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CN100369274C - 发光二极管、led灯及灯具 - Google Patents

发光二极管、led灯及灯具 Download PDF

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CN100369274C
CN100369274C CNB028226461A CN02822646A CN100369274C CN 100369274 C CN100369274 C CN 100369274C CN B028226461 A CNB028226461 A CN B028226461A CN 02822646 A CN02822646 A CN 02822646A CN 100369274 C CN100369274 C CN 100369274C
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Abstract

该LED灯具备发光二极管;和设置在该发光二极管周围的反射镜,该发光二极管具有:安装在电源提供部件上的发光元件;密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;反射面,相对所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光。

Description

发光二极管、LED灯及灯具
技术领域
本发明涉及一种搭载发光元件(下面也称为LED芯片)的封装树脂(下面也称为发光二极管或LED)、将该发光二极管用作光源的LED灯(下面也称为发光器)、及使用这种LED灯并适用于汽车的尾灯或刹车灯等的灯具。
背景技术
随着发光元件的高亮度化,在汽车的尾灯等中多使用将LED作为光源的LED灯。LED的光谱清晰(sharp),识别性好。另外,因为响应速度快,所以向后续车的信号传递速度快,在高速行驶中,对缩短静止距离有显著效果。并且,因为LED本身为单色光源,所以不必象白炽灯泡那样滤去必要色以外的光,作为单色光源,效率高,节能。
图103中示出这种LED灯的一例。如图103所示,该LED灯1000将由透明环氧树脂1050把发光元件1020密封成凸透镜形的透镜型LED1010用作光源。透镜型LED1010在一对导线1030a、1030b中的导线1030a上安装发光元件1020,并用引线1040接合发光元件1020与导线1030b,用透明环氧树脂1050把整体密封成凸透镜形。另外,由旋转抛物面形的反射镜1060覆盖透镜型LED1010的周围,在上方中央部形成菲涅尔透镜1070。在以上结构中,从透镜型LED1010辐射出的光被反射镜1060反射,或被菲涅尔透镜1070聚光,全部向上方大致平行地射出。之后,由设置在树脂透镜1090下面的凹凸界面扩散后透过树脂透镜1090的光作为车载用后灯标准的具有约20度扩散度的辐射光被辐射到外部。
另一方面,在要进一步提高发光元件输出的今天,需要由少的发光元件来覆盖所定面积的发光区域。这是为了减少零件数量,并削减零件安装的工时。
但是,在上述LED灯1000中,若用1个发光元件覆盖较大面积,则形状以相似形变大,面积方向上变大,同时,厚度方向上也变厚。另外,若勉强变薄,则降低美观。因此,存在不能成为作为LED特长的薄型光源的问题。并且,因为不能控制从发光元件1020至反射镜1060或菲涅尔透镜1070的光,不能辐射到外部,所以在外部辐射效率上也有问题。
作为解决该课题的手段,例如有特开2001~93312号公报中公开的LED灯。
图104表示该公报中公开的LED灯,(a)是以光源为中心的纵向截面图,(b)是表示LED灯的结构的局部立体图。在该LED灯中,具备:光源1100;具有抛物线反射面1110a的第1反射面1110,其配置在与光源1100对向的中心轴上的位置上,反射从光源1100辐射的光,作为与光源1100的中心轴X大致正交的Y方向的光;和具备多个小反射面1120a的第2反射面1120,其以第1反射面1110为中心,配置在其周围,反射由第1反射面1110反射的光,变为中心轴X方向的光。在这种构成中,从光源1100辐射的光由第1反射面1110的抛物线反射面1110a反射到Y方向,该反射光由第2反射面1120的小反射面1120a反射到中心轴X方向上,从而可以在所定面积辐射具有所定辐射角度的车辆用信号光。
但是,在该LED灯中,因为将第1反射面1110配置在光源1100的正上方,所以从光源1100直接射出的光被第1反射面1110妨碍而不会沿垂直方向照射,因此存在中心产生暗部的问题。
另一方面,作为解决这种问题的手段,例如有国际公开第99/09349号公开的LED灯。
图105表示该公报中记载的LED灯,(a)表示以光源为中心的纵向截面图,(b)表示(a)的K~K部的截面图。在该LED灯中,具有:光源1620,其将发光元件1600作为发光源,配有圆顶部1610和基座部1610A;透镜要素1740,其由入射面1630、第1反射区域1640、第1反射面1640A、直接传导区域1650、第2反射区域1660、照射面1670、边缘1680和1690、接线柱1720和1730构成;和将枕式(pillow)透镜1750A形成阵列状的光学要素1750,在透镜要素1740的第2反射区域1660中,在第1反射区域1640的周围360度内形成抽取面1660A和逐级下降部(step downs)1660B的组。另外,如(b)所示,光源1620通过使基座部1610A的凹部1620A和1620B与透镜要素1740的接线柱1720和1730结合,将圆顶部1610定位在第1反射区域1640的中心。
在这种构成中,若从光源1620辐射光,则得到在第1反射面1640A中沿与光源1620的中心轴方向正交的方向反射、另外在抽取面1660A中向中心轴方向反射后从照射面1670射出的光A;和从光源1620透过直接传导区域1650后沿中心轴方向辐射的光B,向光学要素1750入射照射范围扩大后的光。
但是,根据上述公报记载的LED灯,因为具有使来自光源1620的辐射光聚光到中心轴上的圆顶部1610,所以存在厚度变大的问题。
另外,因为难以使透镜要素1740的中心轴与光源1620的中心轴完全一致来组装,所以容易引起错位,容易导致全部方向的亮度不均匀。即,因为单独形成并定位光源1620与透镜要素1740,所以若光源1620的中心轴对透镜要素1740的第1反射区域1640的位置精度低,则由第1反射区域1640反射到全反射方向的反射光的光量变得不均匀,在LED灯的表面中产生明暗(亮度差)。尤其是在向上方辐射光源1620的射出光的大部分的聚光度高的光学系统的情况下,光源1620自身的配光差异、或相对上述透镜要素1740与光源1620的中心轴向垂直方向错位引起的光学特性的差异造成的亮度差变得明显。即,在上述LED灯中,因为来自发光元件1600的发光由圆顶部1610聚光后辐射,所以即使发光元件1600的中心轴与圆顶部1610的中心轴仅稍稍错位,都会在从圆顶部1610聚光辐射的光的配光中产生大的差异。这样,在光源1620的结构本身存在易产生配光特性差异的课题,并且如上所述,由于作为个体的透镜要素1740的安装时的错位,由第1反射区域1640反射到全反射方向的反射光的光量变得不均匀的课题加重。
另外,还存在不能由圆顶部1610聚光到中心轴上的侧向光的光利用率低、不能增大照射面积等问题。即,从光源1620向水平面方向(X方向)放出的光不能由第2反射区域1660反射,另外,在第1反射区域1640和第2反射区域1660任一中都未被反射的光未被辐射到Z方向,所以存在光效率差的课题。
另外,在上述LED灯中,如上所述,因为光源1620与透镜要素1740为个体,所以从光源1620辐射的光一旦通过空气层后,则入射到透镜要素1740的入射面1630,所以在中途的空气层或界面产生光损耗,光源1620与透镜要素1740的界面上有污垢,进一步导致光的损耗。并且,因为是个体,所以在产生物理冲击的情况下,易引起错位,不能成立使发光元件与反射镜接近的光学系统。另外,还存在零件个数或组装工序数增加、或组装精度差异变大等问题。
另外,上述多个问题也直接存在于特开2001~93312号公报中公开的LED灯中。
因此,即使使用多个这种LED灯来制作例如构成汽车的刹车灯一体型尾灯的灯具,也由于上述问题而不能产生光源本来的亮度,作为整体变暗,美观的自由度缺乏。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种全部方向的亮度均匀、得到高的外部辐射效率的发光二极管、LED灯及能有利利用从光源辐射的光的高亮度灯具,解决上述问题,并产生作为LED优点的薄型,同时可以美观地以1个发光元件形成大面积的辐射面积。
另外,本发明的另一目的在于提供一种薄型、高效率、不使效率降低而可以对应于不同形状、可以沿倾斜配置、得到高的外部辐射效率的发光器。
另外,本发明的再一目的在于提供一种使用能以尽量宽的角度辐射光而不会妨碍光源本来的亮度的发光器的灯具。
另外,本发明的又一目的在于提供一种薄型、高效率、美观的自由度大、灯具整体的亮度均匀、能形成闪光的自然图象的灯具。
为了解决上述问题,本发明的发光二极管的特征在于,具有:安装在电源提供零件上的发光元件;密封该发光元件的由透光性材料构成的密封零件;反射面,其相对向于所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光。
在所述反射面的中央部可以具有中央辐射面,向与所述发光元件的中心轴大致平行的方向辐射所述发光元件发出的光。
期望所述中央辐射面比发光元件的发光面小,例如在将中央辐射面形成圆形的情况下,更期望为0.1mm以上、发光元件的发光面的对角长度以下。期望上述范围是因为若不到0.1mm,则不太能期待来自中央辐射部的辐射效果,另一方面,若超过发光面的对角长度,则水平方向上不能有效辐射,同时,当在发光二极管周围设置反射镜的情况下,不能取得反射镜的反射强度与来自中央辐射面的辐射强度的平衡。另外,所述中央辐射面也可以是平面、R面、凹面、凸面之一或它们的组合。
另外,所述侧面辐射面除由所述反射面反射的光外,还使从发光元件直接到达的光辐射到与所述中心轴正交或与中心轴成大的角度的方向。
另外,也可以使所述中央辐射面和所述反射面接近所述发光元件。作为中央辐射面与发光元件间的距离,例如最好是距元件发光面0.1mm~1.5mm的范围内,在使用引线接合型元件作为发光元件的情况下,最好所述中央辐射面形成于从所述发光元件的发光面沿所述发光元件的中心轴方向的0.3mm~1.0mm的范围内。上述范围最好是因为在使用引线接合型发光元件的情况下,引线向上方引出弯曲,但若极度弯曲,则易产生断线,并且该引线还需要由透光性树脂密封,至少需要0.3mm的间隙,另一方面,若比1.0mm大,则如实施方式1所述,在引线结合型发光元件中,反射面的立体角增量减少,与不形成中央辐射部的情况的差变小。
另外,最好上述透光性材料形成的密封零件的外径为5~15mm。设定上述范围是因为不足5mm,则不能期待反射面的充分的反射效率,若超过15mm,则树脂应力对发光元件的损害变大。
另外,为了解决上述问题,本发明的发光二极管的特征在于,具有:安装在电源提供部件(机构)上的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件,其具有反射面,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,其与所述发光元件的最短距离不到所述反射面半径R的1/2,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
另外,本发明的特征在于,具有:安装在电源提供部件上的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件,所述密封部件具有反射面,其向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,所述反射面具有半径R比从所述发光元件的发光面到所述反射面的所述发光元件中心轴方向的高度H大的尺寸,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
并且,在所述发光二极管中,期望当射出光相对所述发光元件的所述中心轴方向的射出角度的辐射强度I(θ)用I(θ)=k·cosθ+(1-k)·sinθ(k为由所述发光元件对应于所述射出角度θ的辐射强度确定的常数)表示时,k≤0.8。
另外,在上述发光二极管中,最好发光元件具有对发光的光示出光透过性的透光性基板。
另外,在上述发光二极管中,期望密封部件包含覆盖发光元件的光扩散材料。
另外,在上述发光二极管中,光扩散材料中可以使用荧光体。
并且,为了解决上述问题,本发明的发光二极管由透光性材料的密封部件密封安装在电源提供部件上的发光元件,并由所述密封部件形成接受辐射光并反射到所述发光元件的发光面的反射面;和辐射来自所述反射面的反射光与来自所述发光元件的直接光的侧面辐射面,其特征在于:所述反射面相对所述发光元件具有2π{1-cosθc(θc:所述透光性材料的临界角)}以上的立体角,所述侧面辐射面形成为由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角具有比所述θc小的角度,入射从所述发光元件发出的光后,辐射到外部。
另外,所述反射面是在由与所述发光元件的中心轴(Z轴)正交的X同形成的平面中使Z=f(X)的一部分线段绕所述发光元件的中心轴旋转的形状,所述Z=f(X)为{d2f(X)/dX2}<0。这样,在Z=f(X)为{d2f(X)/dX2}<0的情况下,当反射面为同一直径时,即使为相对发光元件的大的立体角,至侧面辐射面的入射角也变小。
另外,所述反射面形成使所述发光元件或将其周围设为焦点的椭圆、抛物线、双曲线任一的一部分绕所述发光元件的中心轴旋转的形状。这意味着{d2f(X)/dX2}<0所示曲线中实际使用的一般形状。
并且,可以设所述侧面辐射面具有向所述发光元件侧倾斜的梯度。
并且,所述侧面辐射面形成以所述发光元件为中心的球面的一部分。
并且,为了解决上述问题,本发明的发光二极管的特征在于:构成导线框,形成从发光元件的安装部分的附近向安装面下方弯曲后向光透过性树脂外部突出的形状,使由光透过性树脂密封的部分尽可能少。
另外,本发明的发光二极管的特征在于:导线框中由光透过性树脂密封的部分具有向宽范围传导并分散发光元件的热的面积。
并且,期望所述导线框由导热系数高的材料形成,尤其是期望由导热系数在300W/m·k以上的导电性材料形成。
另外,本发明的发光二极管的特征在于:具备发光的发光元件;安装所述发光元件并向该元件供电的导线框;和密封所述发光元件和所述导线框的光透过性树脂,其中,所述光透过性树脂由密封所述发光元件和所述导线框的一部分的第1光透过性树脂、和抵接并包围该第1光透过性树脂的侧面的第2光透过性树脂形成。
另外,为了解决上述问题,本发明的发光二极管的特征在于,具备:发光部,其具有将从由光透过性材料埋设的发光元件辐射的光,至少向2维平面方向反射光的2维方向反射面;和反射器部,其在所述发光部的至少2维方向周围,具有光学结合、延长所述2维方向反射面所形成的反射面。
进而,所述反射器部的厚度形成得薄,以使从所述发光部辐射的光中到达与所述反射面相对向的面的光,也向所述2维方向反射。
另外,所述反射器部可以作成为具有阶梯状反射面,其与所述反射面相对向、并将由所述2维方向反射面和反射面向所述2维方向反射的光,向与所述2维方向大致垂直的方向反射。
并且,所述发光部的2维方向反射面可以作成为以发光元件或发光元件周围为焦点、并使椭圆、抛物线、双曲线,或者它们的近似曲线的任一部分绕通过所述发光元件的发光面中心的垂直轴旋转的形状。
另外,本发明的发光二极管的特征在于,具备:光源部,其为相对向埋设的发光元件的发光面的部分向外侧突出的圆锥形;和反射部,其具有结合在所述圆锥形部分上、并将从所述光源部辐射的光至少向2维平面方向反射光的2维方向反射面。
进而,为了解决上述问题,本发明的LED灯是在发光二极管周围配备反射镜的LED灯,其特征在于,所述发光二极管具有:安装在电源提供部件上的发光元件;密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;反射面,其相对向所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光。
另外,期望在所述反射面的中央部具有中央辐射面,以向与所述发光元件的中心轴大致平行的方向辐射所述发光元件发出的光。
另外,本发明的LED灯的特征在于,具有:安装在电源提供部件上的发光元件;和密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件,所述密封部件具有反射面,以向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,所述反射面与所述发光元件的最短距离不到所述反射面半径的1/2,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
另外,当射出光相对所述发光元件的所述中心轴方向的射出角度的辐射强度I(θ)用I(θ)=k·cosθ+(1~k)·sinθ(k为由所述发光元件对应于所述射出角度θ的辐射强度确定的常数)表示时,k≤0.8。
另外,本发明的LED灯具备发光二极管和反射从所述发光二极管辐射的光的反射镜,其中,所述发光二极管构成为:由透光性材料的密封部件密封安装在电源提供部件上的发光元件,并在所述密封部件上形成接受辐射光并反射到所述发光元件的发光面的反射面、和辐射来自所述反射面的反射光与来自所述发光元件的直接光的侧面辐射面,所述反射面相对所述发光元件具有2π{1~cosθc(θc:所述透光性材料的临界角)}以上的立体角,所述侧面辐射面形成为由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角具有比所述θc小的角度,入射从所述发光元件发出的光后,辐射到外部。
另外,本发明的LED灯的特征在于:具备发光二极管和反射从所述发光二极管辐射的光的反射镜,而该发光二极管由光透过性树脂密封安装发光的发光元件并向该元件供电的导线框和所述发光元件而成,所述导线框构成从所述发光元件的安装部分的附近向安装面下方弯曲后向所述光透过性树脂外部突出的形状。
并且,本发明的LED灯的特征在于:具备发光二极管和反射从所述发光二极管辐射的光的反射镜,该发光二极管由光透过性树脂密封安装发光的发光元件并向该元件供电的导线框和所述发光元件而成,所述导线框中的所述密封部分具有向宽范围传导并分散所述发光元件的热的面积。
另外,本发明的LED灯的特征在于:具备发光元件;向侧面方向反射来自设置在该发光元件上方的所述发光元件的光的第1反射镜;和向上方辐射该第1反射镜的反射光的第2反射镜。
并且,在所述第2反射镜内侧可以设置向上方反射向所述发光元件的侧向射出的光的第3反射镜。
另外,将所述第1反射镜与所述第2反射镜可以形成为一体的光学体。
并且,所述第2反射镜在从上方看时可以为多边形或接近多边形的形状。
另外,将所述发光元件可以安装在金属板上的电路基板上。
另外,为了解决上述问题,本发明的发光器的特征在于,具有:光源和反射器,
其中,所述光源具有安装在电源提供部件上的发光元件;密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;第1反射面,其相对所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述第1反射面反射的光,
所述反射器具有将从所述侧面辐射面辐射的所述光反射到所定的照射方向的多个第2反射面。
另外,在上述发光器中,最好在第1反射面的中央部,具有向与发光元件的所述中心轴大致平行的方向辐射发光元件发出的光的中央辐射面。
另外,在上述发光器中,最好所述第1反射面具有随着接近所述发光元件来使所述上面反射面的感光角度(立体角)增大的结构。
另外,在上述发光器中,最好光源被配置在与中心错开的位置上,在圆周方向上相邻的光学控制面的位置在半径方向上彼此不同。
另外,在上述发光器中,最好反射器通过多个第2反射面向作为所定照射方向的、相对发光元件的中心轴具有所定倾斜的方向反射光。
另外,在上述发光器中,最好将反射器设置在倾斜部位。
另外,在上述发光器中,也可以设定各光学控制面的角度和方向,以便多个第2反射面向相同方向反射被反射的反射光。
另外,为了实现上述目的,本发明的灯具具备多个发光器,该多个发光器分别具有:光源,其向与所述发光元件的中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向反射发光元件发出的光;和具有多个第2反射面的反射器,其向所定的辐射方向反射从所述光源向与所述发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向辐射的光,以所定排列来排列构成所述多个发光器。
另外,在上述灯具中,最好光源被固定在将其导线框配置在壳体里面的基板上,该固定位置可以对应于反射镜的贯穿孔。
另外,在上述灯具中,最好在基板中的光源的固定位置上设置插入发光二极管的导线框的凹状部件。
另外,在上述灯具中,也可以使光源具有安装在电源提供部件上的发光元件;密封发光元件的由透光性材料构成的密封部件;第1反射面,相对向发光元件的发光面侧,向与发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向反射发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向辐射由第1反射面反射的光。
另外,在上述灯具中,也可以使光源由多个LED构成,排列成辐射状,使多个LED的中心轴的交点为同一平面上的一点。
另外,在上述灯具中,也可以使多个发光器被配置成相邻的发光器的所述反射器的一部分重合。
另外,在上述灯具中,也可以使多个发光器构成为包含排列成多段或多行的多个发光器,各段发光器包含排列成线性的多个发光器。
另外,在上述灯具中,也可以使多个发光器构成为将分离排列成线性的所述多个发光器的隔板插入。
另外,在上述灯具中,也可以使多个发光器对发光器的外周部或隔板的至少一部分实施光反射加工而形成。
另外,在上述灯具中,也可以使沿中心轴方向不同高度地排列多个发光器中相邻的发光器。
另外,在上述灯具中,也可以使多个发光器具有以光源为中心将多个反射面配置成同心圆形的结构。
另外,在上述灯具中,也可以使所述多个反射面形成为大致平面状。
这里,[角度]是相对光源的光辐射面的角度,[方向]是相对光源的光辐射方向的角度。
附图说明
图1是根据本发明实施方式1A的发光二极管的纵向截面图。
图2是放大根据本发明实施方式1A的发光二极管的局部的纵向截面图。
图3是表示图2所示发光二极管中、从发光元件的上面到中央辐射面的距离h与立体角的增量的关系曲线,(a)是透光性树脂直径为5mm的情况,(b)是7.5mm的情况,(c)是15mm的情况。
图4是表示本发明实施方式1A的发光二极管的中央辐射部的形状实例的纵向截面图,(a)为平面形状,(b)为仅中央辐射面与上面反射面的边界部分为R形状,(c)为中央辐射面整体为R形状,(d)为凹状,(e)为凸状。
图5是说明本发明实施方式1A的发光二极管的上面反射面的其它实例的曲线。
图6是本发明实施方式1A的发光二极管的其它实例的纵向截面图。
图7是本发明实施方式1A的发光二极管的其它实例的纵向截面图。
图8是本发明实施方式1A的发光二极管的其它实例的纵向截面图。
图9是说明作为根据本发明实施方式1A的发光二极管的制造方法的传递模塑法的截面图。
图10是说明作为根据本发明实施方式1A的发光二极管的制造方法的铸模法的截面图。
图11(a)是表示根据本发明实施方式1B的LED灯的整体构成的平面图,(b)是(a)的A~A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。
图12是作为根据本发明实施方式1B的LED灯的光源的LED的纵向截面图。
图13是表示将根据本发明实施方式1B的LED灯的周围切成矩形、并将多个重合后覆盖一定范围的结构的平面图。
图14是表示作为根据本发明实施方式1B的LED灯的光源的LED第1变形例的纵向截面图。
图15是表示作为根据本发明实施方式1B的LED灯的光源的LED第2变形例的纵向截面图。
图16是表示作为根据本发明实施方式1B的LED灯的光源的LED第3变形例的说明图。
图17是表示作为根据本发明实施方式1B的LED灯的光源的LED第4变形例的局部放大图。
图18(a)是表示根据本发明实施方式1B的LED灯的第5变形例的平面图,(b)是(a)的B-B截面图,(c)是(a)的C-C截面图,(d)是(a)的D-D截面图。
图19(a)是表示根据本发明实施方式1B的LED灯的第6变形例的平图,(b)是(a)的E-E截面图,(c)是(a)的F-F截面图。
图20是表示用于根据本发明实施方式1C的LED灯的LED的整体构成的纵向截面图。
图21是表示根据本发明实施方式1D的LED灯的整体构成的纵向截面图。
图22是表示根据本发明实施方式1E的LED灯的整体构成的纵向截面图。
图23是表示根据本发明实施方式1F的LED灯的整体构成的纵向截面图。
图24(a)是表示根据本发明实施方式1G的LED灯的整体构成的平面图,(b)是(a)的G-G截面图。
图25是表示使用根据本发明实施方式2A的LED的LED灯的整体构成的图,(a)是平面图,(b)是(a)的A-A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。
图26是表示根据本发明实施方式2A的LED的结构图,(a)是截面图,(b)是平面图,(c)是表示各部尺寸的侧面图。
图27是表示根据本发明实施方式2A的发光元件的构成的侧面图。
图28是从根据本发明实施方式2A的发光元件的上面和侧面辐射的光的辐射原理图。
图29表示根据本发明实施方式2A的发光元件的配光特性曲线,(a)是发光元件相对Z轴的角度的说明图,(b)是表示k=1时的辐射强度变化的特性图,(c)是表示k=0.8时的辐射强度变化的特性图,(d)是表示k=0.6时的辐射强度变化的特性图。
图30是根据本发明实施方式2A的LED的有效辐射效率比与X轴方向错位的关系图。
图31(a)和(b)是表示从LED辐射的光量的观测条件的原理图。
图32表示根据本发明实施方式2A的LED的有效辐射范围的全光量偏移,(a)是表示使用配光特性为上100%的发光元件的LED的有效辐射范围的全光量偏移的特性图,(b)是表示使用上80%的发光元件的LED的有效辐射范围的全光量偏移的特性图。
图33是表示使用根据本发明实施方式2B的LED的LED灯的整体构成图,(a)是平面图,(b)是(a)的发光元件部分的纵向截面图。
图34是表示根据本发明实施方式2B的使用具有上60%(k=0.6)配光特性的发光元件的LED的有效辐射范围的全光量偏移的特性图。
图35是表示使用根据本发明实施方式2C的LED的LED灯的整体构成图,(a)是平面图,(b)是(a)的发光元件部分的纵向截面图。
图36是表示使用根据本发明实施方式2D的LED的LED灯的纵向截面图。
图37是表示根据本发明实施方式3A的LED(发光二极管)的结构图,(a)为截面图,(b)为平面图。
图38是LED的入射角与透过率的关系图。
图39是表示用于根据本发明实施方式3A的LED的发光元件的结构的截面图。
图40是标准发光元件(20mil和14mil的情况)的亮度分布、光束分布、光束累计的特性图。
图41是说明根据本发明实施方式3A的LED中形成的其它反射面的截面图。
图42是表示根据本发明实施方式3A的LED的第1变形例的图,(a)是平面图,(b)是(a)的截面图。
图43是表示根据本发明实施方式3A的LED的第2变形例的截面图。
图44是表示根据本发明实施方式3A的LED的第3变形例的截面图。
图45是表示根据本发明实施方式3A的LED的第4变形例的截面图。
图46是表示根据本发明实施方式3A的LED的第7变形例的截面图。
图47是表示使用根据本发明实施方式3B的LED的LED灯的整体构成的
图,(a)是平面图,(b)是(a)的A~A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。
图48是表示使用根据本发明实施方式3B的LED灯中LED与第2反射镜的尺寸关系图,(a)是表示使用小直径LED的状态图,(b)是表示使用大直径LED的状态图。
图49是表示用于根据本发明实施方式3B的LED灯的第1变形例中的LED的截面图。
图50是表示根据本发明实施方式3B的LED灯的第2变形例的截面图。
图51是表示用于上述第2变形例的LED灯中的LED的配光特性图。
图52(a)是表示使用根据本发明实施方式4A的LED(发光二极管)的LED灯的整体构成平面图,(b)是(a)的A~A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。
图53是作为根据本发明实施方式4A的LED灯的光源的LED的纵向截面图。
图54是表示根据本发明实施方式4A的LED的构成的平面图。
图55是表示用于根据本发明实施方式4A的LED中的发光元件的构成的截面图。
图56是导线框向水平方向突出时的LED的纵向截面图。
图57(a)是在根据本发明实施方式4A的LED中使用宽面积形状的导线框时的平面图,(b)是(a)的纵向截面图,(c)是在(b)中设置散热片的图。
图58是作为根据本发明实施方式5A的LED灯的光源的LED的纵向截面图。
图59是表示根据本发明实施方式5A的LED的构成的平面图。
图60是表示作为根据本发明实施方式5A的LED灯的光源的LED的变形例的纵向截面图。
图61(a)是表示根据本发明实施方式6A的发光二极管的整体构成的平面图,(b)是纵向截面图。
图62是表示根据本发明实施方式6A的发光二极管作为二维方向辐射光源的特性的说明图。
图63是表示使用根据本发明实施方式6A的发光二极管的灯具构成的纵向截面图。
图64是表示根据本发明实施方式6B的发光二极管的整体构成的纵向截面图。
图65是表示根据本发明实施方式6C的发光二极管的整体构成的纵向截面图。
图66(a)是表示根据本发明实施方式6D的发光二极管的整体构成平面图,(b)是纵向截面图。
图67是表示根据本发明实施方式6E的发光二极管的整体构成的纵向截面图。
图68是表示根据本发明实施方式7A的发光器的整体构成的平面图。
图69是表示作为根据本发明实施方式7A的发光器的光源的LED的平面图。
图70是表示作为根据本发明实施方式7A的发光器的光源的LED的纵向截面图。
图71是表示根据本发明实施方式7B的发光器的平面图。
图72是表示根据本发明实施方式7C的发光器与该发光器中的发光点分布的平面图。
图73是表示根据本发明实施方式7C的发光器的A~A纵向截面图。
图74是表示根据本发明实施方式7D的发光器的光源的纵向截面图。
图75是表示根据本发明实施方式7E的发光器的光源的纵向截面图。
图76是表示根据本发明实施方式7F的发光器的光源的平面图。
图77是表示根据本发明实施方式7G的发光器的光源的平面图。
图78是表示根据本发明实施方式7H的灯具的立体图。
图79是表示根据本发明实施方式7I的发光器的反射面的一部分的放大立体图。
图80是表示根据本发明实施方式7I的发光器的整体构成的平面图。
图81是表示根据本发明实施方式7J的发光器的整体构成的平面图。
图82(a)是表示作为根据本发明实施方式7J的发光器光源的LED的平面图,(b)是纵向截面图。
图83是表示将根据本发明实施方式7J的发光器装配在车体上的状态的横向截面图。
图84是表示根据本发明实施方式7K的发光器的构成的纵向截面图。
图85是表示根据本发明实施方式7L的发光器的整体构成的平面图。
图86是表示根据本发明实施方式7M的汽车组合灯的示意结构立体图。
图87是图86的C-C截面图。
图88是组合灯的LED装配基板的立体图。
图89是LED装配基板中的LED的装配部分的放大图。
图90是根据本发明实施方式7N的汽车的组合灯的正面图。
图91是图90所示组合灯的J-J部的截面图。
图92是根据本发明实施方式7P的汽车的组合灯的截面图。
图93(a)是表示根据本发明实施方式8A的灯具的整体构成的平面图,(b)是截面图。
图94(a)是表示根据本发明实施方式8A的灯具段A-A截面的截面图,(b)是表示B-B截面的截面图。
图95(a)是表示根据本发明实施方式8A的变形例的灯具段A-A截面的截面图,(b)是表示B-B截面的截面图。
图96(a)是表示根据本发明实施方式8A的另一变形例的灯具段A-A截面的截面图,(b)是表示B-B截面的截面图。
图97是表示根据本发明实施方式8B的灯具的整体构成的平面图。
图98是表示根据本发明实施方式8C的灯具的整体构成的平面图。
图99是表示根据本发明实施方式8D的灯具的整体构成的平面图。
图100是表示根据本发明实施方式8E的灯具的整体构成的纵向截面图。
图101(a)是表示根据本发明实施方式8F的灯具中使用的辐射光源的整体构成的平面图,(b)是表示构成辐射光源的透镜型LED的构成的平面图,(c)是侧面图,(d)是正面图。
图102(a)是表示根据本发明实施方式8G的灯具中使用的辐射光源的整体构成的平面图,(b)是表示构成辐射光源的反射型LED的构成的平面图,(c)是纵向截面图。
图103是表示现有LED灯的一例的整体构成的截面图。
图104表示现有LED灯的一例,(a)是以光源为中心的纵向截面图,(b)是表示LED灯的构成的局部立体图。
图105表示现有LED灯的一例,(a)是以光源为中心的纵向截面图,(b)是表示(a)的K-K部的截面图整体构成的截面图。
具体实施方式
下面,参照附图来说明本发明的实施方式。
(实施方式1A)
首先,参照图1、图2来说明本发明的发光二极管的实施方式1。在图1所示的发光二极管10中,经Ag胶(未图示)将400微米×400微米的发光元件1安装在导线框2a上,另一方面,形成于发光元件1的发光面中央部的直径为0.1mm的电极和其上的金引线球(未图示)通过直径为30微米的引线3与对极导线2b电接触,由透光性树脂4密封,同时,模制光学面。
如图2所示,光学面由中央辐射面4a、上面反射面4b、侧面辐射面4c构成。这里,中央辐射面4a距发光元件1的上面的高度为h=0.5mm,形成为直径Wc=0.3mm的圆形,上面反射面4b以发光元件1的上面中央部为焦点,通过中央辐射面4a的端部,使对称轴垂直于z轴的抛物线绕z轴周围旋转的形状来形成。另外,4c为大致垂直于z轴(具有用于脱模的稍许锥度)的圆筒面。具有这种中央辐射面4a、上面反射面4b、侧面辐射面4c的透光性树脂4的外径(直径)设为WM=7.5mm。
在将透光性树脂4设为所定外径的情况下,为了得到大的立体角,最好将上面反射面设为焦点位置相同且相似比小的抛物线的旋转形状(例如从4b’到4b),但在引线接合型发光元件的情况下,如图1所示,在发光元件1的上部需要引线间隙。即,在发光元件1的上面具有电极(n电极或p电极),接合引线3。向上方引出弯曲引线3,但若极度弯曲,则易产生断路,并且该引线3还需要用透光性树脂密封,从而需要至少0.3mm(引线0.2mm,密封0.1mm)的间隙。因此,在将光学面设为作为相似比比波浪线所示的假设的上面反射面4b’小的抛物线的上面反射面4b的同时,设置中央辐射面4a。
通过设为这种光学面,可以从LED组件的中央向Z轴方向辐射光,同时,可以实现向大致垂直于Z轴的方向上的反向效率的提高。即,在图2中,将发光元件1的发光面的中央部设为点0,在由波浪线表示的4b’的情况下,相对Z轴的、从点0开始的上面反向面的端缘方向的角度为θ0=60度,相反,在用实线所示的4b的情况下,θ1=65度,若立体看,则分别变为相对点0为A0=3.1strad,A1=3.6strad的立体角(任一情况都是以点0为焦点并使对称轴垂直于Z轴的抛物线绕Z轴旋转的形状的上面反射面的情况)。另一方面,相对z轴的、从点0开始的中央辐射面的端部方向的角度θ2为17度,相对点0的立体角为A2=0.25strad。即,通过设为实线所示的光学面,由于不能期待形成中央辐射面的部分向大致垂直于Z轴的方向反射,所以立体角为A2=-0.25strad大小,但是将4b’设为4b引起的立体角的增量为A1-A0=0.5,减去上述负数,为(A1-A0)-A2=0.25,增加0.25。因此,上面反射面相对光源的立体角增量为0.25/π,即约增加1成,可以实现向大致垂直于Z轴的方向的辐射效率的提高。
另外,说明在本实施方式1A的发光二极管10中,对400微米边长的发光元件形成直径为0.3mm的中央辐射面的实例,但不限于此,也可以是其它尺寸。但是,若中央辐射面4a非常宽,则从上面辐射大量的光,向大致垂直于Z轴的方向的辐射效率降低,丧失原来的概念,所以期望保留在发光元件的发光面程度的尺寸以下。另外,说明了发光元件1的上面辐射面与中央辐射面的距离h为0.5mm,透光性树脂4的直径为7.5mm,但不限于此,只要在得到效果的范围内设为适当值即可以。
图3(a)、(b)、(c)中把分别将透光性树脂的直径设为5mm、7.5mm、15mm时的、上面反射面相对于未形成中央辐射面4a的情况(图2的4b’)、相对于形成辐射面的情况(4a和4b)的点0的立体角增量表示为h的函数。从图3(b)可以知,在透光性树脂的直径为7.5mm的情况下,h=0.6mm,相对于未形成辐射面的情况,可以取得最大的立体角增量。若将h设得比0.6mm大,则与未形成辐射面的情况的差变小,上面反射面的立体角增量减少。另一方面,若减小h,则中央辐射面所占的立体角增加,所以上面反射面的立体角增量减少。另外,即使改变透光性树脂的直径,也认为倾向相同。这种倾向尽管在直径小的情况下比透光性树脂的直径大的情况下显著,但若直径为15mm以下,则可以通过设置中央辐射部,得到对立体角增量的好的效果。鉴于以上结果,期望h=0.3~1.0mm的范围,将透光性树脂的直径设为5~15mm的范围。
另外,在图2、图3中,如透光性树脂的直径为15mm,h=0.3mm的情况那样,若中央辐射面4a接近发光元件1的发光面,则理论上中央辐射面4a的端部角度(θ2)与其立体角(A2)变大。因此,上面反射面4b相对于未形成中央辐射面的情况的、相对于形成辐射面的情况的点0的立体角增量((A1-A0)-A2)如图3(c)所示为负数。但是,实际上中央辐射面4a正下方的发光元件的发光面中央部上形成有直径为0.1mm的电极,其上存在金引线球,均为非发光部,所以实际上来自中央辐射面的外部辐射光量未增加。因此,A2引起的立体角增量为负数的影响实际上少,可以期待A1-A0增量引起的向大致垂直于Z轴方向的辐射效率的提高。
另外,中央辐射面4a不限于图4(a)所示的平面形状,例如也可以是(b)所示仅中央辐射面4a与上面反射面4b的交界部分为R形状,如(c)所示中央辐射面4a整体为R形状,如(d)所示为凹状,如(e)所示为凸状。另外,上面反射面4b不仅为以发光元件的上面中央部为焦点、并设X轴方向为对称轴的抛物线的旋转体,也可以如图5那样为对称轴从X轴方向倾斜的抛物线的旋转体,不限于抛物线,也可以是长焦点的椭圆或双曲线的旋转体。并且,即使是使其它形状旋转而成的形状也无妨。
并且,电极也可以位于上面周围部而非发光元件的上面中央部。此时,从引线空间的观点看,不产生上述h尺寸的限制。但是,若过于接近,则在上面反射面4b中,中央辐射面4a的立体角(对发光元件)明显变大。另外,当树脂密封时,若间隙窄,则易变为未填充,在密封后也容易向元件施加不自然的应力。因此,期望如上所述在发光元件1的上面辐射面与中央辐射面之间设置所定空间。
另外,组件形态不限于图1所示的情况,也可以如图6所示,在金属基板7上经绝缘层6形成铜箔图案5a、5b,并在其上形成发光元件1,或如图7所示,向下方引出导线8a、8b。另外,也可以在发光元件中涂布荧光体,但此时,如图8所示,可以使用在内部涂布荧光体12后密封发光元件1的光源9。
实施方式1A的发光二极管10例如可以通过传递模塑法制造。下面参照图9来说明基于传递模塑法的制造方法。首先,将发光元件1面朝上接合在通过施压加工形成的导线框2a中。接着,用引线3电连接发光元件1的Al结合片与导线框2b。之后,将安装了发光元件1的导线框2a、2b定位装载在模具20B上,并使模具20A从上方下降后夹持,由此进行导线框与模具的位置保持。接着,向模具内注入含有剥离成分的透明环氧树脂4。之后,在160℃、5分钟的固化条件下使透明环氧树脂4固化。然后,上下分离模具20A、20B,取出使透明环氧树脂4固化后的发光二极管10。在这种基于传递模塑法的发光二极管10的制造中,因为在由模具20A、20B夹持导线框2a、2b的状态下向模具内部20C、20D中注入透明环氧树脂8,所以可以±0.1mm的高精度来实现发光元件1与光学面的定位精度,可以防止使用邻近光学系统的发光二极管10的个体差异产生的配光特性的差异。
另外,上述发光二极管10也可以通过铸模法来制造。下面,参照图10来说明基于铸模法的制造方法。首先,通过施压加工来冲拔导线框2a、2b。此时,导线框2a、2b变为不分断地用导线连结多个后端的状态。接着,将用导线连结的后端固定在支撑部件上。然后,将发光元件1面朝上接合在导线框21b的前端上。之后,用引线3电连接发光元件1的Al结合片与导线框21a。接着,使导线框21a、21b在模制成型用的铸件20F上移动。然后,向铸件20F内注入树脂4。接着,将导线框21a、21b浸渍在注入树脂4的铸件20F内。之后,将配置铸件20F和导线框21a、21b的空间20E变为真空,去除树脂4的气泡。然后,在120℃、60分钟的固化条件下使树脂4固化。接着,从铸件20F中取出使树脂4固化后的发光二极管10。在铸模法中,因为导线框21a、21b的前端(自由端)不被铸件支撑约束,所以发光元件1与光学面的定位精度为±0.2mm,比基于传递模塑法的制造低,但通过进行透明环氧树脂4的长时间固化,热应力不均变小,导线框21a、21b与透明环氧树脂4难以剥离。另外,通过选择制造工序管理或发光元件1的配光特性,可以实现配光特性的稳定化。
(实施方式1B)
参照图11~图19来说明本发明的实施方式1B。
如图11所示,本实施方式1B的LED灯1构造成在圆形主体的中心搭载作为光源的实施方式1A的发光二极管(LED),其周围被作为第2反射镜的同心圆阶梯状反射镜33包围。这里,设发光元件的中心轴为Z轴,设发光元件上面为其原点,在该原点上X轴与Y轴直角相交。以下的各变形例、各实施方式也同样。
如图11(c)所示,该反射镜33的反射面33a相对图的X-Y平面约倾斜45度。反射镜33在由透明丙烯酸树脂成形后,进行铝蒸镀后形成反射面。
接着,参照图12来说明LED32的构成。如图12所示,在X-Y平面上设置的一对导线板35a、35b中面积宽的导线板35a的前端安装发光元件36。发光元件36的上面电极与导线板35b的前端由引线37接合后进行电连接。将这些作为电气系统的导线板35a、35b的前端、发光元件36、引线37设置在树脂密封用模具中,由作为光透过性材料的透明环氧树脂38树脂密封成图中所示的截面形状。这里,中央辐射面39a位于LED32的上面39的中心部分,在该中央辐射面39a后,作为上面反射面39b,使以发光元件36的发光面的中心为焦点、并以X轴方向为对称轴的抛物线的一部分,在从原点开始相对Z轴成60度以上的范围内绕Z轴周围旋转的伞形状(因此不是旋转抛物面)。另外,LED32的侧面辐射面40构成以发光元件36为中心的球面的一部分。具有这种构成的LED32被固定在圆形LED灯31的中心。
参照图11、图12来说明具有这种构成的LED灯31的辐射原理。若向LED32的导线板35a、35b施加电压,则发光元件36发光。从发光元件36发出的光中、向Z方向、即正上方的光从中央辐射面39a辐射到透明环氧树脂38之外,透过覆盖在LED灯31上的未图示的透明前板,并向外部辐射。另外,发光元件36发出的光中、相对Z轴成60度以上的范围内的光到达作为第1反射镜的上面39,因为这些光至上面39的入射角大,所以全部被全反射,射向侧面辐射面40。这里,因为上面反射面39b形成使以发光元件36为焦点并以X轴为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴周围旋转的形状,所以在上面39中反射的光全部在X-Y平面中平行前进,侧面辐射面40构成以发光元件36为中心的球面的一部分,所以光基本不变地平行前进,在Z轴周围360度的方向上大致平面状地向外部辐射。并且,由于侧面辐射面40构成以发光元件36为中心的球面的一部分,所以从发光元件36直接到达侧面辐射面40的光不折射地直线前进,辐射到外部。
前面有作为第2反射镜的阶梯状反射镜33,有具有大致45度倾斜的反射面33a,但由于在上面39中反射后在X-Y平面中大致平行辐射的光与从侧面辐射面40直接辐射的光在X-Y平面中平行辐射,所以在反射面33a中反射的光各自向基本接近垂直的上方前进,在至少距Z轴20度的范围内,穿透未图示的透明的前板辐射到外部。另外,上述表现为平行的光也由于存在发光元件36的大小而不是完全平行,但任一光都大致平行,确实进入至少距Z轴20度的范围内。
这样,本实施方式1B的LED灯31,具有所谓作为LED薄型的优点,可以薄型地用1个发光元件来照射大面积,可以得到高的外部辐射效率。
作为本实施方式1B的LED灯31的应用,如图13所示,将圆形LEDD1切断为正方形或其一部分,制作41a、41b、41c、41d、41e、41f等6个断片,如图所示使这些断片组合,可以构成具有覆盖所定区域的多个发光元件的一体LED灯41。
变形例1
作为本实施方式1B的LED灯31的第1变形例,如图14所示,使一对导线板42a、42b仅在发光元件36的周围凹入,形成第3反射镜。从而,相对于图12的基本形态中仅在发光元件36正上方直接向上方辐射光,还从LED内的发光元件36的周围向上方辐射光,进而看到整体发光,得到所谓美观性提高的效果。
变形例2
作为本实施方式1B的LED灯31的第2变形例,通过半蚀刻或压纹布图,在一对导线板43a、43b中设置如图15所示的图案,从而反射从发光元件36向斜下方辐射的光,向上方辐射光。通过形成多个同心圆反射镜,可以与变形例1同样整体发光,实现美观性提高。另外,此时,透明环氧树脂38与导线板43a、43b的粘接面积增加,具有降低粘接形状不是平面形状引起的剥离不良的效果。尤其是在发热大的大电流类型的情况下有效。
变形例3
作为本实施方式1B的LED灯31的第3变形例,如图16所示,也可以变更LED的透明环氧树脂38形成的密封部分的侧面形状。基本例的侧面40是以发光元件36为中心的球面形状的一部分,从发光元件36发出的光大致垂直地入射到侧面40,直接直进,但在变形例3中,侧面44构成以发光元件36为一个焦点的椭圆体表面的一部分,从发光元件36发出的光在侧面44相对直进方向稍向下折射。因此,即使LED周围的阶梯状反射镜33位于较低位置,也可以构成得到高的外部辐射效率的LED灯。从而,可以进一步使LED灯薄型化。
变形例4
作为本实施方式1B的LED灯1的第4变形例,如图17所示,在作为第1反射镜的上面39中,向侧面的反射在透明环氧树脂38与空气的交界面上不全反射,可以对上面39实施电镀、蒸镀等,附着金属反射膜45。此时,若将发光元件36的正上方平坦形成,则不向外部辐射向正上方辐射的光,所以在上面39的中心部分之前需要形成使全部以发光元件36为焦点的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状。
变形例5
作为本实施方式1B的LED灯31的第5变形例51,也可以不象基本例那样使整体均匀发光,而使发光点散落。即,如图18(a)所示,将作为第2反射镜的圆形反射镜53分割成扇形,如图18(b)、(c)、(d)所示,将从LED52到反射面53的距离分成几种。从而,当从上方看时,反射光的辐射位置散落在圆中,具有闪烁且光亮观看的效果。此时,通过在LED52中具备微小的中央辐射面4a,具有进一步使美观性好的效果。即,从中央辐射面4a与反射面53a向外部辐射的光的亮度相等,且可以平衡好地配置辉点。从中央辐射面4a向外部辐射的光量为向LED52周围辐射后由圆形反射镜53反射并向外部辐射的光量的1/10以下的最小比例,大部分在LED52的周围辐射,从而亮度相等。具体而言,圆形反射镜53越大,则从中央辐射面4a向外部辐射的光量比越小。另外,在反射面53a大致为平面或凸面时得到闪烁且光亮观看的效果,但凸面进而凸面的曲率越大,则从中央辐射面4a向外部辐射的光量比越小。另外,在变形例5中,由于在各扇形中需要分别由一段反射面53a全反射来自LED52的光,所以各反射面53a的高度如图18(b)、(c)、(d)所示,期望为与图11(b)所示的基本例的圆形阶梯状反射镜33的整体高度h相等的高度。另外,虽说明亮度相等,但最好附加越是周围亮度越高或相反等亮度强调部分。
变形例6
作为本实施方式1B的LED灯1的第6变形例54,如图19所示,通过将作为第2反射镜的反射镜56分割成扇形并分别改变长度,可以使反射镜56的形状接近作为多边形之一的正方形。即,如图19(b)、(c)所示,若设最短扇形中从反射面56a到下一反射面56a的长度为L,则与该扇形错开45度的最长扇形中从反射面56a到下一反射面56a的长度为√2L。从而如图13所示,即使在连结多个正方形LED灯41a、...的情况下,因为不必将圆形LED灯31切割成正方形,所以外部辐射效率不会降低,可以形成较亮的连结型灯。另外,在使用大致正方形的LED来代替大致圆筒形LED55来作为光源的情况下,还具有从LED的各侧面到反射镜56的距离在整个周长上大致相等的优点。
实施方式1C
下面,参照图20来说明本发明的实施方式1C。
如图20所示,本实施方式1C的LED61在1对导线板63a、63b中导线板63a的前端安装发光元件64,用引线65接合发光元件64上面的电极与引线板63b的前端,形成电连接。由作为光透过性材料的透明环氧树脂66密封这些作为电气系统的导线板63a、63b的前端、发光元件64、引线65。该透明环氧树脂66的外形构成将以发光元件64为中心的球形的一半的上部形成圆锥形的形状。此时,从发光元件64发出的光由作为第1反射镜的上面62全反射,但由于反射光相当于来自发光元件64相对上面62的镜像点的辐射光,所以不是被聚光的光,而是以拓宽角度从侧面67辐射。因此,若与实施方式1B中使用的LED32相比,作为向上方反射这些光的第2反射镜的圆形阶梯状反射镜也需要在Z方向上长。
但是,在作为LED灯即使较宽的配光也可以,或作为LED灯不要求极薄的情况等下,也可以使用这种单纯圆锥形的反射面62。
实施方式1D
下面,参照图21来说明本发明的实施方式1D。
如图21所示,本实施方式1D的LED灯70在1对导线板63a、63b中导线板63a的前端安装发光元件64,用引线65接合发光元件64上面的电极与引线板63b的前端,形成电连接。由透明环氧树脂66密封这些作为电气系统的导线板63a、63b的前端、发光元件64、引线65。该透明环氧树脂66的形状通常为圆筒形,因此透明环氧树脂66的上面不能用作第1反射镜。代之以在透明环氧树脂66的上面,经光透过性材料67装配由透明丙烯酸树脂成形的伞形状的圆形光学体68。光学体68的上面69形成使以发光元件64为焦点并将X轴方向设为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状。
另外,光学体68的下面71代替作为第2反射镜的实施方式2的圆形阶梯状反射镜,构成约45度分段的沿着圆形的阶梯状。另外,对下面71实施铝蒸镀72,为了从上面保护铝蒸镀膜,进行未图示的涂敷。在本实施方式4中,可以增大蒸镀镜面化后的涂敷的自由度。即有色涂敷也无妨,不限制厚度。
具有这种构成的LED灯70若向一对导线板63a、63b施加所定电压,则发光元件64发光,由于其中向正上方的光没有遮住,所以直接直进,透过未图示透明前板后向外部放出。另外,从斜上方向侧方辐射的光,透过光透过性材料67后进入光学体68内,碰到作为第1反射镜的上面69的光全反射,但因为上面69是使以发光元件64为焦点的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状,所以全部大致平行于X-Y平面向侧面方向反射。之后,由作为第2反射镜的下面(圆形阶梯状反射镜)71大致平行于Z轴地向上方反射后,从上面69透过所述前板,向外部辐射。进入光学体68内、直接碰到下面(圆形阶梯状反射镜)71的光也同样向上方辐射。
这样,在产生作为LED特征的薄型的同时,可以使用通常的圆筒形LED来美观地由1个发光元件照射大面积,得到高的外部辐射效率的LED灯。
实施方式1E
下面,参照图22来说明本发明的实施方式1E。
如图22所示,本实施方式1E的LED灯80形成于作为金属板的铝基底81上。在铝基底81上夹持绝缘层82形成了电路图案83,在其上安装发光元件84,用引线85接合,形成电连接。在这些作为电气系统的电路图案83、发光元件84、引线85上,覆盖将内侧挖成半球形91的伞形状的透明丙烯酸树脂成形的光学体87。此时,向半球形91的部分中填充作为光透过性材料的透明环氧树脂,无间隙地密封电路图案83、发光元件84、引线85。在如此固定的状态下,该光学体87的上面88形成使以发光元件84为焦点的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状。
另外,光学体87的下面89构成作为第2反射镜的约45度分段的沿着圆形的阶梯状。另外,对下面89实施铝蒸镀90,为了从上面保护铝蒸镀膜,进行未图示的涂敷。即使在本实施方式1E中,也可以增大蒸镀镜面化后的涂敷的自由度。即有色涂敷也无妨,不限制厚度。
具有这种构成的LED灯80的发光元件84若发光,则由于其中向正上方的光没有遮住,所以直接直进,透过未图示的透明前板后向外部放出。另外,从斜上方向侧方辐射的光过透明硅树脂86后进入光学体87内,碰到作为第1反射镜的上面88的光全反射,但因为上面88是使以发光元件84为焦点的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状,所以全部大致平行于X-Y平面向侧面方向反射。之后,由作为第2反射镜的圆形阶梯状反射镜89大致平行于Z轴地向上方反射后,从上面88透过所述前板,向外部辐射。进入光学体87内、直接碰到圆形阶梯状反射镜89的光也同样向上方辐射。
本实施方式1E的LED灯80因为形成于导热性好的铝基底81上,所以放热性大幅度提高,即使向发光元件84通入大电流,也不会引起热饱和,所以得到大的光输出。
这样,不仅可以形成薄型,具有大的放热性、不受热饱和限制地得到大的光输出的高光度的LED灯,而且在即使大面积也可以薄型的本实施方式中,可以具体化大面积且高亮度的LED灯。
实施方式1F
下面,参照图23来说明本发明的实施方式1F。
如图23所示,本实施方式1F的LED100也形成于作为金属板的铝基底95上。在铝基底95上夹持绝缘层96形成电路图案97,在其上安装发光元件98,用引线99接合,形成了电连接。由作为光透过性材料的透明环氧树脂102密封这些作为电气系统的电路图案97、发光元件98、引线99。从上面固定由圆形透明丙烯酸树脂成形的光学体101。在如此固定的状态下,该光学体101的上面103形成使以发光元件98为焦点的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状,用作第1反射镜。
另外,光学体101的下面104构成作为第2反射镜的约45度分段的沿着圆形的阶梯状。这里,在本实施方式1F的LED灯100中,不对光学体101的下面104实施金属蒸镀。即,由作为第1反射镜的光学体101的上面103向侧面方向反射的来自发光元件98的光在作为第2反射镜的光学体101的下面104通过全反射被反射到上方。即,即使不对光学体101的下面104实施金属蒸镀,仅由下面104的全反射将大部分光反射到上方。为了反射未全反射地通过下面104的光,在光学体101下方空出下面104与空气层后,将辅助反射体105固定在电路基板97上。在辅助反射体105的上面通过电镀涂装形成了反射面,向上方反射通过下面104的光。
这样,在本实施方式1F的LED灯100中,不必对兼具第1反射镜与第2反射镜的光学体101的下面104实施金属蒸镀,仅通过设置辅助反射体105后实施简易的电镀涂装,就可以将从发光元件98发出的光大致全部外部辐射到上方,可以得到高的外部辐射效率。另外,由于本实施方式1F的LED灯100也形成在导热性好的铝基底95上,所以放热性大幅度提高,即使向发光元件98通入大电流,也由于不会引起热饱和,所以得到大的光输出。
这样,可以形成在通过简单工序得到高的外部辐射效率的同时、薄型而且具有大的放热性、不受热饱和限制地得到大的光输出并得到亮的辐射光的LED灯。
实施方式1G
下面,参照图24来说明本发明的实施方式1G。
如图24所示,本实施方式1G的LED110的下面113形成作为第2反射镜的阶梯状反射面,使在中心部设置圆筒形空间114的由透明丙烯酸树脂成形的光学体111,同固定在中心部空间114内的,与实施方式1B的LED灯31同样的LED32组合构成。即,LED32在由透明环氧树脂密封发光元件115等的同时,将上面形成为作为第1反射镜的抛物面116,从发光元件115发出后由上面116向侧面方向反射的光由光学体111的下面113向上方反射,透过未图示透明前板后向外部辐射。
这里,从LED32侧面117的上部直接(不在上面116)辐射的光,在实施方式2的LED灯31中,经由双点划线表示的路径,不向上方反射而未被有效利用地结束,但在本实施方式1G的LED灯110中,如虚线所示,由光学体111的水平上面112反射后,由下面113向上方反射,被有效利用。从而,构成薄型、外部辐射效率更高的LED灯。另外,入射到空间114中的光,向与Z轴成大的角度的方向折射,所以图24(a)中从上方看时的周围部的亮度提高。
在上述各实施方式中,主要使用透明环氧树脂作为密封发光元件等的光透过性材料,但也可以是其它光透过性材料。
另外,在上述各实施方式中,使用透明丙烯酸树脂作为第2反射镜的、或兼具第1反射镜与第2反射镜的光学体,但也可以其它透明合成树脂为主,使用其它材料。
另外,说明通过具备中央辐射面来得到来自LED中央的辐射光,但使用尺寸大的发光元件或使上面光学系统非常接近,设从发光元件到上面光学系统的入射角在临界角以内,尤其是不设置中央辐射面来得到来自LED中央的辐射光也无妨。
另一方面,在与上述不同而另使用配光窄的发光元件的情况下,尽管上面光学系统未必接近,也可以得到充分的侧面辐射。
LED灯的其它部分的构成、形状、数量、材质、大小、连接关系等不限于上述各实施方式。
(实施方式2A)
图25表示根据本发明实施方式2A的LED灯201的整体构成,(a)是平面图,(b)是(a)的A-A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。该LED灯201具有在圆盘形状主体的中心使用具有所定配光特性的发光元件206的LED202、和在LED202周围以圆心圆形配备阶梯结构的反射面203a的反射镜203。
反射镜203由透明丙烯酸树脂成型,成型后,通过对上面实施铝蒸镀进行镜面化,形成反射面203a。各反射面203a如(c)所示,以相对X-Y平面约成45度地倾斜,反射从X(Y)方向入射的光后向Z方向辐射。
图26表示LED202,(a)是纵向截面图,(b)是平面图,(c)是侧面图。该LED202由导线框205a、205b、发光元件206、电连接导线框205b与发光元件206的接合引线207、一体密封导线框205a、205b和发光元件206并同时形成光学面的透明环氧树脂208、具有中央辐射面209a和反射面209b的反射镜209、和形成以发光元件206为中心的球面的一部分且向X-Y方向辐射光的辐射面210构成。
导线框205a、205b由铜合金形成,经用于绝缘的间隙设置在X-Y平面上,在面积宽的导线框205a的原点位置安装发光元件206。
发光元件206具有直方体形状,面朝上接合在导线框205a上,上面形成发光面。另外,出于尽量减少使用个数并将LED202的发光强度维持在所定值的目的,使用大电流类型(高输出类型)的发光元件。另外,也可以通过倒装片接合将发光元件206安装在导线框205a上。
透明环氧树脂208使用折射率为1.55的环氧树脂,在其上面的中心部分(发光元件206的正上部分)具有中央辐射面209a。另外,粘接该中央辐射面209a后设置反射面209b,从而形成反射镜209。通过在该反射镜209中接近配置发光元件206并一体模块成型,形成了邻近光学系统。
反射镜209具有向正上方向辐射从发光元件206辐射的光的中央辐射面209a;和反射面209b,其形成使将作为图中坐标原点的发光元件206的发光面的中央部作为焦点、并以X轴为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴周围旋转的圆形反射形状。另外,对应于用途,也可以不在反射镜209中设置中央辐射面209a。
另外,反射镜209是反射从发光元件206辐射的光的第1反射镜,如(c)所示,反射面209b的半径R可以有效向侧面辐射与发光元件206形成大的立体角并辐射的光的大部分,这里,以从发光元件206的发光面至反射镜209的端部的Z轴方向的高度:H=2.0mm、R=3.5mm形成后,反射镜209的端部的高度H与半径R的关系为H<R。另外,将发光元件206与中央辐射面209a的间隔(透明环氧树脂208的厚度)h设定为0.5mm,以在形成邻近光学系统后形成较大的立体角。
图27示出发光元件206的构成,从最下层到最上层依次形成n型GaAs基板221、n型AlInGaP包层222、具有发光层的层223、p型AlInGaP包层224、p型GaP窗口层225,在p型GaP窗口层225上,经与窗口层225欧姆接触的AuZn触点226形成Al结合片(正电极)227。并且,在n型GaP基板221下形成Au合金电极(负电极)228。另外,n型GaAs基板221对于发光层发出的光的波长而言是不透明的,n型AlInGaP包层222和p型AlInGaP包层224具有透光性。
图28是说明发光元件206的配光特性的原理图。从发光元件206的上面206a和侧面206b(4个侧面)辐射的辐射强度为从上面206a辐射的辐射强度与从4个侧面206b辐射的辐射强度的总和,配光特性I(θ)由下式(1)表示。
式(1)
I(θ)=k·cosθ+(1-k)·sinθ(1)
这里,k·cosθ表示从上面206a辐射的辐射强度,(1~k)·sinθ表示从侧面206b辐射的辐射强度。θ为发光元件206相对Z轴的角度,若k值变化,则从上面206a辐射的光与从侧面206b辐射的光的分配变化。
图29表示相对于根据上述式(1)配光特性不同的发光元件206、使θ变化时的辐射强度(Z轴方向)的变化,(a)表示对发光元件206的角度定义。(b)是k=1时从上面206a辐射100%的光的状态(上100%),(c)是k=0.8时从上面206a辐射80%、从侧面206b辐射20%的光的状态(上80%)。另外,(d)是k=0.6时从上面206a辐射60%、从侧面206b辐射40%的光的状态(上60%)。
发光元件206中n型GaAs基板221相对发光色变为黑色的吸收体,所以在基于具有发光层的层223中的发光的光,从上面辐射的比例变大的特性下大约k=0.8。即从上面206a辐射80%的光,从侧面206b分别辐射5%的光。为了得到这种期望的配光特性,调整外延层的厚度或发光元件206的形状。
在图29(b)所示的配光特性的发光元件206中,光从上面206a辐射,随着θ变大,辐射强度下降,在θ=90度时大致变为0。另外,(c)的配光特性的发光元件206中,是还从侧面206b辐射光的结构,但θ=0时的辐射强度比(b)所示的发光元件小,但即使θ=90度辐射强度也不为0,向X-Y方向辐射光。另外,在(d)的配光特性的发光元件206中,从侧面206b辐射的光量比(c)所示的发光元件206大,从而θ=0时的辐射强度变小,但基于θ变化的辐射强度的降低比(b)和(c)小,并且,即使θ=90度辐射强度也不为0,向X-Y方向辐射光。
LED202的配光特性取决于上述发光元件206的配光特性、由发光元件206、中央辐射面209a、反射面209b和辐射面210构成的光学面的位置精度、发光元件206向导线框205a的安装位置精度、对于一体模块成型导线框205a与上述光学面时的模型的安置位置精度。为了在图26(b)所示θ方向的配光中不产生偏移,求出向以Z轴为中心的辐射面210的周围方向(360度)辐射的光的均匀性,但若发光元件206与光学面有位置偏差,则对应于偏差量产生θ方向的配光不均。尤其是在本发明所示的LED202的邻近光学系统中,具有一点位置偏差的产生就容易产生配光不均的结构上的特性。
图30表示基于LED202中发光元件206的中心轴相对光学面产生X轴方向偏差时的配光特性变化的、从LED202直接向上方辐射的光与到达反射面203a的光的光量变化,在使用具有GaAs基板的发光元件206的情况下,若生产时产生X轴方向偏差量,则有效辐射效率下降。图中,尤其是0.3mm以上明确下降。
图31(a)和(b)表示从LED202辐射的光量的观测条件,是用32分割的Φij来表示LED202周围全方向的图。如(a)所示,将以LED202的Z轴为中心的周围360度分割成8个(j=1~8),如(b)所示,表示相对Z轴0~20度的角度范围(i=1)、20~60度的角度范围(i=2)、60~100度的角度范围(i=3)、100~180度的角度范围(i=4),下面说明从LED202向这些区域辐射的光量。这里,假设0~20度的角度范围区域中从LED202直接向Z轴附近外部辐射的光,在相对Z轴60~100度的角度范围区域中在从LED202向反射镜203辐射后、由反射镜203向Z轴附近方向反射后外部辐射的光。
图32(a)表示在图31所示的观测条件下使用具有上100%配光特性的发光元件206时的LED202的全光量偏差,全光量偏差设定在X方向上产生从0.0到0.5mm的6阶梯偏差量的条件后求出,用线连结示出各方向的全光量偏差。随着偏差量变大,全光量偏差变大。图(b)表示使用具有上80%配光特性的发光元件206时的LED202的全光量偏差,因为发光元件206是从侧面206b辐射光的结构,所以改善了全光量偏差。
这样,随着从发光元件206的横向辐射的光量变大,发光元件206与光学面的位置偏差引起的有效辐射范围的全光量偏差变小。因此,若使用具有k=0.8以下配光特性的发光元件206,则安装在导线框205a上的发光元件206的位置即使从Z轴向X轴(或Y轴)方向产生0.1mm以内的尺寸偏差,也可以通过发光元件206的配光特性来补偿,所以基本上没有有效辐射范围的全光量偏差,视觉上没有影响。
上述LED2例如可以通过图9中说明的传递模塑法来制造。
下面,说明LED灯201的动作。
一旦操作者接通LED灯201的电源开关(未图示),则未图示的电源部向导线框205a、205b施加电压。发光元件206根据电压的施加来发光。从发光元件206辐射到沿Z轴向正上辐射的光从中央辐射面209a辐射到透明环氧树脂208之外,向外部辐射。另外,从发光元件206辐射的光中50~60%到达与发光元件206有约2.7strad(球面度)立体角的反射面209b,从发光元件206辐射后相对Z轴大致沿水平方向辐射的光直接到达辐射面210,直接不变地沿大致平行于X-Y平面的方向从辐射面210向外部辐射。
从LED202在X-Y平面中大致平行辐射的光,由反射镜203的反射面203a大致向Z轴方向反射,向外部辐射。
根据上述实施方式2A的LED灯201,将构成邻近光学系统的LED202的发光元件206的配光特性I(θ)=k·cosθ+(1~k)·sinθ中的k设定为0.8以下,并且,通过传递模塑法来一体形成发光元件206与光学面,所以从LED202辐射后到达反射镜203的X轴方向的光基本上没有有效辐射范围的全光量偏差,可以通过反射镜203向Z轴方向大致均等地辐射。由此,可以形成反射镜面大、没有表面亮度差、美观性好的薄型灯具。由此,若适用于汽车的尾灯或刹车灯,则不仅可以使来自汽车正后方、而且可以使来自横向的光的识别性提高。
另外,在上述LED灯201中,作为一例,说明了使用采用具有k=0.8的配光特性的发光元件206的LED202的构成,但若使用具有k=0.8以下配光特性的发光元件206,则可以将发光元件206与光学面的位置偏差引起的有效辐射范围的全光量偏差减小到实用上不产生问题的水平。
另外,在传递模塑法的LED202的制造中,因为在模具夹持导线框205a、205b的状态下向模具内部注入透明环氧树脂208,所以可以±0.1mm的高精度来实现发光元件206与光学面的定位精度,可以防止即使是使用k=0.8的发光元件206来构成的邻近光学系统也因LED202的个体差产生的配光特性的差异,提供稳定品质的LED灯201。
作为密封发光元件206的透光性材料,说明使用透明环氧树脂208的结构,但也可以是透光性和其它光学特性等同的其它透光性材料。另外,作为构成反射镜203的树脂材料,使用透明丙烯酸树脂,但也可以其它透明树脂为主,使用其它材料。并且,LED灯的其它部分的构成、形状、数量、材质、大小、连接关系等不限于实施方式。
另外,说明反射面209b不实施镜面处理地应用树脂的全反射,但也可以实施基于金属蒸镀等的镜面处理。
实施方式2B
图33表示根据本发明实施方式2B的LED202a,(a)是从Z方向看的LED202a的平面图,(b)是(a)的发光元件6的部分中的纵向截面图。该LED202a由使用具有透光性的n型GaP基板AlInGaP构成,备有具有上60%(k=0.6)配光特性的发光元件206、和由铜合金构成后弯曲加工树脂密封部分的导线框205b、205c,将发光元件206安装在导线框205c的前端。另外,向与实施方式2A相同的构成的部分附加相同的引用数字,省略重复说明。
图34表示使用具有k=0.6配光特性的发光元件206时的LED202的全光量偏移,通过从发光元件206的侧面206b辐射的光量变大,与使用具有k=0.8配光特性时的发光元件206时相比,即使X=0.4mm,配光偏差也缩小到±20%以内,发送全光量偏移。k=0.6的发光元件206在基板中使用对GaP等发光色示出光透过性的材料形成,使发光元件206内部基于反射的来自侧面206b的辐射量增大。
LED2a例如可以通过图10中说明的铸模法来制造。
根据上述实施方式2B的LED202a,在发光元件206中使用具有透光性的n型GaP基板的同时,具有k=0.6的配光特性,所以得到范围比使用具有n型GaAs基板的发光元件206的LED202宽的配光特性。因此,即使产生发光元件206与光学面的位置偏差,当该偏差量小时,可以将有效辐射范围的全光量偏差抑制到实用上不产生问题的水平。
另外,在铸模法中,因为通过铸造来支撑制约导线框205b、205c的前端(自由端),所以发光元件206与光学面的位置精度为±0.2mm,比基于传递模塑法的制造低。尤其是在平板导线框的前端的板厚部安装发光元件206难以实现高的定位精度。但是,通过增大定位精度的允许范围,可以使生产性提高。批量生产性优异。通过长时间固化透明环氧树脂208,热应力不均变小,导线框205b、205c与透明环氧树脂208难以剥离。另外,通过选择制造工序管理或发光元件206的配光特性,可以实现配光特性的稳定化。
实施方式2C
图35表示根据本发明实施方式2C的LED202b,(a)是从Z方向看的LED202b的平面图,(b)是(a)的发光元件206的部分的纵向截面图。该LED202b由使用具有透光性的n型GaP基板的GaP基板AlInGaP构成,备有具有上40%(k=0.4)的配光特性的发光元件206、和由铜合金构成的平板状的导线框205b、205d。另外,向具有与实施方式2A和2B相同结构的部分附加相同的引用数字,所以省略重复的说明。
K=0.4的发光元件206形成比k=0.6的发光元件206小的尺寸(例如0.3mm宽),从而,发光元件内部的吸收损耗变小,进一步增大来自侧面206b的辐射量。
发光元件206被安装在通过施压加工冲孔的导线框205c的前端。
根据上述实施方式2C的LED202b,因为将发光元件206安装在导线框205d的前端,所以在抑制有效辐射范围的全光量偏差的同时,批量生产性好,可以减小导线框205b、205d与透明环氧树脂208的接触面积,从而更难产生剥离。另外,因为不需要导线框205b、205d的弯曲加工等作业工序,所以可以使生产性提高。
另外,因为发光元件206中使用具有透光性的n型GaP基板,所以与同实施方式2B同样使用具有n型GaAs基板的发光元件206的LED2相比,得到宽范围的配光特性。因此,即使发光元件206与光学面产生错位,也可以在该偏差量小时将有效辐射范围的全光量偏差抑制在不产生实用上问题的水平。
(实施方式2D)
图36表示根据本发明实施方式2D的LED202c,具有由Al2O3基板GaN构成的发光元件206、由铜合金构成后弯曲形成树脂密封部分的导线框205b、205d、和具备光学面的透明环氧树脂208,发光元件206被安装在导线框205d的前端。另外,发光元件206由含有荧光体的密封树脂208s密封成半球状。图中将透明环氧树脂208s表示为透明部件。此外,向具有与实施方式2A、2B和2C相同结构的部分附加相同的引用数字,所以省略重复说明。
根据上述实施方式2D的LED202c,因为用密封树脂208s将安装在导线框205d前端的发光元件206密封成半球状,所以即使在使用不具有宽范围的配光特性的发光元件206的情况下,也能通过从荧光体辐射的激励光扩散光,从而可以将配光特性适用于本发明的邻近光学系统中。
荧光体例如可以使用Ce:YAG(钇铝石榴石)。另外,作为使配光特性提高的方法,也可以代替荧光体,在密封树脂208s中混入光扩散材料,并由光扩散材料扩散光,可以实现同样的效果。光扩散材料例如可以使用氧化钛、铝或SiO2
另外,在上述实施方式2A~2D中,说明发光元件206使用GaAs类基板的构成,但也可以对应于配光特性来使用GaP基板AlInGaP类或GaN类基板,另外,基板也可以选择使用对发光波长具有透光性或无透光性的基板,只要是可以适用于LED灯201的发光元件206,则不特别限定。
另外,对于发光二极管,说明在密封发光元件的同时,模型成型反射面和侧面反射面,但不限于此,例如也可以通过与发光元件一起由光透过性材料密封由透光性树脂另外形成的反射面和侧面反射面并装配,形成相对发光元件的邻近光学系统。
另外,在上述实施方式2A~2D中,反射镜209形成使以发光元件206的原点为焦点、以X轴为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴旋转的圆形反射形状,辐射面210说明成具有构成以发光元件206为中心的球面一部分的形状,但只要是相对中心轴Z成为大的角度,并能大致向侧面方向辐射从发光元件206辐射的光的形状,则不特别限定。尤其是在各实施例中所示的透明环氧树脂208的形状和H<R的关系成立的条件下,反射镜209接近发光元件206,基于光学位置精度的LED的配光特性的稳定性可以得到同样效果。另外,即使在不满足H<R关系的情况下,当h<1mm时也得到同样的效果。
(实施方式3A)
图37是表示根据本发明实施方式3A的LED(发光二极管)的构成的图,(a)是截面图,(b)是平面图。
如图37所示,实施方式3A的LED302由透明环氧树脂308密封作为光源的发光元件306,同时,构成形成光学面的一体结构,但为了以后说明,设定将发光元件306的中心轴设为Z轴,将Z轴上的发光元件306的上面位置设为原点,在原点处设置分别与Z轴正交的X轴和Y轴的坐标系。其中,Z轴也称为中心轴Z。
即,LED302经银胶将发光元件306安装在经绝缘用间隙配置在X-Y平面上的一对铜合金形成的导线框305a、305b中一个导线框305a的上述原点位置上,由金引线307接合发光元件306的上面电极与导线框30b的前端部,并且,由透明环氧树脂308(折射率为1.55)密封各导线框305a、305b的一部分、发光元件306、引线307,同时,铸模(mold)形成光学面。
该LED302的主要特征在于,透明环氧树脂308的形状。即,透明环氧树脂308的上面的中心部分(发光元件306的正上部分)构成中央辐射面309a,粘接该中央辐射面309a形成反射面309b,从而构成反射镜309。
反射面309b形成使以原点为焦点、以X轴为对称轴的抛物线的一部分绕中心轴Z旋转的圆形的反射形状。另外,中央辐射面309a是向Z轴方向辐射由发光元件306发出的光的光学面,也可以是凹面或凸面。也可以对应于用途而不形成中央辐射面309a。
另外,反射面309b相对发光元件306具有2π{1~cosθc(θc:所述透光性材料的临界角)}以上的立体角。或者,连结发光元件306的焦点与反射面309b的边缘位置的斜直线L1与Z轴的角度θ1为(90~θc)以上。
反射面309b的直径W最好为Φ10mm以下。原因在于若透明环氧树脂308的尺寸大则可以进行光学上有利的设计,但此时,树脂固化时的残留应力等容易对热冲击产生裂纹,所以最好透明环氧树脂308的尺寸小。
另外,透明环氧树脂308的侧面辐射面310形成以原点为中心的球面的一部分。垂直连结该侧面辐射面310中反射面309b的边缘位置,与向水平方向延长发光元件306的焦点的X轴的高度H,被设定在连结发光元件306的焦点与反射面309b的边缘位置的斜直线L1与X轴的角度θ2比临界角θc小的高度。角度θ2最好为(θc~5)以下。这是因为尽管入射角未达到θc,但如图38所示,在θc附近界面反射大。
另外,上述(90~θc)或2π{1~cosθc}意味着对发光元件306具有大的立体角,但另一方面,意味着发光元件306发出并直接到达侧面辐射面310的光界面反射且不变为迷光的范围。假设即使侧面辐射面310为无锥度的垂直面,若θ1为(90~θc)以上,则θ2为θc以下,不产生全反射引起的迷光。
这里,LED302的尺寸设为直径为10mm,反射面309b的直径W为9mm,外端部的Z方向的高度H为1mm,从发光元件306的上面至反射面9b、外端部与Z轴所成角度θ1为70度。
另外,安装发光元件306的导线框305a通过从发光元件306的安装部分的附近向安装面下方引出到透明环氧树脂308的外部,尽量减少引线307露出的范围内该导线框305a埋入透明环氧树脂308中的部分。另外,另一导线框305b也同样,形成细长的平板形状,与上述引出到导线框305b的树脂外部的部分平行配置。
向垂直于Z轴的方向的辐射、所谓侧面辐射的LED302向宽的范围辐射光,且求出充足的辐射强度,所以发光元件306使用大电流类型(高输出类型)。例如图39所示,在n型GaP基板311上依次形成n型AlInGaP包层312、具有发光层的层313、p型AlInGaP包层314、p型Ga窗口层315,另外,在p型GaP包层315上经与该包层315欧姆接触的AuZn触点316形成Al结合片(正电极)317,并且,在n型GaP基板311下形成Au合金电极(负电极)318。
将这种构成的发光元件306的负电极318安装在导线框305a上,如上所述,用引线307结合正电极317与导线框305b的前端,向两电极317、318之间施加所定电压,从而发光元件306发光。该发光在各包层312、314中分别产生将载流子(电子与空穴)封入具有发光层的层313中的作用,在具有发光层的层313中,通过再耦合载流子来进行。
另外,由于发光元件306是大电流类型,所以发热量变多。因此,在实施方式3A中,在安装发光元件306的导线框305a、305b中,使用导热系数高的铜合金材料(300W/m·k以上),另外,如图37所示,通过尽量减少埋设部分,提高向外部的放热性,尽量不在发光元件306与导线框305a中积累热,从而抑制发光元件306的温度上升,可以防止对温度有负的光输出依赖的LED302的光输出的降低。或者,可以实现基于高的通电电流设定的LED302的高光输出化。例如,流过超过100mA的大电流,能够得到大光量的光。
下面,说明这种构成的LED302的发光动作。
若向LED302的导线框305a、305b施加电压,则发光元件306发光。从发光元件306射出的光中、沿Z轴向正上方的光,从中央辐射面309直接穿透透明环氧树脂308后直进,向外部辐射。另外,发光元件306发出的光中到达反射面309b的光由于到反射面309b的入射角大,所以全反射后射向侧面辐射面310。这里,反射面309b因为形成上述反射形状,所以被反射面309b反射的光全部在X-Y平面中被大致平行地辐射。另外,因为侧面辐射面310形成以发光元件306为中心的球面的一部分,所以大致平行前进的光尽管由侧面辐射面310稍向下折射,但大致不变地平行前进,沿Z轴360度的方向大致平面状地辐射。
这里,图40(a)~(c)是标准的发光元件的光度分布、光束分布、光束积分的特性图,横轴是相对中心轴的角度,纵轴分别是光度比、光束比、光束比。因为外端部相对Z轴所成角度θ1为70度,所以发光元件发出的光中约80%到达反射面309b后被反射,从侧面辐射面310大致平面状地辐射。另外,剩下的20%也未由侧面辐射面310折射,而向相对Z轴成70度以上的方向辐射。
这样,根据实施方式3A的LED302,在由透明环氧树脂308密封作为光源的发光元件306的同时,铸模形成作为光学面的中央辐射面309a、反射面309b、侧面辐射面310,将反射面309b形成使以发光元件306位置的原点为焦点,并以X轴为对称轴的抛物线的一部分绕中心轴Z旋转的形状的反射形状,所以可以以理想的效率向侧面辐射发光元件306发出的光。
另外,因为将透明环氧树脂308的侧面辐射面310形成以发光元件306为中心的球面的一部分的形状,所以由反射面309b反射后大致平行前进的光在侧面辐射面310大致不变地基本平行地前进,在Z轴360度的方向上大致平面状地向外部辐射,并且,从发光元件306直接射向侧面辐射面310的光不被侧面辐射面310折射,以原来的方向外部辐射。因此,没有在相对Z轴小的角度范围内辐射的光,可以大幅度提高从侧面辐射面310作为一次光被控制后向侧面方向外部辐射的光的辐射效率。
另外,由于透明环氧树脂308的侧面辐射面310形成以发光元件306为中心的球面的一部分,所以侧面辐射面310形成锥形,在灌封模套(potting mould)或铸模(casting mould)形成时不破坏透明环氧树脂308地容易进行拔模。在逆锥形或垂直形状中,不容易进行拔模,还会破坏透明环氧树脂308。因此,可以用当前一般使用的制造方法和树脂材料来制造,此时,可以使批量生产性、特性稳定性提高。
但是,侧面辐射面310也可以不是球面形状,而是使用向圆筒形状的中心侧稍倾斜(例如约4度的梯度)的圆锥面的一部分的形状。即使在该形状下,也可以不破坏透明环氧树脂308地容易进行脱模。也可以是其它容易脱模的形状。
另外,在反射面309b的中央、即发光元件306的正上方形成中央辐射面309a,通过从中央辐射面309a周围如反射面309b那样弯曲,可以使LED302更薄。若不变形正上平面地弯曲,则需要拉长发光元件306与该正上界面的距离,因此厚度增加这么多,但这可以被消除。另外,中央辐射面309a不限于平坦面,也可以是凹面或凸面。
另外,因为在发光元件306的正上方有中央辐射面309a,所以可以从中央辐射面309a向外部辐射发光元件306射出的光中向正上方的光(垂直光)。因此,可以照射由LED302的中央辐射面309a与侧面辐射面310构成的照射面整个面。
另外,因为可以将反射面309b的直径W减小到Φ10mm以下,所以不会产生透明环氧树脂308的尺寸大时产生的树脂固化时的残留应力引起的热冲击形成的裂纹。
另外,LED302也可以对应于用途而不形成中央辐射面309a。此时,光不向Z轴方向辐射,但可以使由发光元件306发出的光与上述同样由反射面309b向侧面辐射面310方向反射。
另外,反射面309b也可以是使发光元件306或以其周围为焦点的椭圆、抛物线、双曲线之一的一部分绕发光元件306的中心轴Z旋转的形状,但也可以对于中心轴Z,将辐射线的对称轴不足90度方向之辐射线的一部分,作成在中心轴Z的周围旋转的圆形的反射形状。在这种反射面的形状中,反射光也反射到斜上方。关于具有这种反射面的LED的使用用途,在后面叙述的实施方式B的变形例中进行说明。
另外,反射面309b也可以是使发光元件306或以其周围为焦点的椭圆、抛物线、双曲线之任一种的一部分,绕发光元件306的中心轴Z旋转的形状。另外,如图41中L2所示,也可以是使用直线连接抛物线上多个点的线段的一部分,绕中心轴Z旋转的形状。另外,除绕中心轴Z旋转的形状外,只要是从中心轴Z方向看为椭圆形状以及可以有效向侧面方向辐射从发光元件306发出的光的形状,也可以是非轴对称形状。
将导线框305a、305b说明为铜合金材料(导热系数为300W/m·k以上),但也可以是其它导热系数高的材料,也可以不是300W/m·k以上。另外,在不将发光元件306设为大电流类型的情况下,也可以使用铁合金等。
另外,作为LED302的第1变形例,如图42(a)的平面图和(b)的截面图所示的LED302a那样,将一对导线框322a、322b内安装发光元件306的导线框322a形成具有可以在宽范围内传导发光元件306的热,并使之分散可能的宽面积,以使在与透明环氧树脂308的交界不产生裂纹,同时,连接在该宽面积部分的边缘的细长平板形状,边缘部分处向下弯曲该细长平板形状后引出到透明环氧树脂308的外部,并尽量减少向树脂308的埋设部分。另外,在图42的实例中,将宽面积部分设为一对圆形,但只要具有可以分散热的宽面积,则也可以是其它形状。
在这种构成的LED302a中,安装发光元件306的导线框322a的被密封在透明环氧树脂308中的部分形成向宽范围传导发光元件306的热,并使之分散的宽面积,所以即使发光元件306为大电流类型并发热量多,可以使从发光元件306直接传导到透明环氧树脂308的热,以及从发光元件306经导线框322a传导到透明环氧树脂308的热分散到宽面积的导线框322a的整体中。
另外,因为将导线框322a的发光元件306的安装面设为反射从发光元件306向下辐射的光的反射面,所以光学上是有利的。
下面,作为LED302的第2变形例,如图43所示的LED302b那样,在用小形状的透明硅树脂308s密封发光元件306后,也可以由透明环氧树脂308来密封。此时,因为一旦由小形状的透明硅树脂308s密封发光元件306,则可以进一步缓和残留应力,延长寿命成为可能。另外,也可以在透明硅树脂308s中混入荧光体,也可以使用透明硅树脂308s以外的透光性材料。
下面,作为LED302的第3~第6变形例,可以分别是图44、图45、图16、图17所示的结构。
下面,作为LED302的第7变形例,如图46所示,将LED302g在直径比基本形的反射镜309形成得小的大致圆柱形状的反射镜309d的外周,形成单独的环状反射镜309e,并形成反射镜309f。在形成该反射镜309f的情况下,例如在第1树脂密封用模具中,如上所述,安装发光元件306,且设置引线结合的一对导线框305a、305b(或导线框322a、322b),流入透明环氧树脂308a并固化。将通过该固化形成的反射镜309d设置在第2树脂密封用模具中,通过流入透明环氧树脂308b并固化,形成环状反射镜309e。另外,也可以在事先分别制作的大致圆柱形状的反射镜309d中嵌入环状反射镜309e来形成。
如此形成的反射镜309f的外形与基本形309同样。因此,环状反射镜309e的外侧面与基本形309同样,为构成以发光元件306为中心的球面的一部分的形状。另外,大致圆柱形状的反射镜309d与环状反射镜309e的交界在本例中如图所示垂直,但也可以是与基本形309同样地构成以发光元件306为中心的球面的一部分的形状。
根据这种LED302g,因为将密封发光元件306、结合引线307和一对导线框305a、305b的透明环氧树脂分离成第1透明环氧树脂308a、308b,所以各树脂308a、308b的体积比基本形的透明环氧树脂308小,可以减少各自的残留应力。即,即使热通过导线框305a从发光元件306和发光元件306传导到各个透明环氧树脂308a、308b,也由于各自的残留应力小,所以可以减小由于热触发的残留应力引起的热膨胀。因此,可以防止由于热膨胀而在发光元件306和导线框305a与透明环氧树脂308a的交界处产生裂纹。
并且,即使在图44、图45、图16、图17所示结构的LED中采用第7变形例中说明的分割透明环氧树脂后形成反射镜的结构,也可以同样防止裂纹的发生。
(实施方式3B)
图47是表示使用了根据本发明实施方式3B的LED的LED灯的整体构成图,(a)是平面图,(b)是(a)的A~A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。
如图47所示,LED灯301在圆盘形状的主体中心装载图37所示的LED302,并由在LED02的周围形成的同心圆阶梯状反射面303a的反射镜303来包围。后面将LED302的反射镜309称为第1反射镜309,将上述反射镜303称为第2反射镜303。
第2反射镜303在由透明丙烯酸树脂成形后,通过对上面实施铝蒸镀,形成反射面303a。各反射面303a如图47(c)所示,相对X-Y平面约倾斜45度。
下面,参照图47来说明作为使用这种构成的LED302的应用例的LED灯301的发光动作。若向LED302的导线板305a、305b施加电压,则发光元件306发光。从发光元件306发出的光中、射向Z方向、即正上方的光从中央辐射面辐射到透明环氧树脂308之外,透过覆盖在LED灯301上的未图示的透明前板后向外部辐射。另外,发光元件306发出的光中相对Z轴为60度以上范围内的光到达作为第1反射镜的上面,由于这些光至上面的入射角大,所以全部被全反射后射向侧面辐射面。这里,因为上面反射面形成使以发光元件306为焦点并将X轴设为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状,所以由上面反射的光全部在X-Y平面中平行前进,因为侧面辐射面构成以发光元件306为中心的球面的一部分,所以光基本上不变地平行前进,沿Z轴360度方向大致平面状地向外部辐射。并且,因为侧面辐射面构成以发光元件306为中心的球面的一部分,所以从发光元件306直接到达侧面辐射面的光不折射地前进,向外部辐射。从LED302在X-Y平面中大致平行辐射的光被第2反射镜303的具有大致45度倾斜的反射面302a向大致Z轴方向反射,辐射到外部。
这样,通过组合LED302与第2反射镜303,可以形成大面积薄型灯具的LED灯301。另外,即使使用第1~第7变形例的LED302之一来代替LED302,也可以实现同样的效果。
另外,在LED灯301中,LED302与第2反射镜303的关系如图48(a)和(b)中比较例所示,期望LED302相对第2反射镜303小。这是因为LED302仅中央部被识别为发光点o,(a)中所示内径小的第2反射镜303被识别为大致整体发光,而(b)所示的内径大的第2反射镜303被识别为中空发光。
本LED302可以减小直径,所以可以通过(a)所示的与第2反射镜303的关系来构成LED灯301。因此,可以看见基本上整体发光。
但是,在使用(b)所示内径小的第2反射镜303的情况下,若使用图44所示的LED302c或图45所示的LED302d,则可以看见基本上整体发光。
另外,作为LED灯301的第1变形例,也可以如图49所示,将在反射面309b中形成环状透镜309h、使发光元件306发出的光在中央辐射面309a以外辐射到上方的LED302h用于(b)的构成中。
下面,作为LED灯301的第2变形例,有图50所示的LED灯301a。用于该LED灯301a中的LED302i与LED302的不同之处在于,反射面309b构成使不以发光元件306为焦点的抛物线的一部分,绕中心轴Z旋转的圆形反射形状。从而,LED302中从发光元件306射出后反射的光大致为平行光,相反,在LED302i中变为扩散光。此时也与LED302同样,因为作为一次光被控制后从侧面辐射面310向外部辐射,结果,得到图51所示的配光。另外,需要组合高度h1比图47(b)的h高的第2反射镜303c来构成。但是,在LED302i中,在不产生侧面的全反射或大的界面反射的范围下,即使减少反射面对发光元件306的大小也无妨。
另外,图38中示出相对至侧面辐射面310的入射角的透过率。在作为临界角θc的40度以上时,为全反射,透过率为0%,而即使是θc~5度以上,尽管不是全反射,但界面反射影响大。因此,进一步期望至侧面辐射面310的入射角为θc~5度。
在这种LED灯301a中,光也从LED302h有效地向水平方向及斜上方辐射,该辐射光在第2反射镜303c的反射面303a反射,所以可以将LED灯301a形成为有进深感的灯具。此时,还考虑通过设为90度~θc来消除迷光损耗的有效的外部辐射。
另外,作为LED灯301的变形例,可以如图18所示使发光点分散来构成第2反射镜303,或如图19所示,通过分割成扇形后分别改变长度来形成多边形。另外,如图13所示,也可以形成将圆形LED灯切断成正方形或其一部分后使之组合的LED灯。并且,使用图19所示的LED灯,也可以形成例如图78、图90所示的可以适用于汽车尾灯或刹车灯等的车辆用灯具。
(实施方式4A)
图52(a)是表示使用根据本发明实施方式4A的LED(发光二极管)的LED灯的整体构成的平面图,(b)是(a)的A-A截面图,(c)是(b)的P部分的放大图。
如图52所示,本实施方式4A的LED灯401在圆盘形状的主体中心装载安装了作为光源的发光元件406的LED402,由在LED02的周围形成同心圆阶梯状反射面403a的反射镜403包围。这里,设发光元件406的垂直方向的中心轴为Z轴,设与该Z轴相交的发光元件406的上面为原点,设在该原点处水平方向的X轴与Y轴相交成直角。另外,在LED402中如后所述,一体包含反射从发光元件406发出的光的第1反射镜。上述反射镜403构成第2反射镜403。
第2反射镜403在由透明丙烯酸树脂成形后,通过对上面实施铝蒸镀,形成反射面403a。各反射面403a如图52(c)所示,相对X-Y平面约倾斜45度。
下面,参照图53和图54来说明LED402的构成。LED402如图53和图54所示,在隔着绝缘用间隙配置在X-Y平面上的一对导线框405a、405b中、将细长的平板形状弯曲成L字形的导线框405a的上述原点位置上安装发光元件406,上引线407结合发光元件406上面的电极与导线框405b的前端部,并且,由平坦的大致圆柱形状的透明环氧树脂(光透过性材料)408密封各导线框405a、405b的一部分、发光元件406、引线407。
该LED402的特征在于,通过用后述的作为第1反射镜的透明环氧树脂408(后面简称为树脂408)密封发光元件406,一体化发光元件406与第1反射镜,另外,通过将安装了发光元件406的导线框405a从发光元件406的安装部分的附近向安装面下方弯曲成直角后,向透明环氧树脂408的外部突出,从而尽量减少该导线框405a埋入透明环氧树脂408中的部分。另外,另一导线框405b形成细长的平板形状,与上述导线框405b中向树脂外部突出的部分平行地配置。
发光元件406在尽量减少个数以将LED402的发光强度维持在所定值的同时,增加通过各LED402发光来识别的面积,使设计性提高,出于上述目的,例如使用图55所示的大电流类型(高输出类型)。该类型与实施方式3A的图39中说明的同样,所以省略说明。
另外,因为发光元件406是大电流类型,所以发热量变多。因此,假设如图56所示,在一对导线框420a、420b双方都是细长平板形状不变而直接通过水平地相对向配置在透明环氧树脂408中后引出到外部的传递模塑法制造的情况下,从安装发光元件406的导线框420a的安装部分到向树脂408的外部引出的埋设部分变长。这样,细长的平板形状的埋设部分越长,则从发光元件406产生的热越难以放出到树脂408的外部,发光元件406温度变高,光度降低。另外,树脂408与导线框420a、420b的热膨胀系数不同,埋设部分的距离越长,则越容易产生加热时的树脂408与导线框420a、420b的剥离或树脂408的裂纹或引线断路。
因此,在本实施方式4A中,如图53所示,在发光元件406的安装部分附近向下方弯曲安装发光元件406的导线框405a,缩短埋设部分,从而,在提高向外部的放热性的同时,通过缩短导线框405的埋设部分,不会产生加热时的树脂408与导线框420a、420b的剥离或树脂408的裂纹或引线断路。另外,为了进一步提高向外部的放热性,在导线框405a、405b中使用导热系数高的铜合金等材料。
LED402的形状如图53和图54所示,是作为透明环氧树脂408的形状的平坦的大致圆柱形状,其上面409b的中心部分(发光元件406的正上部分)变为中央辐射面409a,接着该中央辐射面409a,形成使以发光元件406的原点为焦点的X轴方向的抛物线的一部分,绕Z轴旋转的大致伞状的反射形状(因此不是旋转抛物面),作为第1反射镜409。后面,将第1反射镜409中的反射面的形状称为反射形状。
另外,第1反射镜409的直径设为可以使来自发光元件406的射出光大致沿水平方向全反射的尺寸。这里,设为射出光中相对Z轴为20度以上的范围内的光到达上面409b的尺寸。并且,LED402的侧面410形成以发光元件406为中心的球面的一部分。将具有这种构成的LED402固定在圆形LED灯401的中心。
这种构成的LED灯401的光与实施方式3A中说明的同样,所以省略说明。
另外,LED402中,在发光元件406的安装部分附近向下方弯曲安装了发光元件406的导线框405a后,引出到透明环氧树脂408的外部,尽量减少向树脂408的埋设部分。这样,一旦向下方弯曲导线框405a后并引出到树脂408的外部,则树脂408中将发光元件406的安装面在周围延长到侧面的水平面下方的部分比该水平面上方部分薄得多,所以与树脂408向水平方向X突出相比,埋设部分大幅度减少。从而,在提高向外部的放热性的同时,通过缩短导线框405的埋设部分,不会产生加热时的树脂408与导线框420a、420b的剥离或树脂408的裂纹或引线断路。
并且,因为在导线框405a中使用导热系数高的材料,所以放热性更高,从而可以进一步有效放热。因此,即使向发光元件406通入大电流,也难以引起热饱和,所以得到大的光输出,故可以不受热饱和限制而得到大的光输出。另外,在本实施方式中,通过由反射镜向正面方向辐射侧面辐射的光,可以提供发光面积宽、且薄型的LED灯。由于LED是大的光输出,所以即使增大发光面积,也可以保证充分的亮度。
另外,如图57(a)的平面图和(b)的截面图所示的LED402a那样,也可以在一对导线框432a、432b内,使安装发光元件406的导线框432a具有使发光元件406的热向宽范围传导后分散可能的宽面积,同时,形成连接该宽面积部分的边缘的细长平板形状,将该细长平板形状在边缘部分向下方弯曲后引出到透明环氧树脂408的外部,并尽量减少向树脂408的埋设部分。另外,在图57的实例中,虽将宽面积部分构成为一对圆形,但只要具有可以分散热的宽面积,也可以是四边形、三角形等各种形状。但是,因为尖的形状易产生裂纹,所以期望带R来避免。
在这种构成的LED402a中,将安装发光元件406的导线框432a的密封在透明环氧树脂408中的部分,形成将发光元件406的热传导到宽范围后分散的宽面积,所以即使发光元件406为大电流类型、发热量多,也可以使从发光元件406直接传导到透明环氧树脂408的热、以及从发光元件406经导线框432a传导到透明环氧树脂408的热分散到宽面积的导线框432a整体中。此外,通过缩短引线框的埋设部分,可以不在发光元件的安装部分附近产生因透明环氧树脂408与导线框432a、432b的热膨胀系数不同引起的、加热时的树脂与导线框之间的剥离或树脂的裂纹或引线断路。另外,如图57(c)所示,也可以在引出到透明环氧树脂408的外部的导线框432a的部分设置多个风扇432c,促进向外部放热。
另外,作为LED灯401的变形例,可以如图44、图45、图16、图17所示构成LED,或如图18所示使发光点分散而构成第2反射镜,或如图19所示分割成扇形后分别改变长度来形成多边形。另外,如图13所示,也可以形成将圆形LED灯切断成正方形或其一部分后将其组合的LED灯。并且,也可以使用图19所示的LED灯来形成例如图78、图90所示可以适用于汽车尾灯或刹车灯等的车辆用灯具中。
(实施方式5A)
图58和图59中示出本实施方式5A的LED502的结构。因为发光元件506是大电流类型,所以发热量变多。因此,假设安装了发光元件506的导线框505a如通常那样细,则发光元件506和导线框505a中积累热,变为高热,容易在与透明环氧树脂508的交界处产生裂纹。
因此,在本实施方式5A中,为了不在与透明环氧树脂508的交界处产生裂纹,安装了发光元件506的导线框505a具有可以使将发光元件506的热传导到宽范围后分散的宽面积,同时,从透明环氧树脂508中向外侧突出的部分也具有可以尽量向外部导热的宽面积。并且,在导线框505a、505b中使用导热系数高的铜合金等材料。但是,在本实施方式5A中,将各导线框505a、505b的形状形成为一对圆形,但只要具有可以分散热的宽面积以不产生裂纹,也可以是四边形、三角形等各种形状。但是,因为尖的形状易产生裂纹,所以期望带R来避免。
另外,在LED502中,将安装发光元件506的导线框505a的密封在透明环氧树脂508中的部分设为将发光元件506的热传导到宽范围后分散的宽面积。从而,即使发光元件506为大电流类型、发热量多,也可以使从发光元件506直接传导到透明环氧树脂508的热、以及从发光元件506经导线框505a传导到透明环氧树脂508的热分散到宽面积的导线框505a整体中。将导线框505a设为宽面积是因为在放热之前分散残留在透明环氧树脂508中的热的影响,同时,使之快速放热到透明环氧树脂508的外部。这是因为发光元件506产生的热基本上通过透明环氧树脂508的外部放热板放热。因此,从透明环氧树脂508向外部突出的导线框505a的面积最好宽。
即,该导线框505a中从透明环氧树脂508中向外侧引出的部分具有可以尽量向外部导热的宽面积,所以可以有效地向树脂外部放出热,可以加快放热。
进而,因为在该导线框505a中使用导热系数高的材料,所以可以更有效地使热分散、放热。因此,即使向发光元件506通入大电流,也难以引起热饱和,所以得到大的光输出,故可以不受热饱和限地得到大的光输出。
(变形例)
图60中示出LED502的变形例。
根据图60所示的LED502e,因为将密封发光元件506、结合引线507和一对导线框505a、505b的透明环氧树脂分离成第1与第2透明环氧树脂508a、508b,所以各树脂508a、508b的体积比基本形的透明环氧树脂508小,可以减少各自的残留应力。即,即使热经导线框505a从发光元件506和发光元件506传导到各个透明环氧树脂508a、508b,也由于各自的残留应力小,所以可以减小由于热触发的残留应力引起的热膨胀。因此,可以防止由于热膨胀而在发光元件506和导线框505a与透明环氧树脂508的交界处产生裂纹。
并且,即使在图14~图17所示结构中采用图60所示的分割透明环氧树脂后形成第1反射镜的构成,也可以同样防止裂纹的发生。
另外,也可以如图18所示使发光点分散来构成第2反射镜,或如图19所示分割成扇形后分别改变长度来形成多边形。另外,如图13所示,也可以形成将圆形LED灯切断成正方形或其一部分后将其组合的LED灯。并且,也可以使用图19所示的LED灯来形成例如图78、图90所示可以适用于汽车尾灯或刹车灯等的车辆用灯具中。
(实施方式6A)
首先,参照图61至图63来说明本发明的发光二极管的实施方式6A。
首先,参照图61来说明本实施方式6A的LED602的结构。
如图61所示,LED602在发光部603中安装反射器部604。发光部603在竖设的1对导线605a、605b中的导线605a中安装发光元件608,用未图示的引线电连接了发光元件608与导线605b。将这些导线605a、605b的前端、发光元件608、引线设置在树脂密封用模具中,由透明环氧树脂树脂密封成图示的截面形状。
这里,在发光部603上面603a的中心部分形成有微小的平坦面。接着该中心点,形成使以发光元件608的发光面的中心大致为焦点并将X轴方向设为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴旋转伞形状,作为二维方向辐射面的反射面603a。另外发光部603的侧面形成以发光元件608为中心的球面的一部分。LED602的直径为5mm。从发光元件608向上方辐射的光由反射面603a向大致水平方向反射,沿360度二维方向辐射。另外,从发光元件608向侧面辐射的光从构成球面的一部分的侧面沿二维方向辐射。
这种小直径的二维方向辐射的发光部603的批量生产性好,可靠性高,但光学上不利。因此,在发光部603的外侧装配环状反射器部604。反射器部604由与发光部603相等的折射率的丙烯酸树脂形成,由光学粘接剂物理、光学粘接。另外,未必是物理粘接。另外,发光部603与反射器部604稍有间隙,各自的界面大致平行,所以即使不使用光学粘接剂,光损耗也小,未必使用光学粘接剂。
另外,发光部603在密封发光元件608的同时,形成反射面603a,所以反射面603a可以接近发光元件608,也可以设为引线高度左右的0.3mm。通过接近,可以形成几何学上大的立体角,与由其它部件形成反射面603a相比,光学上有利。
反射器部604的上面604a为与发光部603的上面603a连续的曲面,从发光元件608辐射后由反射器部604的上面604a反射的光大致水平地向360度二维方向辐射。这里,发光部603的外径为Φ5,反射器部604的外径为Φ20。参照图62来说明装配反射器部604引起的光学优点。如图62所示,仅在发光部603的情况下,仅向二维方向辐射距通过发光元件608的中心的垂线θ1角度内的光,通过装配反射器部604,向二维方向辐射距垂线θ2的角度内的光,所以也可以有效向二维方向辐射在θ1~θ2的角度内辐射的光。
另外,图62是基于截面的二维显示,但因为实际上是θ1~θ2范围的立体角内的光,所以得到显著的效果。
参照图63来说明使用这种本实施方式6A的发光二极管602的灯具。如图63所示,使用本实施方式6A的LED602的灯具601,装载作为在中心内置发光元件的二维方向辐射光源的LED602,设置在其周围的反射部件606的阶梯状表面中大致倾斜45度的部分606a形成反射面。另外,备有覆盖它们的前面盖透镜607。若向LED602的导线605供电,则从装配在LED602的发光部603周围的反射器部604的侧面向360度的二维方向辐射发光元件的光,这些光由反射部件606的反射面606a向大致垂直方向反射,从前面盖透镜607向外部辐射。
另外,这里所谓二维方向是指相对LED602的、至设置在其周围的反射部件606的反射面606a的方向。严格讲不是从LED602垂直于Z轴的平面方向,而是来自LED602的光可以有效地向设置在LED602周围的反射面照射。
这样,使用本实施方式6A的LED602的灯具601非常薄,有效利用从LED602辐射的光的大部分,从前面盖透镜607极有效地向外部辐射。
(实施方式6B)
下面,参照图64来说明本发明的发光二极管的实施方式6B。
如图64所示,本实施方式6B的LED612中发光部603的结构与实施方式6A同样。但是,反射器部614的底面614b上升至发光元件608的安装面附近,反射器部614变薄。由此,不仅从发光元件608向上方辐射的光、而且从发光元件608的侧面向下方辐射的光相对反射器部614的底面614a的入射角也变大,超过临界角,所以在反射器部614的底面614b全反射后,从反射器部614的侧面向二维方向辐射。
另外,因为发光元件608具有大小,所以存在在反射器部614的上面614a反射后、如图所示不向水平方向辐射、而向下方辐射的光,但这种光也在反射器部614的底面614b全反射,从反射器部614的侧面向二维方向辐射。
由此,构成从LED612向二维方向辐射的光量增加、辐射效率更好的二维方向辐射LED。
(实施方式6C)
下面,参照图65来说明本发明的发光二极管的实施方式6C。
如图65所示,本实施方式6C的LED621中发光部603的结构与实施方式6A同样。但是,反射器部624的底面阶梯状形成,斜面部分构成反射面624b,可以从上面603a、624a向二维方向反射的光在反射面624b向上方反射。向上方反射的光从反射器部624的上面624a向外部辐射,但此时由于上面624a中产生折射,所以为了使折射后的光大致垂直地向外部辐射,控制反射面624b的反射方向。另外,若反射面624b相对二维辐射光的角度为不是全反射的角度,则需要从外部对反射面624b实施金属蒸镀等镜面处理,确保高的反射率。
这样,通过在反射器部624的底面形成向大致垂直方向反射二维辐射光的反射面624b,形成实现作为小型灯具的作用的发光二极管621。
(实施方式6D)
下面,参照图66来说明本发明的发光二极管的实施方式6D。
如图66所示,本实施方式6D的LED631中发光部603的结构与实施方式6A同样。但是,反射器部634的外形在上述各实施方式中为圆形,但在本实施方式6D中为椭圆形。另外,反射器部634的底面与实施方式6C同样阶梯状形成,斜面部分构成反射面634b,可以从上面603a、624a向二维方向反射的光在反射面634b向上方反射。向上方反射的光从反射器部634的上面634a向外部辐射,但此时由于上面634a中产生折射,所以为了使折射后的光大致垂直地向外部辐射,控制反射面634b的反射方向。另外,若反射面634b相对二维辐射光的角度为不是全反射的角度,则需要从外部对反射面634b实施金属蒸镀等镜面处理,确保高的反射率。
并且,如图66(a)所示,反射器部634的底面被分成8个区段,相邻区段彼此的反射面634b彼此不同。另外,通过对应于来自发光部603的照射密度使各反射面634b具有曲率,可以使发光二极管631整体的亮度变均匀。结果,在从上方看的情况下,发光二极管631整体的亮度均匀,可以得到闪光的自然图象的发光二极管。并且,得到在发光二极管631熄灯时、外部光反射、整体均匀地闪光的美观性非常好的发光二极管。
(实施方式6E)
下面,参照图67来说明本发明的发光二极管的实施方式6E。
如图67所示,本实施方式6E的LED651与上述各实施方式不同,由光源部653和反射部654构成。即,光源部653在竖设的一对导线655a、655b中的导线655a中安装发光元件608,发光元件608与导线655b通过未图示的引线取得电连接。将这些导线655a、655b的前端、发光元件608、引线设置在树脂密封用模具中,通过透明环氧树脂来树脂密封成图示的圆锥形与圆柱形连接的形状。
另外,由具有与透明环氧树脂相同折射率的丙烯酸树脂构成、在中央部分具有与光源部653的圆锥部分对应的凹部的反射部654在圆锥部分通过光学粘接剂物理、光学地粘接着。而且,未必是物理粘接。另外,光源部653与反射部654稍有间隙,各自的界面大致平行,所以即使不使用光学粘接剂,光损耗也小,未必使用光学粘接剂。
反射部654的上面654a为将来自发光元件608的光大致向二维平行方向反射的二维方向反射面。因此,一旦向一对导线655a、655b供电,使发光元件608发光,则向上方由上面654a反射的光大致水平地向360度二维方向反射,从反射部654的侧面向外部辐射
这样,即使不使具有向二维平面方向反射光的二维方向反射面的发光部与反射器部组合,也可以构成以高的辐射效率向二维方向辐射光的发光二极管。另外,反射部654未必仅限于结合在光源部653的圆锥部分上,也可以结合到其下的光源部653的圆柱部分上。
在上述6A~6E的各实施方式中,虽假设使用红色发光元件用作发光元件的情况,但即使使用其它颜色的发光元件也无妨。另外,虽在发光部和光源部中使用透明环氧树脂作为密封发光元件的光透过性防料,但也可以使用以透明硅树脂为主的其它材料。
另外,发光部的上面中心部分的平坦面也可以是凹面或凸面,或者从中心部分形成反射面。反射面不限于使经X轴为对称轴的抛物线的一部分绕Z轴旋转的形状,即使是以发光元件或以发光元件周边为焦点的椭圆、抛物线、双曲线或与这些近似曲线的一部分绕Z轴旋转的形状也可以向所定范围辐射光。
另外,在上述6A~6E的各实施方式中,虽将反射器部和反射部的外形设为圆形或椭圆形,但也可以是其它形状。并且,虽使用丙烯酸树脂作为反射器部和反射部的材料,但若具有与发光部的密封材料相同的折射率,则可以使用任何材料。
发光二极管的其它部分的结构、形状、数量、材质、大小、连接关系等不限于上述各实施方式。
(实施方式7A)
首先,参照图68和图70来说明本发明的发光器的实施方式7A。
如图68所示,本实施方式7A的发光器701在构成主体的反射板702中,中心方向向下地以约45度的角度形成各种形状的反射面(光学控制面)703,构成中心部分从反射板702的外周702a向下一级的底部702b。在该底部702b的中心装配作为面状辐射光的光源的LED704。从LED704向360度方向面状辐射的光在各反射面703上被反射,向纸面前侧辐射。
下面,图70所示的LED704的结构及辐射原理由于与实施方式2的图26(a)、(b)所示的发光元件同样,所以省略说明。
根据本实施方式7A的发光器701,可以形成薄型、高效、不使效率降低地对应于不同形状的发光器。另外,如图68所示,对于从LED704以360度面状发出的光,由光学控制面703反射的光的角度范围因光辐射方向的圆周方向而不同。即,从LED704接收光的光学控制面703的幅度可以宽可以窄。因此,纵横非对称情况下的配光控制也可以仅通过反射板702来实现。并且,作为光源的LED704具有相对向发光元件706向发光元件706的侧面方向辐射光的反射面709,所以可以构成以单一组件面状辐射光的光源。另外,通过从光源向周向、辐射方向等分割光学控制面,可以在任意位置上配置反射面。因此,可以进行基于反射光的光的设计,可以增加设计性。
(实施方式7B)
下面,参照图71来说明本发明的发光器的实施方式7B。
如图71所示,本实施方式7B的发光器721是纵横非对称的情况的一例。即,反射板722在图示中构成左边长、右边短的梯形形状。另外,与实施方式7A同样,在反射板722中,中心方向向下地以约45度的角度形成各种形状的反射面(光学控制面)723,构成中心部分从反射板722的外周722a向下一级的底部722b。在该底部722b的中心装配作为面状辐射光的光源的LED704。从LED704向360度方向面状辐射的光在各反射面723上被反射,向图80的纸面前侧大致垂直地辐射。
即使在反射板722是这种形状的情况下,也可以阶梯状地沿一个方向在多个部位设置光学控制面,可以随着方向来拓宽或缩窄反射面的幅度。因此,在反射板722的幅度变窄的图示右侧,增加阶梯的级数,增多一个方向的反射面的个数,另外,缩窄反射面的幅度,使反射面的密度增加。从而,图示右侧的每单位面积的反射光量增加,与图示左侧反射的光量取得平衡。
这样,在本实施方式7B的发光器721中,即使在反射板722的形状纵横非对称的情况下,也可以构成将期望部位设为发光面来辐射光的发光器。
(实施方式7C)
下面,参照图72和图73来说明本发明的发光器的实施方式7C。
如图72和图73所示,本实施方式7C的发光器711与实施方式7A同样,在构成主体的反射板712中,中心方向向下地以约45度的角度形成各种形状的反射面(光学控制面)713,构成中心部分从反射板712的外周712a向下一级的底部712b。在该底部712b的中心装配了作为面状辐射光的光源的LED704。从LED704向360度方向面状辐射的光在各反射面703上被反射,向图72的纸面前侧大致垂直地辐射。
这里,如图72所示,与实施方式7A不同,在LED704的周围沿各方向设置2级或3级反射面713,因此,相对从光源的辐射方向,在多个部位形成光学控制面713。
由此,如图72所示,与实施方式7A的发光器701相比,发光点715的密度飞跃提高。即使增大反射板的面积,也可以保证发光点715的密度。
这样,在本实施方式7C的发光器711中,可以形成薄型、高效、不使效率降低地对应于不同形状的发光器。并且,因为相对从光源的辐射方向在多个部位设置光学控制面,也可以对应于纵横比大的形状,提高发光点密度。另外,因为也从形成于LED704中央部的中央辐射面709a向外部辐射,所以LED704的中央部也构成发光点,反射板中央部不会变暗,作为发光器,可以实现平衡好的发光点715的分布。
(实施方式7D)
下面,参照图74来说明本发明的发光器的实施方式7D。
本实施方式7D的发光器的光源714与实施方式7A~7C同样装配在反射板的底部。如图74所示,该光源714由用透明环氧树脂来树脂密封发光元件706的灯型LED719、和位于其上方的光透过性材料所构成的反射镜716构成。另外,反射镜716的底面构成菲涅尔透镜718。
在这种构成的光源714中,从发光元件706的发光面发出的光由凸透镜型的透明环氧树脂720聚光后,从LED719辐射,到达反射镜716底面的菲涅尔透镜718。由菲涅尔透镜718沿大致垂直方向聚光的光在反射镜716上面的加工成圆锥形的反射面717上全反射,沿大致水平方向向360度方向反射。另外,这里,在反射镜716底面形成菲涅尔透镜718是因为由于若将透镜型LED设为聚光度高的LED,则聚光光的辐射效率低,LED719的聚光度不太高,通过合用菲涅尔透镜718,增加有效光量。
这样,本实施方式7D的光源714构成辐射面状光的光源,与实施方式7A~7C的LED704同样,用作发光器的光源。
(实施方式7E)
下面,参照图75来说明本发明的发光器的实施方式7E。
本实施方式7E的发光器的光源724与实施方式7A~7C同样装配在反射板的底部。如图75所示,该光源724由用透明环氧树脂730来树脂密封发光元件706和杯形反射镜729的反射型LED728、和位于其上方的光透过性材料所构成的反射镜726构成。另外,反射型LED728的反射镜729形成为以发光元件706为焦点的旋转抛物面形。
在这种构成的光源724中,从发光元件706的发光面(下面)发出的光由旋转抛物面形的反射镜729大致垂直地向上方反射后,从LED728辐射,入射到反射镜726。大致垂直入射的光在反射镜726上面的加工成圆锥形的反射面727上全反射,沿大致水平方向向360度方向反射。此时,因为将LED28的辐射光作为大致平行光,即使提高聚光度,辐射效率也高,所以即使不在反射镜726的底面上形成菲涅尔透镜,也可以增加有效光量。并且,通过用光学粘接剂粘接反射镜726与LED728,不产生在LED728的反射面与反射镜726的入射面产生的界面反射。另外,也可以一体形成LED728与反射镜726。
这样,本实施方式7E的光源724变为辐射面状光的光源,与实施方式7A~7C的LED724同样,可以用作发光器的光源。
(实施方式7F)
下面,参照图76来说明本发明的发光器的实施方式7F。
本实施方式7F的发光器的光源734与实施方式7A~7C同样装配在反射板的底部。如图76所示,该光源734使光辐射面向外侧地,将8个类似于实施方式7D的灯型LED719的小型灯型LED735排列成圆形。另外,由于小型灯型LED735在垂直于纸面的方向上薄,密封成截面为椭圆形的形状,所以构成在垂直于纸面的方向上光不扩散、向360度方向辐射面状光的光源。
这样,本实施方式7F的光源734变为通过仅将扁平灯型LED735配置成圆形的简单结构来辐射面状光的光源,与实施方式7A~7C的LED704同样,可以用作发光器的光源。
(实施方式7G)
下面,参照图77来说明本发明的发光器的实施方式7G。
本实施方式7G的发光器的光源744也与实施方式7A~7C同样装配在反射板的底部。如图77所示,该光源744使光辐射面向外侧地,将8个类似于实施方式7E的反射型LED728的小型反射型LED745排列成圆形。另外,由于小型反射型LED745的反射镜被制成垂直于纸面的方向薄的扁平形状,所以构成在垂直于纸面的方向上光不扩散、向360度方向辐射面状光的光源。
这样,本实施方式7G的光源744变为通过仅将扁平反射型LED745配置成圆形的简单结构来辐射面状光的光源,与实施方式7A~7C的LED704同样,可以用作发光器的光源。
(实施方式7H)
下面,参照图78来说明本发明的灯具的实施方式7H。
如图78所示,本实施方式7H的灯具741使用6个实施方式7A的发光器701来构成。这6个发光器701彼此高度不同地在灯具容器中配置成2列3级,发光面越向上则越深。另外,对各发光器701的上面701a和侧面701b以及覆盖灯具741的容器的灯具内壁742实施平滑、反射率高的铝涂层。
从各发光器701的光源辐射的光中、相对水平方向成一定角度的光在光学控制面不被反射地到达露出的发光器1的上面701a或侧面701b或灯具内壁742。因为这些面实施铝涂层,光的反射率高,所以反射大量的光,辐射到灯具741外。因此,即使在灯具741的照射方向的范围外,也可以识别灯具741的光。从而构成可以识别灯具的光的范围宽的灯具741。
(实施方式7I)
下面,参照图79和图80来说明本发明的发光器的实施方式7I。
如图79所示,在本实施方式7I的发光器743的反射面中,在圆周方向上相邻的光学控制面747的位置在半径方向上各不相同。由此,露出光学控制面747的侧面一部分,形成斜向反射面748。
在这种反射面中,如图80所示,错开中心来配置光源704的位置。通过如此使光源704与中心错开,如箭头所示,光不仅抵达施以阴影的光学控制面747,而且还抵达侧面的斜向反射面748。因此,当从由光学控制面747反射的方向范围之外看发光器743时,可以在相邻光学控制面747的位置因半径方向而不同地形成的斜向反射面748上确认光的反射,构成识别角度大的发光器。
在上述各实施方式中,假设使用红色发光元件用作发光元件的情况,但即使使用其它颜色的发光元件也无妨。另外,虽在LED中使用透明环氧树脂作为密封发光元件的光透过性材料,但也可以使用以透明硅树脂为主的其它材料。发光器的其它部分的结构、形状、数量、材质、大小、连接关系等不限于上述各实施方式。
(实施方式7J)
首先,参照图81至图83来说明本发明的发光器的实施方式7J。
如图81所示,本实施方式7J的发光器751在构成主体的反射板752中角度边缓慢变化,边形成反射面(光学控制面)753a、753b、753c、753d、...,构成第1反射面753,垂直于最下部的光学控制面753a的方向矢量相对Z轴的角度最大,垂直于最上部的光学控制面753d的方向矢量相对Z轴的角度最小,中心部分构成从反射板752的外周752a向下一级的底部752b。在该底部752b的中心装配作为面状辐射光的光源的LED754。从LED754向360度方向面状辐射的光在第1反射面753反射,相对LED754中的发光元件的中心轴(Z轴)向倾斜方向辐射。
图82所示的LED754的结构和光与图26所示的实施方式2的LED同样,所以省略说明。
下面,参照图83来说明将发光器751应用于汽车后灯的情况。如图83所示,即使是在汽车的后灯763的前后方向有R的倾斜部位764处,由于发光器为751薄型且向斜向辐射大致平行的光,所以可以接近于倾斜部位(R)764来配置。从而,与以前的后灯相比,可以实现在幅度的空间节省,可以得到高的外部辐射效率。
这样,本实施方式7J的发光器751可以构成薄型、可以沿倾斜配置、能得到高的外部辐射效率的发光器。
(实施方式7K)
首先,参照图84来说明本发明的发光器的实施方式7K。
如图84所示,本实施方式7K的发光器771与实施方式7J同样,在构成主体的反射板772A的中心,安装有与实施方式7J同样作为面状辐射光的光源的LED754。另外,将在LED754的周围形成伞形状的圆盘状透明光学体775装配在基板772A上。在光学体775的下面,角度边缓慢变化,边形成反射面(光学控制面)773a、773b、773c、773d、...,垂直于最下部的光学控制面773a的方向矢量相对Z轴的角度最大,垂直于最上部的光学控制面773d的方向矢量相对Z轴的角度最小。另外,光学体775的上面形成阶梯状,阶梯的图示水平方向的面775a大致垂直于幅各反射面773a、773b、773c、773d、...反射的LED754的光的辐射方向。
在具有这种构成的发光器771中,从LED754向大致平行于X轴方向的方向在360度方向辐射的光入射到光学体775后,由第1反射面773反射后,分别向图示上方大致垂直方向反射。因为光学体775上面的阶梯状面中水平面大致垂直于图示垂直方向,所以反射后的光在光学体775的界面处不折射,直接以高的外部辐射效率沿图示的垂直方向辐射。
这样,本实施方式7K的发光器771可以构成薄型、可以沿倾斜配置、能得到高的外部辐射效率的发光器。另外,在本实施方式7K中,虽然光学体775的第1反射面773的反射基于全反射,但也可以对第1反射面773的外侧实施金属电镀、金属蒸镀等。
(实施方式7L)
下面,参照图85来说明本发明的发光器的实施方式7L。
如图85所示,本实施方式7L的发光器781A也在反射板782A中形成第1反射面783A,作为多个光学控制面的集合体。另外,在反射板782A的底面782b的中央设置与实施方式7J、7K同样的LED754。本实施方式7L的发光器781A设定各光学控制面的角度和方向,以向相同方向反射在这些多个光学控制面反射的反射光。这里,所谓“角度”是封指作为光源的LED754的面状光相对光辐射面的角度,所谓“方向”是指LED754相对光辐射方向的角度。
例如图85所示,即使光学控制面的“角度”为45度,但若方向相对LED754的半径方向不是直角而倾斜α度,则反射光的方向不是正上(纸面前方),而成为倾斜。不用说,也可以通过使光学控制面的角度变化来自由改变反射光的方向。因此,通过准确设定各光学控制面的角度和方向,可以在所定的倾斜方向上集中反射光。从而,该方向的光量大幅度增大,外部辐射效率提高。
在上述各实施方式中,假设使用红色发光元件用作发光元件的情况,但即使使用其它颜色的发光元件也无妨。另外,虽在LED中使用透明环氧树脂作为密封发光元件的光透过性材料,但也可以使用以透明硅树脂为主的其它材料。发光器的其它部分的结构、形状、数量、材质、大小、连接关系等不限于上述各实施方式。
(实施方式7M)
图86是表示根据本发明实施方式7M的汽车的组合灯的示意构成的立体图。
图86所示的组合灯800如下构成。从箭头Z方向的正面连续开口到箭头X1方向的一个侧面,在内部变为空洞的盖801中,通过水平地不同调试配置两个隔板802,以等间隔将内部区分成横向3列,在各列中配置横向3级的台座803,在台座803的各正面上固定了LED灯701A。另外,对盖801内部的内壁的天井面801a、底面801b、侧面801c、隔板802的上面802a、802b、与台座803的上面803a、803b实施铝蒸镀。换言之,对盖801内部全部实施铝蒸镀。
另外,各LED灯701A如作为图86的C~C截面图的图87所示,使LED704与反射镜703组合后构成。LED704装配在LED装配基板810上。LED装配基板810如图88的立体图所示,形成与盖801中的上述3列3级结构的台座803部分的里面对应的形状,在各横向3列中平行形成基于铝或铜等蒸镀的2条独立的配线图案811a、811b。在该配线图案811a、811b上焊接了各LED704的一对导线框705a、705b。另外,形成各配线图案811a、811b的LED装配基板810构成左右对称结构。
对应设置导线框705a、705b的固定位置,使LED704突出于图87所示的各反射镜703的中央设置的贯穿孔中,如图89所示固定。即,在LED装配基板810上的所定位置处固定绝缘材料的曲柄状LED装配部813,若将导线框705a、705b嵌合在LED装配部813的凹部中,则装配在对应于反射镜703的贯穿孔的位置上。也可以在固定后将导线框705a、705b焊接在各配线图案811a、811b上。
如图87所示,将通过焊接完成的LED装配基板810抵住盖801的里面,使LED704对准各反射镜703的贯穿孔,突出到外侧,完成装配。即,可以容易进行装配。
LED灯701A的结构和辐射原理与图52所示的实施方式4同样,所以省略说明。
根据本实施方式,不会象以前那样中途妨碍地辐射从光源(LED704)直接射出的光,该辐射光在盖801的内面整体中高效反射,所以可以形成更亮的组合灯800,不仅可以使来自汽车正后方的光、还可以使来自上下左右的光的识别性也提高。
(实施方式7N)
图90表示根据实施方式7N的汽车用后组合灯800A,向具有与实施方式7M同样结构的部分附加共同的引用数字,所以省略重复说明。在该后组合灯800A中,横向1列地设置3个、纵向配置3级具有作为周围反射器的第2反射镜703与LED704并形成椭圆形的LED灯701A,支撑固定在台座803上,用由具有透光性的树脂形成的盖801来覆盖后组合灯的正面。另外,对盖801内部全部实施铝蒸镀,形成光反射面。
图91示出在图90的J~J部切断的截面,将LED灯701A配置成局部相对进深方向(Z方向)重复,设置成位于纸面左侧的LED灯701A配置得比位于其右侧的LED灯701A更靠前。
第2反射镜703具有将LED704配置在中心后将多个反射面配置成同心圆形的构成。
LED704在电连接于设置在背后的装配基板上的同时,定位成相对第2反射镜703配置在所定位置上。
根据上述实施方式7N,因为在盖801内沿进深方向重复配置椭圆状的多个LED灯701A,所以在点亮LED灯701A时可以得到基于反射图案的崭新视觉性。另外,即使当LED灯701A未点亮时(例如白天时),透过盖801后从外部入射的光也在后组合灯的第2反射镜703的包含光反射面上被反射,实现有进深感的美观性,提供崭新视觉性。另外,LED灯701A的个数和排列不限于图示的结构。另外,配置也同样,例如也可以将配置在一列中央的LED灯701A配置在比相邻的其它两个LED灯701A更靠前侧或内侧。
另外,因为可以不依赖于透镜等光学部件而通过基于第2反射镜703的反射的光学控制来确保作为灯具的配光特性,所以可以将盖801形成一般结构,可以在点亮时照射有透明感的光。另外,因为即使在非点亮时也可以识别盖801的内部,所以可以得到基于第2反射镜703的形状的崭新视觉性。另外,除盖801使用无色外,例如也可以使用着色成红、黄、橙等颜色的盖。
另外,也可以通过透镜等光学部件来控制作为灯具的配光特性。例如,也可以在盖801的光透过部分形成透镜。
(实施方式7P)
图92表示根据实施方式7P的汽车用后组合灯800B的截面,LED灯701A与实施方式7J中说明的同样,具有由相对LED704的发光元件(未图示)的中心轴方向具有倾斜并辐射光来形成的反射面703a、703b、703c、703d构成的第2反射镜703,沿盖801的内面配置。另外,图中一体设置LED灯701A的第2反射镜703,但也可以分别独立形成,沿盖801的内面配置。其它结构与实施方式7S同样,对相同结构附加共同的引用数字,所以省略重复说明。
根据上述实施方式7P,因为沿盖801的内面配置LED灯701A,所以可以提供能降低向车体侧的突出量、薄型的后组合灯800B。
(实施方式8A)
参照图93至图94来说明本发明的灯具的实施方式8A。
如图93所示,本实施方式8A的灯具901装载中心内置发光元件902的作为辐射光源的LED903,对配置在其周围的合成树脂蒸镀铝构成的反射器主体904的表面中的斜线部分构成由多个区段905a、905b构成的反射器904a、904b。如图93(b)的截面图中所示,反射器904a、904b的区段905a、905b变为大致45度的斜面,向上方(Z轴方向)反射从向LED903的相对向的发光元件902的发光面的二维方向反射的光学面909b向二维方向反射的光。
这里,所谓二维方向是指向相对LED903、在其周围设置的区段905a、905b构成的反射器904a、904b形成的面的方向。严格讲,不是从LED903向垂直于Z轴的平面方向,而是来自LED903的光高效照射到设置在LED903周围的反射器面上的方向。
因为内周的反射器904a接近LED903,所以内周的反射器904a的区段905a都是平面,由8面的区段905a形成正八边形。相反,外周的反射器904b的区段905b如图94所示,A~A截面的表面变为稍凹陷的曲面。
LED903的结构和辐射原理与实施方式1A中使用的图12或实施方式2A中使用的图16所示的LED同样,所以省略说明。
在LED903周围有具有大致45度倾斜的反射器904a,但以在上面909b反射后在X-Y平面中大致平行前进的光为主,从侧面910直接辐射的光也在X-Y平面中平行接近,所以由反射器904a反射的光分别基本上接近垂直地向上方前进,在距Z轴至少20度的范围内向外部辐射。另外,上述表现为“平行”的光也由于存在发光元件902的大小而不完全平行,但任一光都大致平行,确实进入至少距Z轴20度的范围内。
另一方面,反射器904a外周的反射器904b也反射从LED903向二维方向辐射的光,但如上所述,由于反射器904b的长的方向为凹曲面,所以聚光,亮度提高,向上方反射。从而,光的强度与距光源的距离的平方成反比地衰减,但距光源LED903的距离近、则衰减率小的反射器904a的反射光,由平面的反射器904不聚光而向上方反射。相反,距光源LED903的距离远、则衰减率大的反射器904b的反射光由凹曲面的反射器904b聚光后向上方反射。另外,从形成于LED903的中心部分的中央辐射面909a,向Z轴方向外部辐射的光不到达设置在LED903周围的反射器904,直接向外部辐射。
发光元件为LED,将电能直接变换为沟通,所以不象白炽灯的灯丝那样有高温部位。另外,因为发光元件尺寸微小,所以可以提高光学控制效率。并且,在LED自身中具有用于向二维方向辐射来自发光元件的光的反射镜,并且该反射镜通过透明环氧树脂来密封发光元件的同时模制成型,所以不象现有例那样部件个数多,使发光元件与向二维方向辐射用的反射镜的定位不费时间,容易实现高的位置精度。
结果,在从上方(Z轴方向远方)识别的情况下,通过来自LED903的直接光和聚光调整后来自各反射器区段的辐射光,可以构成灯具901的整体亮度均匀闪光的自然图象的灯具。并且,灯具901可以形成在熄灭时外部光反射后整体均匀闪光的美观性非常好的灯具。
下面,参照图95、图96来说明本实施方式8A的灯具901的变形例。图95的变形例中在反射器904b的区段905b的A~A方向上表面没有曲率,在B~B方向上有凹曲率。另外,图96的变形例中,两个方向上有凹曲率,在任一外侧的反射器904b中,作为灯具,都需要聚光度。
并且,作为其它变形例,也可以内侧的区段905a为凸面、外侧的区段905b为平面,使内侧的反射光扩散,使整体亮度均匀。此时,适用于需要比本实施方式8A的灯具901还宽的配光的情况,或反射器区段相位光源的立体角小的情况。并且,考虑如下变形例,将反射器作为3个以上环状,对应于从光源向各区段的照射密度使曲率变化,形成聚光反射面或扩散反射面,外侧的反射器的区段分割数比内侧的反射器多等。例如,外侧的反射器904b的亮度比接近LED903的反射器904a高。
因此,可以构成薄型、高效、美观的自由度大、整体亮度均匀闪光的自然图象的灯具。
(实施方式8B)
下面,参照图97来说明本发明的灯具的实施方式8B。
如图97所示,在本实施方式8B的灯具911中,相邻的反射器区段距中央的距离不同。即,包围与实施方式8A同样作为辐射光源的LED903,以在距LED903最近的位置上为区段915a、在距LED903次近的位置上为区段915b、在距LED903第3近的位置上为区段915c、在距LED903最远的位置上为区段915d的形态,相互错开地从LED903逐级离开。这样,通过配置反射器的区段915a、915b、915c、915d,可以进一步分散灯具911的亮点。另外,通过对应于来自LED903的照射密度来使各区段915a、915b、915c、915d具有曲率,可以使灯具911整体的亮度均匀。
另外,相邻区段未必如此完全错开,也可以是一定程度(例如区段幅度的一半左右)的错开量。这样也可以一定程度分散灯具911的亮点。
(实施方式8C)
下面,参照图98来说明本发明的灯具的实施方式8C。
如图98所示,在本实施方式8C的灯具921中,由排列成2段的反射器区段922来形成了大致椭圆形的辐射面。在装载与实施方式8A同样的作为辐射光源的LED903,在其周围双重地排列区段922,形成椭圆形状。另外,通过使各区段922对应于来自LED903的照射密度具有曲率,可以使灯具921整体的亮度均匀。
这样,可以构成薄型、高效、美观的自由度大、不使效率降低地对应于椭圆形状等不同形状的灯具。
(实施方式8D)
下面,参照图99来说明本发明的灯具的实施方式8D。
如图99所示,在本实施方式8D的灯具931中,由区段932形成为椭圆形状,但作为辐射光源的LED903的位置距中央偏离大。从而,各区段的位置或形状也各异,但通过对应于来自LED903的照射密度来具有曲率,可以使灯具931整体的亮度均匀。另外,若从光源向二维方向均匀辐射,则至各区段的照射密度与各区段距光源的距离的平方成反比。上述的实施方式也同样,但在本实施方式8D中,产生接近光源的区段与离开光源的区段的距离比大,照射密度的差大。但是,通过将接近光源的区段设为凸面,随着离开距离,依次减小曲率,在最远的区段中设为平面,可以实现亮度的均匀化。
在上述各实施方式中,说明通过使区段具有曲率来使灯具整体的亮度均匀的情况,但未必仅是均匀的情况,也可以随着场所来改变灯具的亮度。重要的是通过使区段具有曲率来控制灯具的亮度的事实。
(实施方式8E)
下面,参照图100来说明本发明的灯具的实施方式8E。
如图100所示,在本实施方式8E的灯具941中,由圆盘型的透明体944来包围中心的LED943。LED943与上述各实施方式的LED903不同,在设置在垂直方向上的1对导线946a、946b中导线946a的上面安装发光元件942,发光元件942与另一个导线946b通过引线取得电连接,树脂密封成与LED903同样的形状。在上述各实施方式中,也可以使用LED943来代替LED903。
在透明体944的下面,跨过3阶梯设置反射器945。这些反射器945通过全反射向上方反射从LED943向二维方向辐射后透过透明体944中的光。另外,在每个段中分成8个区段,将来自辐射光源943的照射密度高的接近部分的区段设定成低聚光度、将照射密度低的远的部分的区段设定成高的聚光度,从而可以构成取得反射器整体亮度平衡且均匀的光的灯具。
(实施方式8F)
下面,参照图101来说明本发明的灯具的实施方式8F。
如图101(a)所示,在本实施方式8F的灯具中,使用采用8个透镜型LED963后向二维方向将辐射面排列成八边形的辐射光源962,作为辐射光源,代替一体型LED903、943。如图101(b)、(c)、(d)所示,该透镜型LED963中密封树脂透镜964在β方向宽,在与之垂直的γ方向窄。另外,辐射光源962排列8个透镜型LED963,使α~β平面沿二维方向排列。
从透镜型LED963向β方向辐射稍扩散的辐射光,向α方向辐射大致平行的辐射光,所以辐射光源962向二维方向360度地无间隙辐射光。至配置在该辐射光源962周围的各反射器区段的距离差大的情况下,可以得到与上述各实施方式同样的效果。
实施方式8G)
下面,参照图102来说明本发明的灯具的实施方式8G。
如图102(a)所示,在本实施方式8G的灯具中,使用采用8个反射型LED953后向二维方向将辐射面排列成八边形的辐射光源952,作为辐射光源,代替一体型LED903、943。如图102(b)、(c)所示,该反射型LED953在一对导线954a、954b中导线954a的前端里侧安装发光元件942,发光元件的上面端子与导线954b通过引线取得电连接,在与发光元件942的发光面相对的位置上设置旋转抛物线形状的反射镜955,用透明环氧树脂956来密封整体。由此,大发光元件942辐射的光在旋转抛物面形状的反射镜955大致沿垂直轴向平行反射,从辐射面957辐射到外部。因此,若构成反射型结构,则可以更有效地向二维方向辐射发光元件发出的光。
这里,若发光元件942的光在反射镜955被正确地沿垂直轴方向平行反射,则在辐射光源952的相邻反射型LED953之间产生未辐射光的部分,但实际上由于发光元件942的大小等还产生沿斜向向外部辐射的光,所以辐射光源952向二维方向360度地无间隙辐射光。
至配置在该辐射光源952周围的各反射器区段的距离差大的情况下,可以得到与上述各实施方式同样的效果。另外,如上述的实施方式那样不构成薄型、小型,但即使是这种光源也无妨。
在上述各实施方式中,假设使用红色发光元件用作发光元件的情况,但即使使用其它颜色的发光元件也无妨。另外,虽在LED中使用透明环氧树脂作为密封发光元件的光透过性材料,但也可以使用以透明硅树脂为主的其它材料。灯具的其它部分的结构、形状、数量、材质、大小、连接关系等不限于上述各实施方式。
产业上的可以利用性
如上所述,本发明的发光二极管的特征在于,具有:安装在电源提供部件上的发光元件;密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;反射面,其相对向所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光。
因此,通过透光性材料可以使作为光学面的反射面和侧面辐射面的中心轴与发光元件的中心轴一致地高精度形成,从发光元件辐射的光被反射面均匀反射,所以放出的光的亮度与场所无关,在全部方向上均匀。因此,可以消除由圆顶部聚光辐射的现有型LED外部中设置反射镜的现有型结构的LED灯内在的、LED自身中易产生配光差异、且易产生因与设置在LED外部的反射镜的错位引起的差异等涉及配光特性差异的现有问题。
另外,因为可以由透光性材料一体密封发光元件,所以即使在制造后还产生物理冲击的情况下也不会产生错位,在发光元件与反射面之间不存在界面等,所以不担心污垢等进入,不会产生因界面或污垢等引起的光损失。另外,因为将发光元件直接密封在透光性材料内,所以可以减小整体厚度,可以最大限度发挥作为LED特点的薄型化。
另外,若在所述反射面的中央部设置向与所述发光元件的中心轴大致平行的方向辐射所述发光元件发出的光的中央辐射面,则可以从中央辐射面直接取出从发光元件辐射到上方的光,所以发光的中心部不会变为中空状态,可以提高美观性。
另外,若所述中央辐射面被形成于从所述发光元件的发光面沿所述发光元件的中心轴方向的0.3mm~1.0mm的范围内,则可以使所述反射面的立体角增加,实现光学特性的提高,同时,即使在由于形成中央辐射面而使反射面接近发光元件的情况下,也可以确保引线接合时的接合空隙或树脂模制的空间。
另外,通过使所述中央辐射面比所述发光元件的发光面积小,可以在发光二极管的周围设置反射镜的情况下取得基于反射镜的反射强度与中央辐射面的辐射强度的平衡,也美观。
另外,本发明的发光二极管的特征在于,具有:安装在电源提供部件上的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件,所述密封部件具有反射面,其向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,所述反射面与所述发光元件的最短距离不到所述反射面半径R的1/2,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
根据这种构成,可以在薄型化发光二极管的同时,不仅在中心轴方向、而且在与中心轴正交的方向上也可以辐射从发光元件辐射的光,并且,因为随着发光元件与反射面的接近,向与中心轴正交的方向的辐射性变大,所以得到辐射范围的宽范围的配光特性。另外,即使产生发光元件的中心轴与第1反射镜的中心轴的错位,也不会产生LED灯的表面亮度差。另外,即使使用发光元件的配光特性有差异的光源,也可以通过向宽范围的辐射范围辐射光,而不会产生LED灯的表面亮度差。
另外,本发明的发光二极管的特征在于,具有:安装在电源提供部件上的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件,所述密封部件具有反射面,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,所述反射面具有半径R比从所述发光元件的发光面到所述反射面的所述发光元件中心轴方向的高度H大的尺寸,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
根据这种构成,可以在薄型化发光二极管的同时,不仅在中心轴方向、而且在与中心轴正交的方向上也可以辐射从发光元件辐射的光,所以得到辐射范围宽的范围的配光特性。
并且,在所述发光二极管中,当射出光相对所述发光元件的所述中心轴方向的射出角度的辐射强度I(θ)用I(θ)=k·cosθ+(1~k)·sinθ(k为由所述发光元件对应于所述射出角度θ的辐射强度确定的常数)表示时,k≤0.8,由此不仅在中心轴方向、而且在与中心轴正交的方向上也可以辐射从发光元件辐射的光,所以得到辐射范围宽的范围的配光特性。
另外,在上述发光二极管中,若发光元件具有相对发光的光示出光透过性的透光性基板,则可以向外部辐射在发光元件内反射的光,可以提高发光元件的辐射效率。
另外,在上述发光二极管中,若密封部件包含覆盖发光元件的光扩散材料,则通过由光扩散材料扩散从发光元件辐射的光,可以辐射到宽范围。
另外,在上述发光二极管中,若在光扩散材料中使用荧光体,则由于通过从发光元件辐射的光激励荧光体,从而可以辐射激励光,向更宽范围辐射光。
并且,本发明的发光二极管构成为:由透光性材料的密封部件密封安装在电源提供部件上的发光元件,并由所述密封部件形成接受辐射光并反射到所述发光元件的发光面的反射面、和辐射来自所述反射面的反射光与来自所述发光元件的直接光的侧面辐射面,其特征在于:所述反射面相对所述发光元件具有2π{1~cosθc(θc:所述透光性材料的临界角)}以上的立体角,所述侧面辐射面形成为由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角具有比所述θc小的角度,入射从所述发光元件发出的光后,辐射到外部。
因此,由反射面反射后大致平行地前进的光在侧面辐射面基本不变是大致平行地前进,在发光元件的中心轴周围360度的方向上大致平面状地辐射到外部,并且,从发光元件直接射向侧面辐射面的光在侧面辐射面不折射,以原来的方向辐射到外部。因此,没有辐射到相对中心轴小的角度范围的光,可以使作为一次光被控制后从侧面辐射面辐射到外部的光的辐射效率大幅度提高。
并且,本发明的发光二极管的特征在于:构成导线框,形成从发光元件的安装部分的附近向安装面下方弯曲后向光透过性树脂外部突出的形状,使由光透过性树脂密封的部分尽可能少。
这样,若向下方弯曲导线框并向光透过性树脂的外部突出,则光透过性树脂中发光元件安装面在周围延伸到侧面的水平面的下方的部分,比该水平面的上方部分薄得多,所以密封部分与向树脂的水平方向突出相比大幅度减少。从而,因为发光元件的热在极短距离内释放到外部,所以发光元件和导线框中不会积蓄热,另外,因为导线框与树脂的抵接部分少,所以可以防止导线框与树脂的边界产生裂纹。
另外,本发明的发光二极管的特征在于:导线框中由光透过性树脂密封的部分具有向宽范围传导并分散发光元件的热的面积。
从而,可以使从发光元件直接传导到光透过性树脂的热和从发光元件经导线框传导到光透过性树脂的热分散到宽面积的导线框整体中。因此,可以防止光透过性树脂中积蓄热而温度高、由该热触发的光透过性树脂的残留应力引起的热膨胀、在发光元件和导线框与光透过性树脂的交界处产生裂纹。
另外,本发明的发光二极管的特征在于,具备:发光部,该发光部具有将从由光透过性材料埋设的发光元件辐射的光至少向2维平面方向反射光的2维方向反射面;和反射器部,其在所述发光部的至少2维方向周围,具有光学结合、延长所述2维方向反射面所形成的反射面。
这样,该LED具备配备2维方向反射面的发光部和至少光学结合在其周围的反射器部,反射器部通过具有延长2维方向反射面的反射面,该LED与反射器部大小的2维方向辐射LED同等,可以形成相对发光元件大的立体角,所以得到辐射效率高的LED。另外,虽然发光部在导线框中连续形成多个,但可以小型化,所以与由发光元件密封树脂形成相同立体角相比,其间隔为插件直径左右,增加装配个数。另外,因为LED密封树脂固化时间一般为1小时以上,所以得到批量生产性好的LED。并且,与用发光元件密封树脂形成相同立体角相比,可以将LED密封树脂的内部应力抑制得小,所以不会产生对发光元件的应力损坏、插件的裂纹,可靠性高。这样,可以得到辐射效率高、批量生产性好、可靠性高的2维方向辐射型的发光二极管。
并且,所述反射器部的厚度形成得薄,还向所述2维方向反射从所述发光部辐射的光中到达与所述反射面相对向面的光,从而除由反射面反射后反射到2维方向的光外,在与反射面相对向的面中来自发光部的光也被全反射并辐射到2维方向,所以得到辐射效率更高的LED。这样,得到辐射效率更高、批量生产性好、可靠性高的2维方向辐射型的发光二极管。
另外,所述反射器部具有与所述反射面相对向、并将由所述2维方向反射面和反射面向所述2维方向反射的光向与所述2维方向大致垂直的方向反射的阶梯状反射面,从而即使在发光二极管的周围不设置反射部件,反射器部也可以起到反射部件的作用并向与2维方向大致垂直的方向反射光。因此,得到可以用作小型、辐射效率高的灯具的发光二极管。从而,得到可以用作小型、辐射效率高的灯具的、批量生产性好、可靠性高的发光二极管。
并且,所述发光部的2维方向反射面形成以发光元件或发光元件周围为焦点、并使椭圆、抛物线、双曲线或它们的近似曲线的任一部分绕通过所述发光元件的发光面中心的垂直轴旋转的形状,从而由光学面反射的光全部向水平面平行前进,向2维方向辐射。另外,因为在反射器部的上面形成与该光学面连续的形状,所以由反射器部的上面反射的光也全部在水平面中平行前进,向2维方向辐射。由此,得到向2维方向的辐射效率高、批量生产性好、可靠性高的发光二极管。
另外,本发明的发光二极管的特征在于,具备:光源部,其为相对向于埋设的发光元件的发光面的部分向外侧突出的圆锥形;和反射部,其具有结合在所述圆锥形部分上、并将从所述光源部辐射的光至少向2维平面方向反射光的2维方向反射面。
因此,从光源部辐射后由反射部反射的光至少向2维平面方向辐射,发光二极管整体进行作为2维方向辐射光源的动作。这样,即使不组合具有至少向2维平面方向反射光的2维方向反射面的发光部与反射器部,也可以得到能以高的辐射效率向2维方向辐射光的发光二极管。这样,可以得到向2维方向的辐射效率高、批量生产性好、可靠性高的发光二极管。
并且,本发明的LED灯是在发光二极管周围配备反射镜的LED灯,其特征在于,所述发光二极管具有:安装在电源提供部件上的发光元件;密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;反射面,其相对向于所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光。
因此,从发光元件辐射的光被发光二极管的反射面均匀反射,在与发光元件的中心轴大致正交的方向上被均匀辐射,所以放出的光的亮度与场所无关,是均匀的。这样,通过由发光二极管周围配备的反射镜进一步反射从发光二极管均匀辐射的光,可以得到大面积的外部辐射光。
另外,若在所述反射面的中央部具有中央辐射面,向与所述发光元件的中心轴大致平行的方向辐射所述发光元件发出的光,则可以从中央辐射面直接取出从发光元件辐射到上方的光,所以发光的中心部不会变为中空状态,变为均匀光,得到可以提高美观性的LED灯。
另外,本发明的LED灯的特征在于,具有:安装在电源提供部件上的发光元件;和密封该发光元件的由透光性防料构成的密封部件,所述密封部件具有反射面,其向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,所述反射面与所述发光元件的最短距离不到所述反射面半径的1/2,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
根据这种构成,不仅在中心轴方向、而且在与中心轴正交的方向上也可以辐射从发光元件辐射的光,并且,因为随着发光元件与反射面的接近,向与中心轴正交的方向的辐射性变大,所以在向LED灯赋予识别性好、崭新视觉的同时,可以得到辐射范围宽的范围的配光特性。
另外,本发明的LED灯的特征在于,具有:发光二极管和反射从所述发光二极管辐射的光的反射镜,该发光二极管具有安装在电源提供部件上的发光元件;和密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件,而所述密封部件具有反射面,其向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件辐射出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面,所述反射面具有半径R比从所述发光元件的发光面到所述反射面的边缘的所述发光元件中心轴方向的高度H大的尺寸,并相对于所述发光元件形成邻近光学系统。
根据这种构成,因为不仅向中心轴方向还向与中心轴正交的方向辐射从发光元件辐射的光,所以得到辐射范围宽的范围的配光特性的LED灯。
另外,当射出光相对所述发光元件的所述中心轴方向的射出角度的辐射强度I(θ),用I(θ)=k·cosθ+(1~k)·sinθ(k为由所述发光元件对应于所述射出角度θ的辐射强度确定的常数)表示时,k≤0.8,从而因为不仅向中心轴方向还向与中心轴正交的方向辐射从发光元件辐射的光,所以得到辐射范围宽的范围的配光特性的LED灯。
另外,本发明的LED灯具备发光二极管和反射从所述发光二极管辐射的光的反射镜,其中,所述发光二极管构成为:由透光性材料的密封部件密封安装在电源提供部件上的发光元件,并在所述密封部件上形成接受辐射光并反射到所述发光元件的发光面上的反射面、和辐射来自所述反射面的反射光与来自所述发光元件的直接光的侧面辐射面,所述反射面相对所述发光元件具有2π{1~cosθc(θc:所述透光性材料的临界角)}以上的立体角,所述侧面辐射面形成为具有由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角比所述θc小的角度,并入射从所述发光元件发出的光后,辐射到外部。
因此,因为由反射镜反射作为一次光被控制后从发光二极管的侧面辐射面辐射到外部的辐射效率高的光,所以可以大幅度提高基于该反射的辐射效率。
另外,本发明的LED灯的特征在于:具备发光元件;其向侧面方向反射来自设置在该发光元件上方的所述发光元件的光的第1反射镜;和向上方辐射该第1反射镜的反射光的第2反射镜。
由此,仅通过在发光元件的正上方设置向侧面方向反射的第1反射镜,则可以得到向上方反射该反射光的第2反射镜越远离第1反射镜的面积越大的外部辐射光。另外,因为反射到侧面的光全部被光学控制后向上方反射并辐射到外部,所以可以得到高的外部辐射效率。这样,实现作为LED特点的薄型化,可以薄型并由1个发光元件来照射大的面积,形成得到高的外部辐射效率的LED灯。
并且,若在所述第2反射镜内侧设置向上方反射向所述发光元件的侧向射出的光的第3反射镜,则与不设置第3反射镜的发明的LED灯中仅向发光元件正上方辐射光相比,似如从发光元件的周围向上方辐射光,看起来更像整体发光,得到所谓美观性提高的效果。
另外,通过将所述第1反射镜与所述第2反射镜形成为一体的光学体,在简化构成的同时,第1反射镜与第2反射镜不会错位,形成确实得到高的外部辐射效率的LED灯。
并且,通过所述第2反射镜在从上方看时为多边形或接近多边形的形状,使多个同形的多边形组合,从而使外部辐射效率降低,可以使一定形状的范围发光,可以作为车载用灯等来应用。
另外,若将所述发光元件安装在金属板上的电路基板上,则因为在导热性好的金属板上安装发光元件,所以放热性大幅度提高,即使向发光元件通入大电流,也不会引起热饱和,所以具有得到大的光输出的优点。这样,形成薄型、具有大的放热性、不受热饱和限制而得到大的光输出、得到亮的辐射光的LED灯。
另外,本发明的发光器的特征在于,具有:光源和反射器,其中,
所述光源具有安装在电源提供部件上的发光元件;密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;第1反射面,其相对向于所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的所述中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述第1反射面反射的光,
而所述反射器具有将从所述侧面辐射面辐射的所述光反射到所定的照射方向的多个第2反射面。
由此,光源通过由透光性树脂一体化发光元件与上面反射面,由此确保位置精度,所以只要管理光源与反射器的定位精度即可以,可以降低组装作业的手续,由此可以使生产性提高,同时,可以容易得到要求的光辐射性。
另外,若在所述第1反射面的中央部,具有向与发光元件的中心轴大致平行的方向辐射发光元件发出的光的中央辐射面,则可以从中央辐射面直接取出从发光元件向上方辐射的光,所以发光的中心部不会变为中空状态,可以提高美观性。
另外,若所述第1反射面具有随着接近发光元件来使上面反射面的感光角度(立体角)增大的构成,则通过上面反射面的立体角增加,光学特性提高,同时,可以确保发光元件的引线接合时的引线空隙或树脂模制的空间。
进而,若所述光源被配置在与中心错开的位置上,在圆周方向上相邻的光学控制面的位置在半径方向上彼此不同,则光也会抵达光学控制面的侧面的斜方反射面。因此,当从由光学控制面反射的方向的范围外观看发光器时,可以在由相邻光学控制面的位置在半径方向上不同所形成的斜方反射面中确认光的反射,得到识别角度大的发光器。
另外,若所述反射器通过多个第2反射面,向作为所定照射方向的、相对发光元件的中心轴具有所定倾斜的方向反射光,则由此可以向对发光元件的中心轴具有倾斜的方向辐射均匀的光,可以在提高发光器的配置自由度的同时,使美观性提高。
另外,若将所述反射器设置在倾斜部位,则可以形成薄型、能沿倾斜配置、得到高的外部辐射效率的发光器。
另外,若设定各光学控制面的角度和方向,以便所述多个第2反射面向相同方向反射被反射的反射光,则因为向所定的倾斜方向集中反射光,所以该方向的光量大幅度增大,外部辐射效率变高,形成薄型、能沿倾斜配置、得到高的外部辐射效率的发光器。
另外,本发明的灯具具备多个发光器,该多个发光器分别具有:光源,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射发光元件发出的光;和具有多个第2反射面的反射器,向所定的辐射方向反射从所述光源向与所述发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向辐射的光,以所定排列来排列构成所述多个发光器。
由此,可以向反射镜充分照射光,可以赋予光的利用效率好、且基于LED灯的配置的崭新视觉效果。
另外,若所述光源被固定在将其导线框配置在所述壳体背面的基板上,该固定位置对应于所述反射镜的贯穿孔,则通过以一定的位置精度装配基板,以一定的位置精度固定发光二极管与贯穿孔。
另外,若在所述基板中的光源的固定位置上设置插入发光二极管的导线框的凹状部件,则因为可以同时进行发光二极管的电连接与定位,所以组装作业性提高。
另外,在根据本发明的灯具中,最好光源具有安装在电源提供部件上的发光元件;密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;第1反射面,相对向于所述发光元件的发光面侧,向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述第1反射面反射的光。
由此,进而可以在降低多个发光器中的光辐射性差异的同时,提高发光时的视觉效果。
另外,若所述光源由多个LED构成,排列成辐射状,使多个LED的中心轴的交点为同一平面上的一点,则从发光元件辐射的光具有指向性,并沿面上辐射,提高光的利用效率。
另外,若所述多个发光器被配置成相邻的发光器的所述反射器的一部分重合,则可以提供基于多个发光器的组合的崭新视觉效果。
另外,若所述多个发光器包含排列成多段或多行的多个发光器,各段发光器包含排列成线性的多个发光器,则提供基于多个发光器的组合的崭新视觉效果,同时,提高作为灯具的识别性和光辐射性。
另外,通过多个发光器将分离排列成线性的所述多个发光器的隔板插入,可以有效地向照射范围照射根据发光器点亮来辐射的光。
另外,通过多个发光器对发光器的外周部或所述隔板的至少一部分实施光反射加工来形成,在非点亮时也可以发挥基于外来光的视觉效果,提高美观性,同时光的利用效率好,且可以赋予基于LED灯配置的崭新视觉效果。
另外,通过沿中心轴方向不同高度地排列多个发光器中相邻的发光器,可以提供无论点亮时还是非点亮时都具有进深感的视觉效果。
另外,通过多个发光器具有以光源为中心将多个反射面配置成同心圆形的结构,可以高效地反射向与大致正交的方向辐射的光,并向沿中心轴的方向辐射。
另外,通过将多个反射面形成为大致平面状,可以不损害光辐射性地实现薄型化。

Claims (61)

1.一种发光二极管,包括:
安装在电源提供部件上的发光元件;和
密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;
其中,所述密封部件包括:反射面,该反射面与所述发光元件的发光面相对,并沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光;和
其中,所述反射面具有由Z=f(X)代表的一部分线段绕所述发光元件的中心轴旋转所形成的形状,其中所述线段位于在所述发光元件的中心轴Z轴和与Z轴正交的X轴之间形成的平面中,所述Z=f(X)满足{d2f(X)/dX2}<0,并且所述反射面的一部分具有向外部直接辐射所述发光元件发出的光的中央辐射面。
2.根据权利要求1所述的发光二极管,其特征在于:
所述辐射面向与所述发光元件的中心轴大致平行的方向辐射所述发光元件发出的光。
3.根据权利要求2所述的发光二极管,其特征在于:
所述中央辐射面是形成于所述发光元件的中心轴上的轴上辐射面。
4.根据权利要求3所述的发光二极管,其特征在于:
所述轴上辐射面形成在沿所述发光元件的中心轴方向离开所述发光元件的发光面0.3mm~1.0mm的范围内。
5.根据权利要求3所述的发光二极管,其特征在于:
所述轴上辐射面的面积比所述发光元件的发光面积小。
6.一种发光二极管,包括:
安装在电源提供部件上的、具有宽的配光特性的发光元件;和
密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;
其中所述密封部件包括:反射面,其沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件发出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面;和
其中,所述反射面的一部分具有向外部直接辐射所述发光元件发出的光的辐射面,所述辐射面与所述发光元件的最短距离小于所述反射面半径R的1/2,以形成邻近光学系统。
7.一种发光二极管,包括:
安装在电源提供部件上的、具有宽的配光特性的发光元件;和
密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件,
其中所述密封部件包括:反射面,所述反射面沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件发出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面;并且,所述反射面的半径R具有比沿所述发光元件的中心轴方向从所述发光元件的发光面到所述反射面的边缘的高度H大的尺寸,以形成邻近光学系统。
8.根据权利要求6或7所述的发光二极管,其特征在于:
当射出光相对所述中心轴线方向的射出角度为θ时,发光元件的辐射强度I(θ)用I(θ)=k·cosθ+(1-k)·sinθ表示,其中k为根据所述发光元件的所述射出角度θ由辐射强度确定的常数,并且满足k≤0.8。
9.根据权利要求6或7所述的发光二极管,其特征在于:
所述发光元件包括对其发出的光具有透光性的透光性基板。
10.根据权利要求6或7所述的发光二极管,其特征在于:
所述密封部件包含覆盖所述发光元件的光扩散材料。
11.根据权利要求10所述的发光二极管,其特征在于:
所述光扩散材料是荧光体。
12.根据权利要求6或7所述的发光二极管,其特征在于:
所述反射面相对于所述发光元件具有2π{1-cosθc}或以上的立体角,其中,θc是所述透光性材料的临界角,
所述侧面辐射面形成为使得由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角具有比所述θc小的角度,以便将从所述发光元件发出的光辐射到外部。
13.根据权利要求1、6、7中任一项所述的发光二极管,其特征在于,还包括:
向安装在其上的所述发光元件供电的导线框;
其中,密封部件密封所述发光元件和所述导线框,所述导线框由导热系数在300W/m·k或以上的导电性材料形成,并且所述导线框从所述发光元件的安装位置的附近从所述透光性树脂突出,同时在安装表面以下弯曲,以便使由所述透光性树脂密封的导线框部分尽可能地少。
14.根据权利要求1、6、7中任一项所述的发光二极管,其特征在于,还包括:
向安装在其上的所述发光元件供电的导线框;
其中,密封部件密封所述发光元件和所述导线框,所述导线框包括由透光性树脂密封的部分,所述部分具有足以向宽范围传导并分散所述发光元件产生的热的宽面积,并且所述导线框由导热系数在300W/m·k或以上的导电性材料形成。
15.根据权利要求13所述的发光二极管,其特征在于:
所述导线框由导热系数高的材料形成。
16.根据权利要求1、6、7中任一项所述的发光二极管,其特征在于,还包括:
向安装在其上的所述发光元件供电的导线框;
其中密封部件密封所述发光元件和所述导线框,并包括:密封所述发光元件和所述导线框的一部分的第1透光性树脂,和接触并包围该第1透光性树脂的侧面的第2透光性树脂。
17.一种发光二极管,其特征在于,包括:
发光部,所述发光部包括将从埋设在透光性材料中的发光元件发出的光至少沿2维方向反射的2维方向反射面;和
反射器部,所述反射器部光学连接所述发光部的至少2维方向的周围,并包括从所述2维方向反射面延伸所形成的反射面。
18.根据权利要求17所述的发光二极管,其特征在于:
所述反射器部的厚度形成得薄,并且,所述反射器部还反射到达与从所述发光部辐射的光的反射面相对的表面的光。
19.根据权利要求17所述的发光二极管,其特征在于:
所述反射器部包括阶梯状反射面,该阶梯状反射面与所述反射面相对,并将由所述2维方向反射面和所述反射面沿所述2维方向反射的光,沿着与所述2维方向大致垂直的方向反射。
20.据权利要求17所述的发光二极管,其特征在于:
所述发光部的2维方向反射面具有通过使椭圆、抛物线、双曲线或它们的近似曲线的一部分绕通过所述发光元件的发光面中心的垂直轴旋转所形成的形状,其中所述椭圆、抛物线、双曲线或它们的近似曲线的焦点在发光元件处或发光元件附近。
21.一种发光二极管,包括:
光源部,所述光源部包括圆锥形部分,所述圆锥形部分与埋设的发光元件的发光面相对,并向外侧突出而形成;和
反射部,所述反射部包括2维方向反射面,所述2维方向反射面至少连接到所述圆锥形部分上,并将从所述光源部辐射的光至少沿2维平面方向反射。
22.一种发光二极管(LED)灯,包括:
LED;和
设置在LED周围的反射镜;
其中,所述发光二极管包括:安装在电源提供部件上的发光元件;和密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件,其中,所述密封部件包括:反射面和侧面辐射面,所述反射面与所述发光元件的发光面相对,并沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;所述侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光;和
其中,所述反射面具有由Z=f(X)代表的一部分线段绕所述发光元件的中心轴旋转所形成的形状,其中所述线段位于在所述发光元件的中心轴(Z轴)和与Z轴正交的X轴之间形成的平面中,所述Z=f(X)满足{d2f(X)/dX2}<0,并且所述反射面的一部分具有向外部直接辐射所述发光元件发出的光的辐射面。
23.一种LED(发光二极管)灯,包括:
LED;和
设置在LED周围的反射镜;
其中,所述LED包括:安装在电源提供部件上的、具有宽的配光特性的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;其中,所述密封部件包括:反射面,所述反射面与所述发光元件的发光面相对,并向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件发出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面;和
其中,所述反射面的一部分具有向外部直接辐射所述发光元件发出的光的辐射面,所述辐射面与所述发光元件的最短距离小于所述反射面半径R的1/2,以形成邻近光学系统。
24.一种LED灯,包括:
LED;和
设置在LED周围的反射镜;
其中,所述LED包括:安装在电源提供部件上的、具有宽的配光特性的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;其中,所述密封部件包括:反射面,所述反射面与所述发光元件的发光面相对,并向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件发出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面;和
其中,所述反射面的半径R具有比沿所述发光元件的中心轴方向从所述发光元件的发光面到所述反射面的边缘的高度H大的尺寸,以形成邻近光学系统。
25.根据权利要求23或24所述的LED灯,其特征在于:
当射出光相对所述中心轴线方向的射出角度为θ时,发光元件的辐射强度I(θ)用I(θ)=k·cosθ+(1-k)·sinθ表示,其中k为根据所述发光元件的所述射出角度θ由辐射强度确定的常数,并且满足k≤0.8。
26.根据权利要求23或24所述的LED灯,其特征在于:
所述反射面相对于所述发光元件具有2π{1-cosθc}或以上的立体角,其中,θc是所述透光性材料的临界角,所述侧面辐射面形成为使得由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角具有比所述θc小的角度。
27.根据权利要求23或24所述的LED灯,其特征在于:
所述LED还包括:向安装在其上的发光元件供电的导线框;
其中密封部件密封所述发光元件和所述导线框,所述导线框从所述发光元件的安装位置附近向所述密封部件的外部突出。
28.一种LED灯,包括:
LED;和
设置在LED周围的反射镜;
其中,所述LED包括:安装在电源提供部件上的、具有宽的配光特性的发光元件;和密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;其中,所述密封部件包括:反射面,所述反射面与所述发光元件的发光面相对,并向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射从所述发光元件发出的光;和从侧面辐射由所述反射面反射的光的侧面辐射面;
其中,所述反射面的一部分具有向外部直接辐射所述发光元件发出的光的辐射面,所述辐射面与所述发光元件的最短距离小于所述反射面半径R的1/2,以形成邻近光学系统,和
其中,所述LED灯包括:第1反射镜,该第1反射镜形成在发光元件上,并向侧面方向反射从所述发光元件发出的光;第2反射镜,该第2反射镜向上反射来自第1反射镜的光;和第3反射镜,该第3反射镜设置在所述第2反射镜的内侧,并向上方反射从所述发光元件沿侧向发出的光。
29.根据权利要求28所述的LED灯,其特征在于:
所述第1反射镜与所述第2反射镜形成为一体的光学件。
30.根据权利要求28所述的LED灯,其特征在于:
所述第2反射镜在从向上方看时为多边形或接近多边形的形状。
31.根据权利要求22、23、24中的任一项所述的LED灯,其特征在于:
所述发光元件安装在金属板上的电路基板上。
32.一种发光器,包括:
权利要求1、6、7中的任一项所述的发光二极管;和
反射器,其包括多个第2反射面,用于沿预定的辐射方向反射从所述侧面辐射面辐射的光。
33.根据权利要求32所述的发光器,其特征在于:
在圆周方向上相邻的所述多个第2反射面的位置在半径方向上彼此不同。
34.根据权利要求32所述的发光器,其特征在于:
所述反射器通过所述多个第2反射面,根据所述预定辐射方向,沿着与所述发光元件的所述中心轴具有预定倾斜度的方向反射光,所述多个第2反射面中的每一个具有光控制面,其角度和方向被设定以便允许反射光沿相同的方向被反射。
35.一种灯具,包括:
多个发光器,每个发光器包括:如权利要求6或7所述的发光二极管;和反射器,所述反射器包括多个第2反射面,用于向预定的方向反射从所述光源向与所述发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向辐射的光;
其中所述多个发光器按预定的排列设置。
36.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述发光二极管具有导线框,所述导线框被固定在设置在壳体背面侧的基板上,其固定位置对应于所述反射镜的贯穿孔。
37.根据权利要求36所述的一种灯具,其特征在于:
在所述基板中的所述发光二极管的固定位置处设置有用于插入导线框的凹状部件。
38.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述发光二极管包括:安装在电源提供部件上的发光元件;密封所述发光元件的由透光性材料构成的密封部件;第1反射面,其与所述发光元件的发光面相对,并向与所述发光元件的所述中心轴正交或与所述中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述第1反射面反射的光。
39.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述发光二极管包括多个LED,它们排列成辐射状,使得所述多个LED的中心轴的交点为同一平面上的一点。
40.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述多个发光器被配置成相邻的所述发光器的所述反射器的一部分重合。
41.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述多个发光器包含排列成多段或多行的多个发光器,各段发光器包含排列成线性的多个发光器。
42.根据权利要求41所述的灯具,其特征在于:
所述多个发光器被设置成使隔板通过,以分离排列成线性的所述多个发光器。
43.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述多个发光器对所述发光器的外周部或所述隔板的至少一部分实施光反射抛光。
44.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述多个发光器被设置为:相邻的发光器沿所述中心轴方向排列在不同的段中。
45.根据权利要求35所述的灯具,其特征在于:
所述多个发光器具有以所述发光二极管为中心将多个反射面配置成同心圆形的结构。
46.根据权利要求45所述的灯具,其特征在于:
所述多个反射面形成为大致平面状。
47.一种发光器,包括:
发光二极管,其包括:向与发光元件的中心轴正交或与中心轴成大的角度的方向辐射光的光学系统;和
多个反射面,所述多个反射面配置在与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴成大的角度的方向上,并在相对所述发光元件的中心轴不同的经度方向上,以便控制所述发光元件发出的大部分光;
并且,所述多个反射面包括:在相对所述发光元件的中心轴相同的经度方向上,距所述发光二极管的距离不同的多个反射面。
48.根据权利要求47所述的发光器,其特征在于:
配置在相对所述发光元件的中心轴的相同经度方向上的所述多个反射面设置在不同的纬度方向上。
49.一种发光器,包括:
发光二极管,所述发光二极管包括向与发光元件的中心轴正交或与中心轴成大的角度的方向辐射光的光学系统;和
多个反射面,所述多个反射面配置在与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴成大的角度的方向上,并在相对所述发光元件的中心轴的不同经度的方向上,以便控制所述发光元件发出的大部分光;
并且,所述多个反射面包括具有两种或更多种曲率的反射面。
50.根据权利要求49所述的发光器,其中,
所述多个反射面包括与所述发光二极管具有不同距离的多个反射面。
51.根据权利要求47或50所述的发光器,其中,
所述多个反射面具有随着距所述发光二极管的距离而改变的曲率。
52.根据权利要求51所述的发光器,其特征在于:
所述发光二极管配置在错开所述发光器中心的位置上。
53.一种发光器,包括:
多个指向性强的发光二极管,所述多个发光二极管被排列以沿着与预定轴正交或形成大的角度的方向辐射光,并沿着相对所述预定轴的不同的经度方向辐射光,和
多个反射面,所述多个反射面配置在与所述预定轴正交或与该预定轴形成大的角度的方向上,并且配置在相对所述预定轴的不同的经度方向上,以便控制所述多个发光二极管发出的大部分光;
并且,所述多个反射面包括沿相对所述预定轴的相同经度方向上距所述预定轴的距离不同的多个反射面。
54.一种发光器,包括:
多个指向性强的发光二极管,所述多个发光二极管被排列以沿着与预定轴正交或形成大的角度的方向辐射光,并沿着相对所述预定轴的不同的经度方向辐射光;和
多个反射面,所述多个反射面配置在与所述预定轴正交或与该预定轴形成大的角度的方向上,并配置在相对所述预定轴的不同的经度方向上,以便控制所述多个发光二极管发出的大部分光;
其中所述多个反射面包括具有两种或更多种曲率的反射面。
55.根据权利要求53或54所述的发光器,其中,
所述多个反射面具有随着距所述发光二极管的距离而改变的曲率。
56.一种发光二极管,包括:
安装在电源提供部件上的发光元件;和
密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;
反射面,该反射面与所述发光元件的发光面相对,并沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和
侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面向与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向辐射由所述反射面反射的光。
57.一种发光二极管,包括:
安装在电源提供部件上的发光元件;和
密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;
其中,所述密封部件包括:反射面,该反射面沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面辐射由所述反射面反射的光;所述反射面与所述发光元件的最短距离小于所述反射面半径R的1/2,以形成邻近光学系统。
58.一种发光二极管,包括:
安装在电源提供部件上的发光元件;和
密封该发光元件的由透光性材料构成的密封部件;
其中,所述密封部件包括:反射面,该反射面沿着与所述发光元件的中心轴正交或与中心轴形成大的角度的方向反射所述发光元件发出的光;和侧面辐射面,该侧面辐射面从侧面辐射由所述反射面反射的光;所述反射面的半径R具有比沿所述发光元件的中心轴方向从所述发光元件的发光面到所述反射面的边缘的高度H大的尺寸,以形成邻近光学系统。
59.一种发光二极管,包括:
发光元件,其安装在电源提供部件上并被由透光性材料构成的密封部件密封;和
所述密封部件包括形成在其上的反射面和侧面反射面,所述反射面反射从所述发光元件的发光表面辐射的光;所述侧面辐射面辐射由所述反射面反射的反射光和来自发光元件的直接光;
其中,所述反射面相对于所述发光元件具有2π{1-cosθc}或以上的立体角,其中,θc是所述透光性材料的临界角,所述侧面辐射面形成为使得由所述反射面反射的反射光的入射角和从所述发光元件辐射的直接光的入射角具有比所述θc小的角度,以便将从所述发光元件发出的光辐射到外部。
60.一种发光二极管,包括:
发光部,所述发光部包括将从埋设在透光性材料中的发光元件发出的光至少沿2维方向反射的2维方向反射面;和
反射器部,所述反射器部光学连接所述发光部的至少2维方向的周围,并包括从所述2维方向反射面延伸而形成的反射面。
61.一种发光二极管,包括:
光源部,所述光源部包括圆锥形部分,所述圆锥形部分与埋设的发光元件的发光面相对,并向外侧突出而形成;和
反射部,所述反射部包括2维方向反射面,所述2维方向反射面至少连接到所述圆锥形部分上,并将从所述光源部辐射的光至少沿2维平面方向反射。
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