JPH1131848A - 発光ダイオードランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】複数の反射型発光ダイオードを光源として用
い、作業性がよく、照射エリアにおいて均斉度が高く、
かつ照射密度が高い光学特性を有する発光ダイオードラ
ンプを提供する。 【解決手段】複数の発光ダイオード１０と、これら複数
の発光ダイオードを保持する保持具とを有し、前記各発
光ダイオードは発光素子１２と各発光素子に電力を供給
するリ−ド部１４ａ〜ｄと各発光素子の発光面に対向し
て設けられた凹面状反射面２２と該凹面状反射面で反射
した光を外部に放射する放射面２４と、該放射面の周辺
部に設けられた支持部２６とを有してなり、前記保持具
は、各発光ダイオードが同一照射点に向けられ、該照射
点と各発光ダイオードとの距離が等しくなるように配列
するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子が発する
光を凹面状反射面で反射した後に外部に放射する反射型
発光ダイオードを複数個用いた発光ダイオードランプの
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光学機器としてのプリンタ、コ
ピー機あるいはファクシミリ等に使用される光源として
ハロゲン電球がある。また、最近では光学装置内での光
源からの熱線の問題、装置の大きさや容積、光源の制御
の容易性あるいは光源の寿命という観点から、発光ダイ
オードが注目されるようになっている。この種の発光ダ
イオードとして、図５に示すような、発光素子をレンズ
状に形成した光透過性樹脂にモールドしたレンズ型発光
ダイオードが知られている。図５中、５０はレンズ型発
光ダイオードであり、５２は発光素子、５４ａ，５４ｂ
はリード、５６はワイヤ、５８は光透過性樹脂、５９は
光を放射するレンズ面である。又、本願出願人が先に提
案した、発光素子を光透過性樹脂にモールドし、該樹脂
に発光素子の発光面に対向する側に反射面を、かつ背面
側に放射面を形成した反射型発光ダイオードもよく知ら
れている。

【０００３】そして、画像認識用光源や大口径の光ファ
イバー用光源というような、直径数センチのエリアへ光
を照射する構造では、同一面の基板上に複数のレンズ型
発光ダイオードを所定の方向へ向けて、密に配列したラ
ンプが使用されている。図６，７はこの発光ダイオード
ランプ６０を示すものであり、ほぼ円形のランプ本体６
２の同一円周上に複数のレンズ型発光ダイオード５０が
配置され、取付け基板６４に各発光ダイオード５０のリ
ード５４ａ，５４ｂが取り付けられ、レンズ面５９が外
部の照射方向に向けられている。なお、図７ではリード
５４ａ，５４ｂはレンズ型発光ダイオードを所定方向に
向けるため、重なって見える位置関係としている。この
発光ダイオードランプは、各発光ダイオードが同一方向
を向いているため、各発光ダイオードから放射される光
は照射エリアへ照射される。しかしながら、このような
発光ダイオードランプでは、均斉度の高い照射特性が得
られないか、非常に困難であるという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ハロゲン電球では、一
カ所から光を放射して一点に集光されるので、光源から
集光点までの光学距離は反射面のどの位置から放射され
る光についても等しい。一方、発光ダイオードランプで
は各光ダイオード単体の出力が小さいため多数個配列さ
れ、複数の位置から光が放射されるものとなる。そし
て、複数の発光ダイオードを同一平面上に配列している
ので、発光ダイオードを配列している位置によって、照
射エリアまでの距離が違うものとなる。

【０００５】ところで、光学系として平行光が導出され
るように構成されていても、光源としての発光素子自体
が大きさを有することにより、発光ダイオードの放射光
は広がったものとなるので、発光ダイオードの照射分布
の広がりは照射距離に依存する。このためレンズ型発光
ダイオードを同一平面上に複数個配列した発光ダイオー
ドランプでは、各発光ダイオードが照射エリアに照射す
る光の分布は異なったものとなる。特に、全ての発光ダ
イオードから照射される照射エリアの中央部と照射距離
の長い発光ダイオードからしか照射が得られない照射エ
リアの周辺部との照射密度に差が生じ、均斉度の低い照
射分布となる。

【０００６】そして、単に規則正しく配列したのみでは
均斉度の高い照射分布が得られないので、高い均斉度を
必要とする場合は、規則正しく配列した後に各発光ダイ
オードの方向を照射分布を測定しながら調整することに
より、目的とする特性を得る作業が必要となり、非常に
作業性が悪いという問題がある。又、レンズ型発光ダイ
オードでは指向性を強くすると、発光素子が発する光の
制御効率が著しく低下するので、照射エリアへの照射効
率が低くなるという問題がある。

【０００７】本発明は前記に鑑みてなされたもので、複
数の反射型発光ダイオードを光源として用い、作業性が
よく、照射エリアにおいて均斉度が高くかつ照射密度が
高い光学特性を有する発光ダイオードランプを提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の発光ダ
イオードと、これら複数の発光ダイオードを保持する保
持具とを有し、前記各発光ダイオードは発光素子と、各
発光素子に電力を供給するリ−ド部と、各発光素子の発
光面に対向して設けられた凹面状反射面と、該凹面状反
射面で反射した光を外部に放射する放射面と、該放射面
の周辺部に設けられた支持部とを有してなり、前記保持
具は各発光ダイオードが同一照射点に向けられ、該照射
点と各発光ダイオードとの距離が等しくなるように配列
することを特徴とする。また、前記保持具は、前記発光
ダイオードの放射面の側から挿入して支持部を嵌め込む
嵌合部と、該嵌合部に形成した前記支持部の上端面と当
接する当接面とを有し、該当接面は、照射点を原点とす
る球面に形成されていることを特徴とする。更に、前記
発光ダイオードの凹面状反射面は、前記発光素子を焦点
とする回転放物面形状あるいはこれに近似する形状であ
り、前記発光ダイオードは前記凹面状反射面の端縁を含
む平面に垂直な平面で該反射面の端部を左右対称に切断
したものであり、前記各発光ダイオードは環状に配列さ
れていることを特徴とする。

【０００９】前記構成により、複数の発光ダイオードを
照射点を原点とする球面に形成された当接面を有する保
持具に配列させることができ、各発光ダイオードと照射
エリアまでの距離が同一となり、各発光ダイオードが照
射エリアに照射する光の分布は略同一となり、均斉度の
高い照射分布が得られる。また、発光ダイオードの放射
面の側から挿入して支持部を嵌め込む嵌合部と、その嵌
合部に設けられた発光ダイオードの支持部の上端面と当
接する当接面とを有する保持具を用いることにより、嵌
合部を発光ダイオードの位置合わせに用いる基準面とし
て、かつ当接面を発光ダイオードの向きを合わせるため
の基準面として用いることができるので、各発光ダイオ
ードを嵌合部に挿入して嵌合め込むだけで、各発光ダイ
オードの位置及び向きを正確にかつ容易に合わせること
ができる。さらに、各発光ダイオードの凹面状反射面
は、発光素子が配置される焦点位置又はその近傍の位置
を中心とする回転放物面形状あるいはこれに近似される
形状であることにより、効率よく発光素子からの光を放
射でき、被照射面に高い照射密度の光を放射することが
できる。更にまた、各発光ダイオードの凹面状反射面の
端部を切断していることにより、発光ダイオードを保持
具に環状に密に配列することができるので、照射エリア
に高い照射密度の光を放射することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施例に基
づき説明する。図１は本発明の一実施形態である発光ダ
イオードランプの概略正面図、図２は該ランプＡ−Ａ矢
視方向概略断面図、図３（ａ）は発光ダイオードランプ
に使用される発光ダイオードの概略正面図、図３（ｂ）
は該発光ダイオードをｘ軸方向から見たときの概略側面
図、図３（ｃ）は該発光ダイオードをｙ軸方向から見た
ときの概略側面図、図４（ａ）は発光ダイオードランプ
に使用される保持具の概略正面図、図４（ｂ）は該保持
具のＢ−Ｂ矢視方向概略断面図である。なお、図３にお
いて、ｚ軸は凹面状反射面の中心軸方向、ｘ軸及びｙ軸
は発光ダイオードの発光面を含む平面における直交座標
軸である。図１，２に示す発光ダイオードランプは１５
２個の反射型発光ダイオード１０と、保持具３０とを備
えるものである。本実施形態では、複数の発光ダイオー
ド１０を環状に配列した光源を得る場合について説明す
る。

【００１１】図３に示すように、反射型発光ダイオード
１０は発光素子１２と、リード１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄとワイヤ１６と、光透過性材料１８と、凹面
状反射面２２と、放射面２４と、支持部２６とを有す
る。ここで、リード１４ａ，１４ｂは、発光素子に電力
を供給するためのものである。発光素子１２はリード１
４ａ上にマウントされ、発光素子１２とリード１４ｂと
はワイヤ１６により電気的に接続されている。又、発光
素子１２，リード１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの先
端部及びワイヤ１６とは、光透過性材料１８により一体
的にモールドされている。そして、リード１４ａ，１４
ｂとリード１４ｃ，１４ｄとは、光透過性材料１８の側
面から互いに反対方向に引き出されている。なお、リー
ド１４ｃ，１４ｄは電気配線用のものではなく、必要に
応じて発光ダイオードを保持するためのものである。

【００１２】凹面状反射面２２は、光透過性材料１８の
一方の面上にメッキや金属蒸着等により鏡面加工したも
のであり、発光素子１２の発光面に対向する側に形成さ
れている。ここで、凹面状反射面２２を発光素子１２の
発光パターンにあわせた回転放物面に近い形状に形成
し、その焦点に発光素子１２の発光面の中心を配置す
る。一方、放射面２４は、発光素子１２の背面側に形成
されている。ここでは、放射面２４を凹面状反射面２２
の中心軸（ｚ軸）に垂直な平面形状に形成し、又、放射
面２４と発光素子１２の発光面とはほぼ平行とする。か
かる発光ダイオード１０では、発光素子１２が発する光
を、凹面状反射面２２の中心軸に対して平行な光として
効率よく取り出し、有効に利用することができる。

【００１３】また、発光ダイオード１０は、凹面状反射
面２２の端部がｘ軸に垂直な平面で左右対称に切断され
ている。これにより、凹面状反射面２２の切断面が隣り
合うように発光ダイオード１０を環状に配列する場合、
発光ダイオード１０の間隔を狭くすることができる。こ
のように発光ダイオードを密に配列することにより、照
射密度の向上を図ることができる。即ち、凹面状反射面
２２の端部が切断されることによる損失は１０％未満で
あり、密に配列することによる効率の方が大きく、照射
密度の向上を図ることができる。

【００１４】支持部２６は、発光ダイオード１０を保持
具３０に取り付ける場合に、発光ダイオード１０を支持
する役割を果たすものであり、放射面２４の周辺部に形
成される。本実施形態では、凹面状反射面２２の端部を
左右対称に切断しているので、支持部２６は、図３
（ａ）に示すように、放射面２４の上下に形成されるこ
とになる。また、支持部２６の上端面２６ａは平面状に
形成している。なお、発光ダイオード１０は密に配列す
るために、最終的にトリミングフォームカットされ、リ
ード１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを裏面側（反射面
２２側）に折り曲げた状態とされ、結線される。

【００１５】かかる発光ダイオード１０を作製するに
は、トランスファーモールド法が用いられる。トランス
ファーモールド法の金型は、特に形状を重視する側を下
金型とするが、発光ダイオード１０においては、凹面状
反射面２２が発光素子１２からの光を制御するため、凹
面状反射面２２の側を下金型に放射面２４の側を上金型
にする。このトランスファーモールド法を用いると、凹
面状反射面２２，放射面２４及び支持部２６を精度よく
成形できるだけでなく、リード１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄと、凹面状反射面２２及び放射面２４との位
置合わせを精度よく行うことができる。

【００１６】上記構成の発光ダイオード１０は、発光素
子１２に電力が供給されると、発光素子１２が発光し、
発光素子１２が発する光は凹面状反射面２２により反射
され、放射面２４より外部に放射される。このように発
光素子１２が発する光を一度、凹面状反射面２２で反射
した後に外部に放射することにより、発光素子１２が発
する光を有効に前方に放射することができる。

【００１７】保持具３０は、複数の発光ダイオードを所
定の位置に所定の方向を向けて保持するためのものであ
る。保持具３０には貫通穴である嵌合部３２が形成され
ている。嵌合部３２は、発光ダイオード１０を放射面２
４の側から挿入して嵌め込むものである。また、発光ダ
イオード１０の支持部２６の上端面２６ａが当接する当
接面３５と、発光ダイオード１０の放射面２４を挿入す
る開口部３７とを有する。なお、当接面３５は照射点を
原点とする球面に形成されている。

【００１８】 かかる発光ダイオード１０を用いて発光ダ
イオードランプを形成するには、複数の発光ダイオード
１０を放射面２４の側から保持具３０に挿入して、支持
部２６を嵌合部３２に嵌め込むとともに、支持部２６の
上端面２６ａを接着剤を介して当接面３５に当接させる
ことにより、保持具３０に発光ダイオード１０を取り付
ける。こうして、複数の発光ダイオード１０は、凹面状
反射面２２の切断面が隣り合うように環状に配列され、
図１，２に示すような発光ダイオードランプが得られ
る。

【００１９】本実施形態の発光ダイオードランプでは、
保持具の嵌合部が照射点を原点とする球面に形成されて
いるので、各発光ダイオードと照射エリアまでの距離が
同一となる。このため、各発光ダイオードが照射エリア
に照射する光の分布は略同一となり、各発光ダイオード
が規則正しく配置され、均斉度の高い照射分布が得られ
る。又、当接面を発光ダイオードを向き合わせるための
基準面として用いることができるので、発光ダイオード
を保持具の嵌合部に嵌め込むだけで、各発光ダイオード
の位置及び向きを正確にかつ容易に位置合わせることが
できる。従って、各発光ダイオードの放射面を同一方向
に向けて配置でき、各発光ダイオードの発光素子の中心
軸を高精度で揃えることができる。かかる発光ダイオー
ド配列体を所定範囲を照射するランプとして用いる場
合、被照射面における照射むらの少ない、高い照射密度
の光を放射することができる。

【００２０】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内において種々の変更が
可能である。上記実施形態では、凹面状反射面の端部を
左右対称に切断し凹面状反射面の切断面が隣り合うよう
に発光ダイオードを環状に配列した場合について説明し
たが、発光ダイオードを密に配列する必要がない場合
は、凹面状反射面の端部を切断しなくてもよい。又、上
記実施形態において、赤，緑，青の発光色の発光ダイオ
ードを組み合わせてもよい。これにより、白色の照射が
可能となる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
発光ダイオードから照射エリアまでを等距離にすること
により、各発光ダイオードの照射分布をほぼ同一とでき
る。このため、発光ダイオードを規則正しく配列するだ
けで高い均斉度が得られ、かつ保持具を用いたことによ
り、作業性がよくて位置及び向きを正確にかつ容易に合
わせることができ、均斉度の高い発光ダイオードランプ
が得られるとの利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である発光ダイオードラン
プの概略正面図である。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ矢視方向概略断面図であ
る。

【図３】図３（ａ）はこの発光ダイオードランプに使用
される発光ダイオードの概略正面図、図３（ｂ）は該発
光ダイオードをｘ軸方向から見たときの概略断面図、図
３（ｃ）は該発光ダイオードをｙ軸方向から見たときの
概略断面図である。

【図４】図４（ａ）はこの発光ダイオードランプに使用
される保持具の概略正面図、図４（ｂ）は該保持具のＢ
−Ｂ矢視方向概略断面図である。

【図５】従来の発光ダイオードの概略正面図である。

【図６】従来の発光ダイオードランプの概略正面図であ
る。

【図７】同じく図６のＣ−Ｃ矢視方向概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 発光ダイオード １２ 発光素子 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ リード １６ ワイヤ １８ 光透過性材料 ２２ 凹面状反射面 ２４ 放射面 ２６ 支持部 ２６ａ 上端面 ３０ 保持具 ３２ 嵌合部 ３５ 当接面 ３７ 開口部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の発光ダイオードと、これら複数の発
   光ダイオードを保持する保持具とを有し、前記各発光ダ
   イオードは、発光素子と、各発光素子に電力を供給する
   リ−ド部と、各発光素子の発光面に対向して設けられた
   凹面状反射面と、該凹面状反射面で反射した光を外部に
   放射する放射面と、該放射面の周辺部に設けられた支持
   部とを有してなり、前記保持具は、各発光ダイオードが
   同一照射点に向けられ、該照射点と各発光ダイオードと
   の距離が等しくなるように配列することを特徴とする発
   光ダイオードランプ。
2. 【請求項２】前記保持具は、前記発光ダイオードの放射
   面の側から挿入して支持部を嵌め込む嵌合部と、該嵌合
   部に形成した前記支持部の上端面と当接する当接面とを
   有し、該当接面は、照射点を原点とする球面に形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード
   ランプ。
3. 【請求項３】前記発光ダイオードの凹面状反射面は、前
   記発光素子を焦点とする回転放物面形状あるいはこれに
   近似する形状であることを特徴とする請求項１又は２記
   載の発光ダイオードランプ。
4. 【請求項４】前記発光ダイオードは、前記凹面状反射面
   の端縁を含む平面に垂直な平面で該反射面の端部を左右
   対称に切断したものであることを特徴とする請求項１乃
   至３記載の発光ダイオードランプ。
5. 【請求項５】前記各発光ダイオードは、環状に配列され
   ていることを特徴とする請求項１乃至４記載の発光ダイ
   オードランプ。