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JP3076966B2 - 発光ダイオード素子 - Google Patents

発光ダイオード素子

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JP3076966B2
JP3076966B2 JP08154185A JP15418596A JP3076966B2 JP 3076966 B2 JP3076966 B2 JP 3076966B2 JP 08154185 A JP08154185 A JP 08154185A JP 15418596 A JP15418596 A JP 15418596A JP 3076966 B2 JP3076966 B2 JP 3076966B2
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light
emitting diode
light emitting
lens
shape
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俊幸 近藤
嘉史 川口
多計夫 伊藤
信道 會田
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Stanley Electric Co Ltd
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Stanley Electric Co Ltd
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F21W2131/103—Outdoor lighting of streets or roads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S362/00—Illumination
    • Y10S362/80—Light emitting diode

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面表示やバックラ
イト用などに用いられ、光束利用率の高い長方形の形状
に光を照射するようにした発光ダイオード素子に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来のＬＥＤランプの主要構成を
示す斜視図である。同図中、１はホーン２内に配置され
たＬＥＤチップ、３はその上部のレンズである。
【０００３】このＬＥＤランプは、円錐面を有したホー
ン２と半径Ｒのレンズ面を有したレンズ３とを備えてお
り、図５に示すように、ＬＥＤチップ１のジャンクショ
ン（発光部中心）を原点ＯとするＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直
交座標のＸ軸上に上記半径Ｒの軸中心がある。そして、
この構造により、Ｘ−Ｙ断面（平面）においては図６に
示すように、ＬＥＤチップ１からの直射光（レンズ面に
直接入射する光線）と反射光（ホーン面で反射した光
線）が角度θ１，θ２の配光で重なり合い、全体として
はＸ軸にて図６の矢印方向に回転させた配光となる。
【０００４】したがって、半値強度以上の照射形状は円
形となる。なお、この半値強度は、指向特性（ＬＥＤチ
ップの中心軸を原点とする空間各方向への光の放射分布
特性）において、半値角θ（１／２）（指向特性におい
て最大強度の５０％となる方向の内角）が示す角度の強
度と定義される。
【０００５】ここで、上記のような照射形状を持つＬＥ
Ｄランプを用いて、縦横１：２の長方形の範囲を照射す
る場合、図７に示すような方法がとられる。
【０００６】図７の（ａ）に示す例は、ＬＥＤ１個使用
して照射面までの距離を離し、照射面積を広げることで
長方形４に外接する円配光をとるようにしたもので、図
中５は円形の照射形状、斜線部の６はその中の光束損失
範囲を示している。
【０００７】図７の（ｂ）に示す例は、ＬＥＤ２個使用
して照射形状を長方形４に応じて広くとるようにしたも
のである。また図７の（ｃ）に示す例は、２個のＬＥＤ
の上部にインナーレンズ等の外部光学部品７を配置した
もので、照射形状５は略四角形になって光束損失範囲６
は小さくなっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のＬＥＤランプにあっては、長方形の範囲を
照射しようとする場合、光束利用率が悪いか、あるいは
高価なものになってしまうという問題点があった。
【０００９】すなわち、図７の（ａ）に示す方法では、
光束利用率が低く、有効な方法ではない。レンズ形状を
楕円にして長方形に外接する楕円照射を行えば多少利用
効率は改善されるが、まだ光束損失は大きい。
【００１０】また、図７の（ｂ）に示す方法では、図７
の（ａ）の場合と比べて光束利用率は良いが、ＬＥＤの
使用個数が増加するのでコスト高となる。図７の（ｃ）
に示す方法では、図７の（ｂ）の場合より更に光束利用
率が良くなるが、外部光学系の部品点数の増加によりさ
らにコスト高になる。
【００１１】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、長方形の範囲を照射する場合に、光束
利用率が高く、しかも安価な構成の発光ダイオード素子
を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光ダイオ
ード素子は、次のように構成したものである。
【００１３】（１）長方形の形状に光を照射する発光ダ
イオード素子であって、発光ダイオードチップからの光
を前記長方形の対角方向へ集光する菱形状のホーンと、
同発光ダイオードチップからの光を前記長方形に内接す
る楕円形状に照射させる楕円面を有したレンズとを備え
るようにした。
【００１４】（２）上記（１）の素子において、レンズ
の楕円面は発光ダイオードチップの発光部中心を原点と
するＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標におけるＺ軸に平行な直線
を軸とした回転楕円面とした。
【００１５】（３）上記（１）または（２）の素子にお
いて、ホーンの反射面は発光ダイオードチップの発光部
中心を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標におけるＸ−
Ｙ平面とＸ−Ｚ平面にて対称な菱形形状とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るＬＥＤランプ
（発光ダイオード素子）の主要構成を示す斜視図であ
る。同図において、１はＬＥＤチップ、１１はこのＬＥ
Ｄチップ１からの光を長方形の対角方向へ集光する反射
面を有した菱形状のホーン、１２はＬＥＤチップ１から
の光を上記長方形に内接する楕円形状に照射させる楕円
面を有したレンズである。
【００１７】上記レンズ１２の楕円面は、ＬＥＤチップ
１のジャンクション（発光部中心）を原点ＯとするＸ，
Ｙ，Ｚ軸の直交座標におけるＺ軸に平行な直線を軸とし
た回転楕円面であり、またホーン１１の反射面は、図２
に示すように該直交座標におけるＸ−Ｙ軸とＸ−Ｚ平面
に対称な菱形形状となっている。
【００１８】上記構成のＬＥＤランプは、光束利用率の
良い長方形の形状に光を照射するのに適しており、図５
に示すものと同様一つのレンズ面とホーン面を有してい
る。そして、上述のようにＬＥＤチップ１のジャンクシ
ョン中心を原点Ｏとしたとき、レンズ面は原点Ｏを通り
Ｚ軸に平行な直線を軸とした回転楕円面であり、座標値
をｘ，ｙ，ｚとすると次式にて定義される。
【００１９】 ｘ2 ＋ｙ2 ＋０．６８６５ｚ2 −４．７２ｘ−２．８４０４＝０ …（１） 上記（１）式にて定義されるレンズ面は、例えば原点Ｏ
より１６．５mm１２×２３mm（縦横比約１：２）の長方
形の面において、前述の半値強度以上となる照射形状１
３は図３の（ａ）に示すような長方形４に内接する楕円
形状となる。
【００２０】またホーン面は、上述のようにＸ−Ｙ平面
及びＸ−Ｚ平面にて対称な菱形形状であり、図２の斜線
部分で示されるホーン１１の一つの面は、媒介変数を
ｕ，ｖ（ｕ，ｖは０〜１の値）とすると、ｕの１次、ｖ
の５次式で表わされる。このホーン曲面上の点の座標
（ｘ，ｙ，ｚ）は、表１に示すＡＸ（ｉ），ＡＹ
（ｉ），ＡＺ（ｉ）を定数として、（２）式で表され
る。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【数１】
【００２３】上記の（２）式は、例えば上述の原点Ｏか
ら１６．５mm離れた１２×２３mmの長方形の面におい
て、図３の（ｂ）に示すような長方形４の対角方向に頂
点を持つ四つの三角形の照射形状１４となるように集光
させるホーン面を表わす式であり、図２及び図３の
（ｂ）に示すように、三角形の照射面の角に対応する点
Ｐ１とその内側よりに対応する点Ｐ２を結ぶ線分Ａが
（２）式に含まれている。
【００２４】そして、上記二つの照射形状１３と１４を
合わせると、図３の（ｃ）に示すような略長方形の照射
形状１５が得られる。すなわち、レンズ面による楕円照
射とホーン面による対角方向への集光により、長方形の
照射状態を得ることができる。
【００２５】このように、インナーレンズ（外部光学
系）を使用することなく、安価な構成で光束利用率の高
い長方形の照射形状１５が得られる。また、長方形照射
を行うことで、ＬＥＤランプ数も少なくすることがで
き、全体のコストも抑えることができる。
【００２６】図４は実際の配光特性を表わしたもので、
（ａ）は本発明に係るＬＥＤランプによるもの、（ｂ）
は従来品によるものをそれぞれ示している。従来のＬＥ
Ｄランプと比べると、本発明品では例えば原点Ｏから１
６．５mm離れた位置での半値強度以上の照射形状の面積
比において、約２．３倍となる実測データが得られた。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、長方形
の範囲を照射する場合に、光束利用率が高く、しかも安
価な構成の発光ダイオード素子を実現できるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例の構成を示す斜視図
【図２】 図１のホーンの形状を示す斜視図
【図３】 実施例による照射形状を示す説明図
【図４】 実際の配光特性を示す説明図
【図５】 従来例の構成を示す斜視図
【図６】 従来例の配光を示す説明図
【図７】 従来のＬＥＤランプで長方形の照射範囲を得
る方法を示す説明図
【符号の説明】
１ ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ） １１ ホーン １２ レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−260727（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−188459（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−131072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−185802（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−107861（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−52463（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 長方形の形状に光を照射する発光ダイオ
    ード素子であって、発光ダイオードチップからの光を前
    記長方形の対角方向へ集光する菱形状のホーンと、同発
    光ダイオードチップからの光を前記長方形に内接する楕
    円形状に照射させる楕円面を有したレンズとを備えてい
    ることを特徴とする発光ダイオード素子。
  2. 【請求項２】 レンズの楕円面は発光ダイオードチップ
    の発光部中心を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標にお
    けるＺ軸に平行な直線を軸とした回転楕円面であること
    を特徴とする請求項１記載の発光ダイオード素子。
  3. 【請求項３】 ホーンの反射面は発光ダイオードチップ
    の発光部中心を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ軸の直交座標にお
    けるＸ−Ｙ平面とＸ−Ｚ平面にて対称な菱形形状である
    ことを特徴とする請求項１または２記載の発光ダイオー
    ド素子。
JP08154185A 1996-06-14 1996-06-14 発光ダイオード素子 Expired - Lifetime JP3076966B2 (ja)

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