JPH1146013A - Ledランプ - Google Patents

Ledランプ

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JPH1146013A
JPH1146013A JP19983297A JP19983297A JPH1146013A JP H1146013 A JPH1146013 A JP H1146013A JP 19983297 A JP19983297 A JP 19983297A JP 19983297 A JP19983297 A JP 19983297A JP H1146013 A JPH1146013 A JP H1146013A
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JP
Japan
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axis
led lamp
lens
lens surface
emitting diode
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Application number
JP19983297A
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English (en)
Inventor
Shoichi Kamoshita
昌一 鴨下
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高輝度と光度分布の均一化を図れるLEDラ
ンプを提供する。 【解決手段】 このLEDランプは、LED素子11の
光軸Yをy軸とし、y軸に垂直な軸をx軸としたとき
に、透明樹脂15の外周面で構成されるレンズ面6a
が、次式(x2/2.42+y2/3.02=12 )を満た
す楕円曲面状とし、かつ、LED素子11とy軸上のレ
ンズ面6aの先端との距離Zを、4.0mm≦Z≦4.
8mmにした。このように、レンズ形状、およびLED
素子とレンズとの位置関係を規定することによって、レ
ンズ面6aから出射する光線の集中を抑え、視認角度の
変化に対する急激な光度変化をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、4元混晶系発光ダ
イオード素子を用いたLEDランプに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、LEDランプとしては、図6に示
すものがある。このLEDランプは、発光ダイオード
(LED)素子として、GaP系やGaAsP系、Ga
AlAs系等のLED素子101を用いている。このL
ED素子101は、金属製のリードフレーム102a上
に導電性ペースト103でダイボンドされている。
【0003】また、LED素子101は金線104を用
いてワイヤーボンドでリードフレーム102bに接続さ
れている。そして、このLED素子101,リードフレ
ーム102a,102bは、光が透過する熱硬化性樹脂
105で封止されている。この熱硬化性樹脂105は、
上記LED素子101からの光を出射するレンズ面10
5aを有する。
【0004】図8(B)に、LED素子101から出射
した光線群がレンズ部105bの内の先端側のレンズ面
105aで光軸に近づく方向に均等に屈折し、センサ面
16に達していることを示す。一方、上記レンズ部10
5bの内の円柱形状の胴体に隣接した部分Aでの屈折に
よって光線が集中して、光軸上以外に光度ピークが発生
する。この光度ピークではLED素子101の拡大率が
急激に大きくなる。そして、この従来のLED素子10
1の場合、図7(A)に示すように、光軸(0°)から
90°の角度でも約50%の発光があるから、図6に示
すパラボラ状の反射カップを用いることによって、正面
光度をあげて、正面での光度の落ち込みを無くせる。な
お、図8(A)に図8(B)のレンズ面105a付近の
拡大図を示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、LEDを用
いた情報表示板の市場では、屋内使用タイプの情報表示
板と屋外使用タイプの情報表示板とがある。屋内使用タ
イプの情報表示板は駅構内や車両等に取り付けられる。
一方、屋外使用タイプの情報表示板は、広告宣伝用とし
てビル壁面等に取り付けられたり、交通情報用として道
路上に設置される。
【0006】近年、特に設置が増加してきている道路上
の交通案内表示板に用いられるLEDランプの光学特性
については、次の,が要求される。
【0007】 様々な方角に設置されるので、高輝度
化が必要不可欠である。
【0008】 道路上から見るものだから、視認範囲
がそれほど必要ない。
【0009】したがって、2θ1/2(光度半値角)を、
15°〜30°程度にすることの要望が多い。
【0010】一方、最近になって、高輝度なLEDラン
プを開発するために、LED素子材料としてAlGaI
nP等の4元混晶系材料を使用して、LED素子自体を
高輝度化する傾向が進んでいる。
【0011】しかしながら、4元LED素子は、GaP
系およびGaAsP系の素子と比べて、光学特性、特に
配光特性が異なっている。図7(A)にGaPおよびG
aAsP系等のLED素子の指向特性を示し、図7
(B)に4元LED素子の指向特性を示す。
【0012】したがって、GaP系およびGaAsP系
の素子で使用していたLEDランプのレンズ面形状のま
まで、LED素子だけを4元LED素子に変更した場
合、LEDランプの光学特性において、次の(i),
(ii)のような問題が起こる。 (i) 図7(C)に示すように、光軸(0°)上付近
で光度が落ち込み、光軸からずれた角度に光度のピーク
ができる。
【0013】(ii) 図7(C)に示すように、光軸
(0°)上から視認角度を変化させると特定の角度で光
度が急激に下がる。
【0014】そこで、この発明の目的は、高輝度と光度
分布の均一化を図れるLEDランプを提供することにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1の発明は、発光ダイオード素子が透明樹脂
で封止されたLEDランプにおいて、上記透明樹脂の外
周面で構成されるレンズ面の形状を、上記発光ダイオー
ド素子の光軸を長軸とする楕円曲面状として、上記発光
ダイオード素子からの光が上記レンズ面の周辺で外側に
出射するようにしたことを特徴としている。
【0016】この請求項1の発明によれば、楕円曲面状
のレンズ面の周辺で発光ダイオード素子からの光が内側
に反射せずに外側に出射するから、レンズ面で屈折した
光線がある特定の角度に集中することがなく、光度分布
の均一化を図れる。
【0017】また、請求項2の発明は、請求項1に記載
のLEDランプにおいて、上記発光ダイオード素子を4
元混晶系発光ダイオード素子とし、上記発光ダイオード
素子の光軸をy軸とし、y軸に垂直な軸をx軸としたと
きに、上記透明樹脂の外周面で構成されるレンズ面の形
状を、次の(1)式を満たす楕円曲面状とし、 x2/2.42+y2/3.02=12 …(1) かつ、上記発光ダイオード素子と上記y軸上のレンズ面
の先端との距離Zを、4.0mm≦Z≦4.8mmにし
たことを特徴としている。
【0018】このように、レンズ形状、およびLED素
子とレンズとの位置関係を規定することによって、LE
D素子から出射される光線が、レンズ部での屈折後の光
線集中を起さない。すなわち、LED素子から出射し
て、封止樹脂が形成するレンズ面で屈折した光線がある
特定の角度に集中しない。
【0019】より詳しくは、1) 光度半値角が2θ1/2
=12°〜30°であり、 2) 配光特性が光軸方向をピークとしてなだらかな減
衰曲線を描くことになる。これにより、目的の配光特性
を得ることができ、高輝度と光度分布の均一化を図れ
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、この発明のLEDランプを
図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0021】図1に、本発明のLEDランプの実施の形
態を示す。このLEDランプの4元混晶(AlGaIn
P)系発光ダイオード素子11(以下、4元LED素子
11という)は、金属製のリードフレーム10a上に導
電性ペースト13を用いてダイボンドされている。この
4元LED素子11はAu線12でリードフレーム10
bにワイヤーボンドされている。そして、上記4元LE
D素子11,Au線12,リードフレーム10a,10
bは、透明樹脂15で封止されている。この透明樹脂1
5は、先端が丸まった略弾丸形状であり、先端のレンズ
面6aを含むレンズ部6を有している。
【0022】このレンズ部6の形状は、図1の寸法7,
寸法8,寸法9で特徴づけられる。寸法7は、LED素
子11の光軸Yと、この光軸Yに直交するX軸との交点
(原点0)からレンズ面6aの先端までの距離である。
また、寸法8は、上記原点0から上記レンズ面6aのX
軸方向の端までの距離である。また、寸法9は、上記L
ED素子11から上記レンズ面6aの先端までの距離で
ある。
【0023】上記レンズ面6aは、図2に示す曲線14
を光軸Yを回転軸として1回転して形成できる曲面で構
成されている。上記曲線14は、上記光軸Y,X軸をそ
れぞれ、y軸,x軸としたときに、次の(1)式で、表
わされる楕円状曲線である。 x2/2.42+y2/3.02=12 (x>0,y>0) … (1) また、上記Z寸法9を、4.0mm≦Z≦4.8mmに
設定した。つまり、4.4mmを基準値にして、この基
準値±0.4mmの範囲内の値に設定した。
【0024】この形状で作られたLEDランプの3次元
光線追跡計算における配向特性図を図3に示す。図3に
示すように、この実施形態のLEDランプの配光特性
は、正面光度(0°での光度)がピークになり、かつ、
図7(C)に示す従来例の配向特性に比べて、なだらか
な減衰特性曲線を示す。なお、2θ1/2(光度半値角)
は15°になる。
【0025】このことを、図4(B)を参照してより詳
細に説明する。図4(B)は、光路計算結果を示してお
り、図4(A)は図4(B)のレンズ面6a付近の拡大
図である。この実施形態での光路を示す図4(B)と従
来例の光路を示す図8(A)とを比較すれば分かるよう
に、この実施形態によれば、従来例のようにレンズ部か
ら出射する光線群が局所集中することがなく、レンズ部
6aから出射する光線群分布を均一化できる。
【0026】尚、上記実施の形態では、Z寸法の基準値
を4.4mmに設定したが、式(1)とは数値の異なる
方程式において、Z寸法の基準値を4.0mmにした場
合の3次元光線追跡計算結果を図5に示す。図5を参照
すれば分かるように、この場合には、2θ1/2(光度半
値角)=30°の配光特性を持つLEDランプを実現で
きる。
【0027】なお、上記したような光線群の集中が起こ
らないようにするためのレンズ面6aの形状とZ寸法と
の組み合わせは、必要な光度半値角2θ1/2によって規
定できる。したがって、上記実施形態で示したように、
式(1)の様に屈折光線の集中が起こらない数値の式を
求め、これを基に、レンズ面6aの形状を作製した上
で、所望の光度半値角が得られるように上記Z寸法を設
定すればよい。
【0028】
【発明の効果】以上より明かなように、請求項1の発明
によれば、透明樹脂の外周面で構成されるレンズ面の形
状を、上記発光ダイオード素子の光軸を長軸とする楕円
曲面状として、楕円曲面状のレンズ面の周辺で発光ダイ
オード素子からの光が内側に反射せずに外側に出射する
ようにしたから、レンズ面で屈折した光線がある特定の
角度に集中することがなく、光度分布の均一化を図れ
る。
【0029】また、請求項2の発明によれば、発光ダイ
オード素子の光軸をy軸とし、y軸に垂直な軸をx軸と
したときに、透明樹脂の外周面で構成されるレンズ面の
形状を、次の(1)式を満たす楕円曲面状とし、 x2
2.42+y2/3.02=12…(1) かつ、上記発光ダ
イオード素子と上記y軸上のレンズ面の先端との距離Z
を、4.0mm≦Z≦4.8mmにした。
【0030】このように、レンズ形状、およびLED素
子とレンズとの位置関係を規定することによって、LE
D素子から出射される光線が、レンズ部での屈折後の光
線集中を起さない。したがって、視認角度の変化に対す
る急激な光度変化をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のLEDランプの実施の形態の構造を
示す構造図である。
【図2】 上記実施の形態のレンズ部の形状を示す図で
ある。
【図3】 上記実施の形態のLEDランプのレンズ形状
での配光特性図である。
【図4】 図4(B)は上記実施の形態のLEDランプ
の光路計算結果の一例を示す図であり、図4(A)は上
記LEDランプの光路計算結果の一例を示すレンズ面付
近の拡大図である。
【図5】 本発明の他の実施の形態での配光特性図であ
る。
【図6】 従来のLEDランプの構造を示す構造図であ
る。
【図7】 図7(A)は従来のLED素子の指向特性図
であり、図7(B)は4元混晶系LED素子の指向特性
図であり、図7(C)は従来のLEDランプのレンズ形
状での配光特性図である。
【図8】 図8(B)は従来のLEDランプのレンズ形
状での光路計算結果の一例を示す図であり、図8(A)
は従来のLEDランプの光路計算結果のレンズ面付近拡
大図である。
【符号の説明】
6…レンズ部、6a…レンズ面、10a,10b…リー
ドフレーム、11…4元LED素子、12…金線、13
…導電性ペースト、15…透明樹脂、16…センサ面。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光ダイオード素子が透明樹脂で封止さ
    れたLEDランプにおいて、 上記透明樹脂の外周面で構成されるレンズ面の形状を、
    上記発光ダイオード素子の光軸を長軸とする楕円曲面状
    として、 上記発光ダイオード素子からの光が上記レンズ面の周辺
    で外側に出射するようにしたことを特徴とするLEDラ
    ンプ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のLEDランプにおい
    て、 上記発光ダイオード素子を4元混晶系発光ダイオード素
    子とし、 上記発光ダイオード素子の光軸をy軸とし、y軸に垂直
    な軸をx軸としたときに、上記透明樹脂の外周面で構成
    されるレンズ面の形状を、次の(1)式を満たす楕円曲
    面状とし、 x2/2.42+y2/3.02=12 …(1) かつ、上記発光ダイオード素子と上記y軸上のレンズ面
    の先端との距離Zを、4.0mm≦Z≦4.8mmにし
    たことを特徴とするLEDランプ。
JP19983297A 1997-07-25 1997-07-25 Ledランプ Pending JPH1146013A (ja)

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