JP3148911U - Lens for light emitting element - Google Patents
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Abstract
【課題】レンズの形状を複雑にすることなく、発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射することができる発光素子用レンズの提供を目的とする。【解決手段】前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部6を突設しかつその外周を平面部4とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子部からの発光を該レンズ体の周壁3で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズ1において、発光素子部2が位置するレンズ下部周部には略円柱状の中空部7を設け、発光素子部から中空部の側周面7bに向かう光が全反射角以下で入射してレンズ内を透過し、この光がレンズの周壁に対して全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前方に放射されるとともに、発光素子から中空部の上面7aに向かう光が全反射角以下で入射しレンズ内を透過して凸レンズ部で集光されレンズ前方に放射される。【選択図】図2An object of the present invention is to provide a lens for a light-emitting element that can irradiate light from the light-emitting element efficiently and uniformly without complicating the shape of the lens. A convex lens portion that protrudes toward the front of the lens body is provided at the center of the front surface of the lens body that expands the width diameter toward the front, and the outer periphery thereof is a flat portion, and the bottom of the lens body. In the lens 1 for a light emitting element that emits light emitted from the arranged light emitting element part to the front of the lens body by totally reflecting the light from the peripheral wall 3 of the lens body, the lens lower peripheral part where the light emitting element part 2 is located is substantially cylindrical. The light from the light emitting element portion toward the side peripheral surface 7b of the hollow portion is incident at a total reflection angle or less and transmitted through the lens, and this light is greater than the total reflection angle with respect to the peripheral wall of the lens. Incident light is totally reflected and emitted to the front of the lens body, and light traveling from the light emitting element toward the upper surface 7a of the hollow portion is incident at a total reflection angle or less, passes through the lens, and is collected by the convex lens portion and emitted to the front of the lens. Is done. [Selection] Figure 2
Description
本考案は、表示装置等に用いられるLED(発光ダイオード)チップ等の発光素子の上部を被覆して配設し発光素子の光を収束する集光レンズに係り、特に小径な発光素子からの光を広い発光面積でかつ効率良く好適に照射することができる発光素子用レンズに関するものである。 The present invention relates to a condensing lens that covers and arranges an upper part of a light emitting element such as an LED (light emitting diode) chip used in a display device or the like, and particularly focuses light from the light emitting element having a small diameter. The present invention relates to a lens for a light-emitting element that can be efficiently and suitably irradiated with a wide light-emitting area.
元来、LED等の発光素子そのものの発光する領域はピンポイントであり、そのままでは無指向性の照明となり光が拡散してしまい、一定程度の面積の発光面を形成できず、また遠距離からの視認性も劣ることから、通常発光素子前方を覆って光を収束させる集光レンズを配設することが行われている。この集光レンズとしては、底部に発光素子取付部を形成し、発光素子から照射される中央部分の光をレンズ前面の中央に形成された凸部で集光するとともに、その外側の光をンズ底部から前方に向かって放物線曲線を描く壁面で全反射して前方へと放射するものがある。
しかしながら、上述した従来の発光素子用レンズにあっては、その構造からしてレンズ前面の中心部に凸部が形成されるように深いリング状の溝を形成するものであり、このような複雑な形状で曲率の大きなレンズを形成することは多大な困難が伴い、特に高さのあるレンズ体ではリング状の溝が深くなりすぎてしまい、レンズの大きさや材質によっては必ずしも発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射できるとは限らなかった。 However, the above-described conventional lens for light emitting element has a structure in which a deep ring-shaped groove is formed so that a convex portion is formed at the center of the lens front surface. It is very difficult to form a lens with a large shape and a large curvature. Especially in a lens body with a high height, the ring-shaped groove becomes too deep, and depending on the size and material of the lens, the light from the light emitting element is not necessarily used. It was not always possible to irradiate the front efficiently without unevenness.
そこで本考案にあっては、上述した課題を解決すべく、レンズの形状を複雑にすることなく、発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射することができる発光素子用レンズの提供を目的とする。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a lens for a light-emitting element that can irradiate light from the light-emitting element efficiently and uniformly without complicating the shape of the lens. Objective.
上記目的を達成するため、本考案の発光素子用レンズは、前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部を突設しかつその外周を平面部とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子からの発光を該レンズ体の周壁で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズにおいて、発光素子が位置するレンズ体下部の発光素子周部には略円柱状の中空部を設け、上記発光素子から上記中空部の側周面に向かう光が上記レンズ体の屈折率に応じた全反射角以下で入射してレンズ体内を透過しこの光が上記レンズ体の周壁に対して上記全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前面の平面部から前方に放射されるとともに、上記発光素子から上記中空部の上面に向かう光が上記全反射角以下で入射しレンズ体内を透過して直接レンズ体前面の凸レンズ部から前方に放射されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the lens for a light-emitting element according to the present invention has a convex lens portion protruding toward the front of the lens body at the center of the front surface of the lens body whose diameter increases toward the front and its outer periphery. In a lens for a light emitting element that emits light emitted from a light emitting element disposed on the bottom of the lens body and totally reflecting the light from the peripheral wall of the lens body to the front of the lens body, A substantially cylindrical hollow portion is provided in the peripheral portion of the light emitting element, and light traveling from the light emitting element toward the side peripheral surface of the hollow portion is incident at a total reflection angle or less corresponding to the refractive index of the lens body to enter the lens body. The transmitted light is incident on the peripheral wall of the lens body at a total reflection angle or more, is totally reflected, and is emitted forward from the flat portion of the front surface of the lens body, and is directed from the light emitting element to the upper surface of the hollow portion. When light is below the total reflection angle Characterized in that it is radiated forward from the convex lens portion of the lens directly anterior surface passes through the lens body shines.
また、レンズ体下部の中空部における上面は下方に向かって凸状に形成しその上部の凸レンズ部とともに全体として凸レンズを構成することを特徴とする。 In addition, the upper surface of the hollow portion at the lower part of the lens body is formed in a convex shape downward, and a convex lens is formed as a whole together with the convex lens portion at the upper part.
また、発光素子はボンディングワイヤーの配線とともに合成樹脂材によりモールド成形されることを特徴とする。 In addition, the light emitting element is molded by a synthetic resin material together with the wiring of the bonding wire.
本考案の発光素子用レンズによれば、前方に向って幅径を拡大するレンズ体の前面中央部にはレンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部を突設しかつその外周を平面部とし、かつレンズ体底部に配置される発光素子からの発光を該レンズ体の周壁で全反射してレンズ体前方へ放射する発光素子用レンズにおいて、発光素子が位置するレンズ体下部の発光素子周部には略円柱状の中空部を設け、上記発光素子から上記中空部の側周面に向かう光が上記レンズ体の屈折率に応じた全反射角以下で入射してレンズ体内を透過しこの光が上記レンズ体の周壁に対して上記全反射角以上で入射し全反射してレンズ体前面の平面部から前方に放射されるとともに、上記発光素子から上記中空部の上面に向かう光が上記全反射角以下で入射しレンズ体内を透過して直接レンズ体前面の凸レンズ部から前方に放射されることで、発光素子からの光は、中空部の中で上面を通る光と側周面を通る光に分かれて、側周面を通る光はレンズ体の屈折率に応じてレンズ体の周壁で全反射して平面部から好適にレンズ体前方に放射され、そして中空部の上面を通る光は凸レンズ部で好適に収束され、このような発光素子用レンズを複雑な形状とすることなく得られるものである。 According to the lens for a light emitting device of the present invention, a convex lens portion projecting toward the front of the lens body is projected at the front center portion of the lens body that expands the width diameter toward the front, and its outer periphery is a flat portion. In addition, in a lens for a light-emitting element that emits light emitted from a light-emitting element disposed at the bottom of the lens body to the front of the lens body after being totally reflected by the peripheral wall of the lens body, Is provided with a substantially cylindrical hollow portion, and light traveling from the light emitting element toward the side peripheral surface of the hollow portion is incident at a total reflection angle or less corresponding to the refractive index of the lens body and is transmitted through the lens body. The light is incident on the peripheral wall of the lens body at the total reflection angle or more and is totally reflected and radiated forward from the plane portion of the front surface of the lens body, and the light from the light emitting element toward the upper surface of the hollow portion is totally reflected. Incident below the angle and inside the lens Then, the light from the light emitting element is directly radiated forward from the convex lens portion on the front surface of the lens body, so that the light from the light emitting element is divided into light passing through the upper surface and light passing through the side peripheral surface in the hollow portion. The light passing therethrough is totally reflected by the peripheral wall of the lens body in accordance with the refractive index of the lens body and is preferably radiated forward from the plane part, and the light passing through the upper surface of the hollow part is preferably converged by the convex lens part. Such a lens for a light emitting element can be obtained without making it into a complicated shape.
また、レンズ体下部の中空部における上面は下方に向かって凸状の球面に形成しその上部の凸レンズ部とともに全体として凸レンズを構成することで、凸レンズ部だけで収束させる場合と比較して、両面を凸状とすることにより、レンズ体前方に向かって突出する凸レンズ部の曲率を小さくして無理のない形状とすることができ、これにより中空部の上面を通る光はその凸状である程度収束し、そして凸レンズ部でさらに集光されレンズ体の前方に好適な収束光として照射することができ、凸レンズ部の曲率を大きくすることなく好適な発光素子用レンズが得られるものである。 In addition, the upper surface of the hollow portion at the bottom of the lens body is formed into a convex spherical surface downward and a convex lens is formed as a whole together with the convex lens portion on the upper side. By making the convex shape, the curvature of the convex lens portion protruding toward the front of the lens body can be reduced to make it a reasonable shape, so that the light passing through the upper surface of the hollow portion converges to some extent in the convex shape Then, the light is further condensed by the convex lens part and can be irradiated as a suitable convergent light in front of the lens body, and a suitable lens for a light emitting element can be obtained without increasing the curvature of the convex lens part.
また、発光素子はボンディングワイヤーの配線とともに合成樹脂材によりモールド成形されることで、発光素子及び発光素子へのボンディングワイヤーの配線も確実に保護されるものである。 In addition, the light emitting element is molded with a synthetic resin material together with the wiring of the bonding wire, so that the light emitting element and the wiring of the bonding wire to the light emitting element are reliably protected.
図1〜図2は、本考案の発光素子用レンズ1を示し、最大外径約21mm、高さ約11.5mmのアクリル等の透明な合成樹脂材からなる発光素子用レンズ1は、前方に向って徐々に幅径を拡大する形状である略逆円錐台状に成形されてなり、その底部にLED等の発光素子を合成樹脂でモールド成形してなる発光素子部2を配設することで、発光素子からの光を集光し一定程度の光の束としてレンズ前方に照射するものである。この発光素子用レンズ1の周壁3は、レンズ下端からレンズ前面4にかけて外側に少し膨らんだ独特の曲面に形成されるとともに(その断面は連続する曲面に限られず、複数の傾斜面で形成してもよい)、レンズ前面4の外周部分を平面部5としかつその中央部には前方が凸となる凸レンズ部6(約R6)を、レンズ前面4より一段低い位置から前方に向かい突設形成している。
1 to 2 show a light-emitting
そして、発光素子用レンズ1の下部には、発光素子部2を配設するのには充分すぎる高さからなる略円柱形状の中空部7を、レンズ下端からレンズ高さの約1/3の深さに凹設して形成している(上述した従来の発光素子用レンズにあっては、このレンズ下端には発光素子が配置されるだけの小径な半球状の中空部があるのみ)。この中空部7の上面7aは、レンズ下方に向かって凸状の球面(約R10)からなるとともに、中空部7の側周面7bは、レンズ下端からレンズ前方に向かって穴径を徐々に狭くする若干のテーパーを設けてなり、これにより中空部7を略円柱形状に形成している。この中空部7の穴径・高さ・テーパーは、そこに配置する発光素子部2の寸法や、レンズの材質に応じた屈折率やレンズの外形寸法等に応じて設定される。
A substantially cylindrical hollow portion 7 having a height that is too high to dispose the light
発光素子部2は、LED等の発光素子8そのもの及び発光素子8へのボンディングワイヤーを保護しつつも一定程度の集光作用発揮させるために、シリコン等の透明な合成樹脂材でモールド成形してなる被覆体9で被覆したもので、その上面を凸状としたものである。従来であれば、発光素子とボンディングワイヤーの周りを、刷毛でシリコンワニスを塗布していたのであるが、それでは発光素子からの放射状の発光が不均一となり、その結果好適な平行光が得られないこととなっていたものである。
The light
このような構成からなる発光素子用レンズ1によれば、図2に示すごとく、まず被覆体9である程度収束された発光素子部2から照射される光のうち、上記中空部7の上面7aに向かう光は、上面7aの凸曲面に入射(レンズの屈折率に応じた全反射角以下である)して収束されレンズ内を直進し、レンズ前面4の凸レンズ部6で集光される方向に屈折してレンズ前方に照射される。本実施例にあっては、凸レンズ部6の曲率をアクリルのレンズの屈折率に応じて設定することで凸レンズ部6を通る光を平行光に近いものとするものである。そして、発光素子部2から上記中空部7の側周面7bに向かう光は、側周面7bに対しレンズの屈折率に応じた全反射角以下で入射して屈折し、周壁3に対して上記全反射角以上で入射することで全反射し、レンズ前面4の平面部5を通ってレンズ前方に照射されるものである。
According to the light-emitting
1 発光素子用レンズ
2 発光素子部
3 周壁
4 レンズ前面
5 平面部
6 凸レンズ部
7 中空部
7a 上面
7b 側周面
8 発光素子
9 被覆体
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