発光素子が隆起した被覆材によって覆われ、発光素子から発した光が被覆材によって拡散されるから、発光素子から発した光が被覆材の表面から全体的に出射される。そのため、被覆材の表面の出射光は前方のレンズのみならず、側方にも向かう。発光素子及び被覆材が反射面によって囲繞されているから、被覆材の表面から側方に向かった出射光が反射面によって反射され、その反射光がレンズに入射する。従って、被覆材の表面から前方のレンズに向かった出射光のみならず、被覆材の表面から側方に向かって反射面によって反射した反射光もレンズによって投影される。よって、レンズによって形成される配光パターンを全体的に明るくすることができる。
また、レンズを光源に近づけて設置しても、被覆材の表面から側方に向かった出射光が反射面によって反射されるようになっているから、反射光を確実に有効利用することができる。そのため、レンズと光源の距離を小さくすることができ、発光装置を薄型化することができる。

本発明の実施形態における発光装置の分解斜視図である。 同実施形態における発光装置の上面図である。 図２に示されたIII-III線に沿った面の矢視断面図である。 本実施形態に用いられる光源の上面図、側面図及び下面図である。 本実施形態に用いられるレンズの断面図及びその拡大図である。 光源の上面のみを発光させた場合と、光源の上面及び側面を発光させた場合の上面配光及び下面配光の発光強度を示す図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は発光装置１の分解斜視図、図２は発光装置の上面図、図３は図２に示されたIII-III線に沿った面の矢視断面図である。発光装置１は、基板２、光源３、リフレクタ４、レンズ５等を備える。

基板２は矩形状に形成され、基板２の下面２２が発光装置１の下面を構成している。基板２の長手方向の両端部には切欠部２３が形成されている。基板２の上面２１中央には、長手方向に並んだ２つの光源３が搭載されている。

図４（ａ）は光源３の上面図、図４（ｂ）は光源３の側面図、図４（ｃ）は光源３の底面図である。
光源３は、光源用基板３１、発光素子３２、ツェナーダイオード３３及び被覆材３４等を有する。矩形状の光源用基板３１の下面にはカソード電極３５及びアノード電極３６が形成されている。光源用基板３１の下面が基板２の上面２１に接合して、カソード電極３５及びアノード電極３６が基板２上の端子にそれぞれ接合している。発光素子３２及びツェナーダイオード３３が光源用基板３１の上面に凸状に形成されている。発光素子３２は、発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子その他の半導体発光素子である。ツェナーダイオード３３は、発光素子３２の静電破壊を防止するものである。
被覆材３４が光源用基板３１の上面に堆積されて盛り上がった状態に設けられ、発光素子３２及びツェナーダイオード３３が被覆材３４によって覆われている。被覆材３４は、多数の微粒子（拡散材）又は細孔（気泡）を含む透明なモールド樹脂である。被覆材３４が直方体形状に形成されている。被覆材３４内に微粒子又は細孔が分散しているため、被覆材３４の内に埋められた発光素子３２から発した光が微粒子又は細孔によって拡散する。そのため、発光素子３２から発した光が被覆材３４の上面３４ａだけでなく、被覆材３４の側面３４ｂからも被覆材３４外へ出射する。被覆材３４の表面から出射する出射光は、被覆材３４の上面３４ａのうち発光素子３２の中心の真上において最も強度が高い。なお、被覆材３４は拡散材が含まなくてもよく、例えばシボ状の微小凹凸が被覆材３４の表面に形成されていたり、被覆材３４の表面が粗く研磨されていたりする等、光が拡散して出射されればよい。また、発光素子３２、ツェナーダイオード３３及び被覆材３４は、光源用基板３１上に設けられていなくてもよく、基板２の上面２１に直接設けられていてもよい。

図１に示されている通りリフレクタ４は矩形枠状の板状部材であって、基板２の上面２１を覆うように配置されている。リフレクタ４の下面４２の長手方向の両端部には凸部４３が突設されている。この凸部４３が切欠部２３と嵌合してリフレクタ４が基板２に固定されている。
リフレクタ４の中心には、リフレクタ４の上面４１から下面４２に貫通する略楕円形状の開口部４５が設けられている。アルミ蒸着、銀塗装等の反射膜がリフレクタ４の表面全体に成膜され、開口部４５の内壁には反射面４６が形成されている。この開口部４５の内側に２つの光源３が配置されて、反射面４６が基板２上において光源３を囲繞している。光源３の厚みはリフレクタ４の厚みよりも小さいため、光源３は開口部４５内に収まっている。
開口部４５の開口面積は、リフレクタ４の下面４２から上面４１に向かって漸増している。そのため、反射面４６は、光源３から基板２の上面２１に沿って外側に向かって上りに傾斜している。
また、リフレクタ４の上面４１の長手方向両端には突起４４が突設している。

レンズ５が基板２の上面２１に対向した状態で、そのレンズ５がリフレクタ４の上面４１上に取り付けられ、リフレクタ４の開口部４５がレンズ５によって塞がされている。このレンズ５と基板２との間に、光源３が配置されている。
レンズ５の長手方向両端には、リフレクタ４の突起４４に対応する切欠部５４が形成されている。切欠部５４に突起４４が嵌合してレンズ５がリフレクタ４に固定されている。
レンズ５は矩形の板状に形成され、その厚みｔは１．０ｍｍである。レンズ５の下面５２は、平坦面である。レンズ５の上面５１中央には略矩形状の隆起部５５が凸設されている。隆起部５５の上面には、フレネルレンズ面５６が長手方向に２つ並んで設けられている。つまり、２つのフレネルレンズ面５６は、レンズ５の両面のうち光源３に対向する面（下面５２）の反対面（上面５１）側に形成されている。これにより、フレネルレンズのカット高さの分だけ光源３とレンズ５との距離を短くすることができ、光源３の光の利用効率が向上する。更に、フレネルレンズ面５６が上面５１側に形成されているので、レンズ５の下面５２全体で光の取り込みを行えることとなり、光の利用効率が更に向上する。
それぞれのフレネルレンズ面５６の光軸Ａｘ上に各光源３が配置されている。なお、レンズの厚みｔは１．０ｍｍに限られるものではなく、０．５ｍｍ以上であればよい。０．５ｍｍを下回るとレンズ５の加工が困難となるためである。

図５（ａ）は図３に示されたレンズ５の断面の一部を拡大した図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示された領域Ｃの拡大図である。
フレネルレンズ面５６は、複数のレンズ面５６１と複数のライズ面５６２とからなる。これらレンズ面５６１は光軸Ａｘの外側を向いた円環帯状に形成されている。これらレンズ面５６１が、光軸Ａｘの周りに同心円状に配列されている。ライズ面５６２は光軸Ａｘ側を向いた円環帯状に形成されている。ライズ面５６２がレンズ面５６１に隣接してレンズ面５６１の間に配置され、ライズ面５６２とレンズ面５６１が光軸Ａｘの外側に向かって交互に配列されている。

レンズ５の光軸Ａｘを通る断面において、レンズ面５６１は、光軸Ａｘに直交する面に対して、光軸Ａｘに近づく方向に向かって上りに傾斜している。光軸Ａｘに直交する面に対するレンズ面５６１の傾斜角は、外側に位置するレンズ面５６１ほど大きくなる。
ライズ面５６２のうち光軸Ａｘ寄りのもの（図５（ａ）の領域Ａ内にあるライズ面５６２）は、光軸Ａｘに平行である。他のライズ面５６２（図５（ａ）の領域Ｂ内にあるライズ面５６２）は、光軸Ａｘに直交する面に対して、光軸Ａｘのから離れる方向に向かって上りに傾斜している。そのため、レンズ面５６１とそれの内側に隣接するライズ面５６２とによって、三角形状の断面が形成されている。

隣り合う２つのレンズ面５６１の下端の間の距離Ｐ（以下、ピッチＰ）は、何れのレンズ面５６１においても一定であり、例えばピッチＰ＝５０〜８０μｍである。ピッチＰが５０〜８０μｍのときには、フレネルレンズ面５６にゴミ等の不純物が付着しにくい。
何れのレンズ面５６１及びライズ面５６２も下端が揃っており、これらレンズ面５６１及びライズ面５６２の下端を通る面を基準面５６３とする。基準面５６３は、レンズ５の下面５２に平行である。
レンズ面５６１とそれの内側に隣接するライズ面５６２とによって形成される三角形の頂点と基準面５６３との距離ｈ（以下、カット高さｈ）は、領域Ａにおいてはより外側に位置するほどより大きく、何れのカット高さｈも５０μｍ未満となっている。領域Ｂにおいてはカット高さｈが５０μｍ以上となっている。

光軸Ａｘを通る断面において、レンズ面５６１とそれの内側に隣接するライズ面５６２とによって形成される三角形の頂点から基準面５６３まで引いた垂線Ｖとライズ面５６２とが成す角度をａとし、垂線Ｖとレンズ面５６１とが成す角度をｂとする。フレネルレンズ面５６の領域Ａにおいては角度ａがゼロ°に設定されるとともに、角度ｂが５０°以上に設定されている。領域Ｂにおいては、角度ａはより外側に位置するほどより大きく設定され、角度ｂがより外側に位置するほどより小さく設定されており、且つ、角度ａと角度の和が５０°に設定されている。なお、角度ａ，ｂの値はこれに限られるものではない。

以上のように構成された発光装置１の機能について図３を参照して説明する。
発光素子３２が光を放射すると、その光が被覆材３４により拡散されて被覆材３４の上面３４ａ及び側面３４ｂから出射する。上面３４ａはレンズ５に対向しているので、上面３４ａから出射した光はレンズ５の領域Ａ及び領域Ｂにおいてレンズ５の下面５２に入射する。下面５２に入射した光は光軸Ａｘ寄りに屈折されてレンズ面５６１から出射される。
側面３４ｂはレンズ５の主面に対して直交しているため、側面３４ｂから出射した光はレンズ５に直接入射されず、反射面４６に入射する。反射面４６は基板２からレンズ５に近づく方向に向かってレンズ２の光軸Ａｘから離れる方向へ傾斜しているから、反射面４６に入射した光が反射面４６によってレンズ５に向けて反射される。反射光は、レンズ５の下面５２において領域Ｂのうち外側に位置する部分に入射し、レンズ面５６１から屈折して出射される。出射された光はビーム角２０°となるようにレンズ面５６１が形成されている。

図６は、発光装置１の光の出射方向を前方として上下方向及び左右方向のそれぞれについて、光源３の上面３４ａのみを発光させた場合と、上面３４ａ及び側面３４ｂを発光させた場合の配光強度を測定した結果を示す図である。
図６における上下方向の測定結果において、上面３４ａのみを利用した場合よりも、上面３４ａ及び側面３４ｂを利用した場合の方が、面積が大きくなっている。これは上下方向の配向において、上面３４ａからの光だけでなく、側面３４ｂからの光も利用した方が発光強度が高まることを示している。
左右方向の測定結果においても、上面３４ａのみを利用した場合よりも、上面３４ａ及び側面３４ｂを利用した場合の方が面積が大きくなっている。したがって、左右方向の配光においても、上面３４ａからの光だけでなく、側面３４ｂからの光も利用した方が発光強度が高まる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、発光素子３２が光拡散用の被覆材３４によって覆われているから、発光素子３２から発した光が被覆材３２の表面（上面３４ａ。側面３４ｂ）から全体的に出射される。そのため、被覆材３２の表面から発する光がレンズ５のみならず、側方にも向かう。被覆材３２の側方には反射面４６が配置されているから、被覆材３２の表面から側方に向かった出射光が反射面４６によってレンズ５に向かって反射される。従って、被覆材３２の表面から直接レンズ５に向かった光のみならず、反射面４６によって反射した反射光もレンズ５によって投影される。よって、レンズ５によって形成される配光パターンを全体的に明るくすることができる。
また、レンズ５を光源に近づけて設置しても、被覆材３２の表面から側方に向かった出射光が反射面４６によって反射されるようになっているから、反射光を確実に有効利用することができる。そのため、レンズ５と光源３の距離を小さくすることができ、発光装置１を薄型化することができる。
更に、フレネルレンズ面５６が、レンズ５の光源３に対向する面（下面５２）の反対面（上面５１）側に形成されていることにより、フレネルレンズのカット高さの分だけ光源３とレンズ５との距離を短くすることができる。これにより光源３の光の利用効率が向上するとともに発光装置１を更に薄型化することができる。同様に、フレネルレンズ面５６がレンズ５の上面５１側に形成されているので、レンズ５の下面５２全体で光の取り込みを行えることとなり、光の利用効率が更に向上する。

１ 発光装置
２ 基板
３ 光源
４ リフレクタ
５ レンズ
３２ 発光素子
３４ 被覆材
３４ａ 上面
３４ｂ 側面
４６ 反射面
５６ フレネルレンズ面
５６１ レンズ面
５６２ ライズ面

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられた発光素子と、
   前記基板上に隆起して設けられるとともに前記発光素子を覆い、前記発光素子の光を拡散して出射させる被覆材と、
   前記基板との間に前記発光素子及び前記被覆材を置いて前記基板に対向したレンズと、
   前記レンズと前記基板の間において前記発光素子及び前記被覆材を囲繞し、前記基板から前記レンズに近づく方向に向かって前記レンズの光軸から離れる方向へ傾斜した反射面と、を備えることを特徴とする発光装置。
2. 前記レンズの両面のうち前記発光素子に対向する面の反対面が、光軸の周りに同心円状に配列された環状のレンズ面と、該レンズ面の間に交互に隣接して配置された環状のライズ面と、を有するフレネルレンズ面であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記フレネルレンズ面のピッチは、５０〜８０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。

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