JP2000182421A - 平坦なアプリケ―ションのための改良された光源装置 - Google Patents
平坦なアプリケ―ションのための改良された光源装置Info
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
- G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
- G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
- G02B6/0023—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed between the light guide and the light source, or around the light source
- G02B6/003—Lens or lenticular sheet or layer
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S362/00—Illumination
- Y10S362/80—Light emitting diode
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子装置において本質的に平らな領域（４０
５）に照明を与える改良された照明装置を提供する。 【解決手段】 本質的に平らなライトガイド（４０４）
の端部の近傍にカプセル封じされた半導体光源（４０
２）を有する光源装置。このカプセル封じされた半導体
光源から放射された光は、その端部を通ってライトガイ
ドに入り込むようになっている。カプセル封じされた半
導体光源は、平らなライトガイドの端部に面する湾曲面
を有するカプセル封じブロック（３０２）の中に封じ込
まれた半導体チップ（３０１）から成っている。このカ
プセル封じブロック（３０２）は、本質的に平らなライ
トガイドの平面に対して垂直な平面内でＤ形状の断面を
有し、そのＤ形状の弧状部分は湾曲面に対応する。カプ
セル封じブロックはＤ形状断面の平面に対して局所的に
垂直な伸延方向に所定距離だけ伸延している。
５）に照明を与える改良された照明装置を提供する。 【解決手段】 本質的に平らなライトガイド（４０４）
の端部の近傍にカプセル封じされた半導体光源（４０
２）を有する光源装置。このカプセル封じされた半導体
光源から放射された光は、その端部を通ってライトガイ
ドに入り込むようになっている。カプセル封じされた半
導体光源は、平らなライトガイドの端部に面する湾曲面
を有するカプセル封じブロック（３０２）の中に封じ込
まれた半導体チップ（３０１）から成っている。このカ
プセル封じブロック（３０２）は、本質的に平らなライ
トガイドの平面に対して垂直な平面内でＤ形状の断面を
有し、そのＤ形状の弧状部分は湾曲面に対応する。カプ
セル封じブロックはＤ形状断面の平面に対して局所的に
垂直な伸延方向に所定距離だけ伸延している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光源の光学
機械構造に関する。本発明は、特に、最善の放射特性を
達成するための、その様な光源のカプセル封じデザイン
に関する。
機械構造に関する。本発明は、特に、最善の放射特性を
達成するための、その様な光源のカプセル封じデザイン
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体光源又はＬＥＤ（発光ダイオー
ド）は、あらゆる種類の電気器具における照明に広く用
いられている。その利点は、サイズが小さいこと、電力
消費量が少ないこと、及び寿命が非常に長いことなどで
ある。
ド）は、あらゆる種類の電気器具における照明に広く用
いられている。その利点は、サイズが小さいこと、電力
消費量が少ないこと、及び寿命が非常に長いことなどで
ある。
【０００３】多くの場合に、割合に大きな表面を限られ
た数の光源で照明することが必要になり、通常はその表
面全体にわって放射強度がなるべく均一であることも必
要である。典型的な実例は、ＬＣＤ即ち液晶ディスプレ
イにバックライトを供給する場合である。図１は、公知
のＬＣＤバックライト装置の概略断面図である。観察者
の目は上にあって、ＬＣＤエレメント１０１の表面をほ
ぼ垂直に見下ろしていると考えられる。ＬＣＤエレメン
トの下にはライトガイド（lightguide）１０２があり、
それはほぼ平らなエレメントであって、その目的は、部
分的には光を水平方向に伝播させ、部分的にはＬＣＤエ
レメントを通して光を上方へ屈折させることである。光
の源は、半導体光源１０３、又は通常ライトガイド１０
２の周囲に分散配置された数個の半導体光源である。
た数の光源で照明することが必要になり、通常はその表
面全体にわって放射強度がなるべく均一であることも必
要である。典型的な実例は、ＬＣＤ即ち液晶ディスプレ
イにバックライトを供給する場合である。図１は、公知
のＬＣＤバックライト装置の概略断面図である。観察者
の目は上にあって、ＬＣＤエレメント１０１の表面をほ
ぼ垂直に見下ろしていると考えられる。ＬＣＤエレメン
トの下にはライトガイド（lightguide）１０２があり、
それはほぼ平らなエレメントであって、その目的は、部
分的には光を水平方向に伝播させ、部分的にはＬＣＤエ
レメントを通して光を上方へ屈折させることである。光
の源は、半導体光源１０３、又は通常ライトガイド１０
２の周囲に分散配置された数個の半導体光源である。
【０００４】図１の装置の性能は、ユーザーにより観察
される照明の分布の見地から評価される。ＬＣＤエレメ
ントの全面にわたって照明が均一であるほど、バックラ
イト装置は良好であるといえる。図２は、ユーザーによ
り観察される照明パターンの公知の欠陥を幾つか示して
いる。光源２０１，２０２及び２０３から放射される光
はＬＣＤエレメントの遠くの端を照明できるほどにライ
トガイド内を十分遠くまで到達することができず、遠く
の端に暗い領域２０４を生じさせてしまう。一方、相当
量の光がＬＣＤエレメントを通って光源の直ぐ近くで屈
折し、明るいスポット２０５，２０６及び２０７を生じ
させる。また、光源の放射ローブが充分に広くはなく
て、暗い隅２０８及び２０９と、光源間の暗い楔状の領
域２１０及び２１１とを生じさせる。
される照明の分布の見地から評価される。ＬＣＤエレメ
ントの全面にわたって照明が均一であるほど、バックラ
イト装置は良好であるといえる。図２は、ユーザーによ
り観察される照明パターンの公知の欠陥を幾つか示して
いる。光源２０１，２０２及び２０３から放射される光
はＬＣＤエレメントの遠くの端を照明できるほどにライ
トガイド内を十分遠くまで到達することができず、遠く
の端に暗い領域２０４を生じさせてしまう。一方、相当
量の光がＬＣＤエレメントを通って光源の直ぐ近くで屈
折し、明るいスポット２０５，２０６及び２０７を生じ
させる。また、光源の放射ローブが充分に広くはなく
て、暗い隅２０８及び２０９と、光源間の暗い楔状の領
域２１０及び２１１とを生じさせる。
【０００５】携帯用電子装置における一般的開発動向
は、小型化を更に進める方向に向かっている。一方、そ
のためにはコンポーネントの物理的サイズを更に小さく
する必要があり、このことは、例えば、図１に示されて
いるライトガイド１０２を更に薄くするべきであること
を意味する。一方、小型装置は、容量が限られている小
型バッテリーを必要とするので、小型化を進めれば装置
の電力消費量に対する要件がますますきつくなる。この
様な要件が、ＬＣＤのような平らな領域を均一に照明す
ることをいっそう難しくしている。ライトガイドを薄く
すれば、それに入り込む光の相対量は小さくなる傾向が
あり、そのことは照明に対して普遍的に不利益な効果を
及ぼす。電力消費量を更に減少させる必要があるという
ことは、照明されるべき領域の周囲により少数の光源を
使用することを示唆するものであるが、そうすると当然
に、発生する光を均一に分布させることがいっそう難し
くなる。
は、小型化を更に進める方向に向かっている。一方、そ
のためにはコンポーネントの物理的サイズを更に小さく
する必要があり、このことは、例えば、図１に示されて
いるライトガイド１０２を更に薄くするべきであること
を意味する。一方、小型装置は、容量が限られている小
型バッテリーを必要とするので、小型化を進めれば装置
の電力消費量に対する要件がますますきつくなる。この
様な要件が、ＬＣＤのような平らな領域を均一に照明す
ることをいっそう難しくしている。ライトガイドを薄く
すれば、それに入り込む光の相対量は小さくなる傾向が
あり、そのことは照明に対して普遍的に不利益な効果を
及ぼす。電力消費量を更に減少させる必要があるという
ことは、照明されるべき領域の周囲により少数の光源を
使用することを示唆するものであるが、そうすると当然
に、発生する光を均一に分布させることがいっそう難し
くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、本質
的に平らな表面を均一に照明する改良された照明装置を
提供することである。本発明の他の目的は、その様な、
電力消費量が割合に少ない照明装置を提供することであ
る。本発明の更なる目的は、自動化された大量生産への
適用可能性の見地から有利な、上記の種類の照明装置を
提供することである。
的に平らな表面を均一に照明する改良された照明装置を
提供することである。本発明の他の目的は、その様な、
電力消費量が割合に少ない照明装置を提供することであ
る。本発明の更なる目的は、自動化された大量生産への
適用可能性の見地から有利な、上記の種類の照明装置を
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、各半導
体光源を包む透過性の物質の新規なデザインを提供する
ことによって達成される。
体光源を包む透過性の物質の新規なデザインを提供する
ことによって達成される。
【０００８】本発明の光源装置は、カプセル封じされた
半導体光源がカプセル封じブロックに封じ込まれた半導
体チップを含んでおり、このカプセル封じブロックは、
本質的に平らなライトガイドの端部に面する湾曲面を含
み、本質的に平らなライトガイドの平面に対して垂直な
平面内でＤ形状の断面を有し、そのＤ形状の弧状部分は
湾曲面に対応し、Ｄ形状断面の平面に対して局所的に垂
直な伸延方向に所定距離伸延していることを特徴とす
る。
半導体光源がカプセル封じブロックに封じ込まれた半導
体チップを含んでおり、このカプセル封じブロックは、
本質的に平らなライトガイドの端部に面する湾曲面を含
み、本質的に平らなライトガイドの平面に対して垂直な
平面内でＤ形状の断面を有し、そのＤ形状の弧状部分は
湾曲面に対応し、Ｄ形状断面の平面に対して局所的に垂
直な伸延方向に所定距離伸延していることを特徴とす
る。
【０００９】本発明に従って、実際の光源を構成する半
導体チップで生成された光は、半導体チップの周囲に透
明なカプセルを用い、それを、基本的に押し出されたＤ
の形に設計することによって、概して扇の形状（fan-li
ke shape）をなすようにコリメートされる。半導体光源
の表面と、放射の主方向における半導体光源を取り囲む
カプセル封じ材料との間の距離は、Ｄ形状の表面の曲率
半径より大きい。カプセル封じされている半導体光源は
平らなライトガイドの近傍に配置される。
導体チップで生成された光は、半導体チップの周囲に透
明なカプセルを用い、それを、基本的に押し出されたＤ
の形に設計することによって、概して扇の形状（fan-li
ke shape）をなすようにコリメートされる。半導体光源
の表面と、放射の主方向における半導体光源を取り囲む
カプセル封じ材料との間の距離は、Ｄ形状の表面の曲率
半径より大きい。カプセル封じされている半導体光源は
平らなライトガイドの近傍に配置される。
【００１０】本発明の光源装置の光学特性を調べた結
果、放射された光の扇状分布は、従来技術の構造の場合
よりも、放射された光を薄いライトガイドに効率よく入
り込ませることが分かった。ライトガイドの平面に垂直
な方向から観察した照明パターンも、いっそう良く均一
となる。本発明のこれらの利点は、設計者に、一方で厚
さ及び電力消費量の低減と他方で照明強化との適当な妥
協点を選択することを可能にする。即ち、もしカプセル
封じのデザインが新規であることを除いて、物理的サイ
ズ及び電力消費量が同じであるならば、より効率の良い
照明が達成され、また、もし前に決定されていた照明レ
ベルが充分であると考えられるならば、別々のコンポー
ネントの個数及びサイズを減少させることができる。
果、放射された光の扇状分布は、従来技術の構造の場合
よりも、放射された光を薄いライトガイドに効率よく入
り込ませることが分かった。ライトガイドの平面に垂直
な方向から観察した照明パターンも、いっそう良く均一
となる。本発明のこれらの利点は、設計者に、一方で厚
さ及び電力消費量の低減と他方で照明強化との適当な妥
協点を選択することを可能にする。即ち、もしカプセル
封じのデザインが新規であることを除いて、物理的サイ
ズ及び電力消費量が同じであるならば、より効率の良い
照明が達成され、また、もし前に決定されていた照明レ
ベルが充分であると考えられるならば、別々のコンポー
ネントの個数及びサイズを減少させることができる。
【００１１】本発明を特徴付ける新規な事項が特に添付
の請求項において提示されている。しかし、本発明自体
は、その構成及び作用の両方に関して、付加的な目的及
び利点と共に、具体的な実施態様についての以下の説明
を添付図面と関連させて検討することで、最も良く理解
される。
の請求項において提示されている。しかし、本発明自体
は、その構成及び作用の両方に関して、付加的な目的及
び利点と共に、具体的な実施態様についての以下の説明
を添付図面と関連させて検討することで、最も良く理解
される。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１及び２については従来技術の
説明との関係で既に言及してあるので、以降の説明は図
３〜図１１に焦点を当てる。
説明との関係で既に言及してあるので、以降の説明は図
３〜図１１に焦点を当てる。
【００１３】図３は、“押し出されたＤ”の物理的形状
の最も単純な意味を斜視図で示している。カプセル封じ
された半導体光源が示されていて、スペクトルの可視領
域（約４００〜８００ｎｍの波長）で電磁放射を放射す
ることのできる半導体チップ３０１は、前記の範囲の可
視波長の少なくとも一部分で透明なカプセル封じ材料３
０２のブロックにより囲まれている。半導体チップ３０
１の形状は本発明ではあまり重要ではなく、例えば、長
方形プリズムの形状のチップが示されている。該半導体
チップから放射される光の主方向は、図示されている座
標系においてはｘ方向である。
の最も単純な意味を斜視図で示している。カプセル封じ
された半導体光源が示されていて、スペクトルの可視領
域（約４００〜８００ｎｍの波長）で電磁放射を放射す
ることのできる半導体チップ３０１は、前記の範囲の可
視波長の少なくとも一部分で透明なカプセル封じ材料３
０２のブロックにより囲まれている。半導体チップ３０
１の形状は本発明ではあまり重要ではなく、例えば、長
方形プリズムの形状のチップが示されている。該半導体
チップから放射される光の主方向は、図示されている座
標系においてはｘ方向である。
【００１４】カプセル封じブロック３０２はｘｚ平面内
で一定の断面を有し、その形は大文字のＤによく似てい
る：それは、ｚ方向の第１の直線と、この第１の直線の
１端に各々直角に結合して正のｘ方向に伸延する２つの
平行な第２の直線と、その第２の直線の、第１の直線に
結合していない端同士を結合させる弧状部分とにより画
定されている。この様な断面でカプセル封じブロックは
ｙ方向に所定範囲にわたって伸延しており、その結果と
しての物理的形状は、ｙｚ平面内の平らで長方形の背面
と；ｘｙ平面内の平行で平らな長方形の上面及び底面
と；ｘｚ平面内の２つの平行で平らなＤ形状の端面と；
そのＤ形状端面の弧状部分と、上面及び底面の該背面か
ら最も遠い側とを結合させる湾曲正面とを有する。
“背”、“上”、“底”、“端”及び“正”などの、一
定の方向を指す全ての用語は、図面における対応する部
分又は面の場所を指す用語として使われているに過ぎな
い。それらは、本発明の光源装置の製造及び使用に方向
上の制限を課すものではない。
で一定の断面を有し、その形は大文字のＤによく似てい
る：それは、ｚ方向の第１の直線と、この第１の直線の
１端に各々直角に結合して正のｘ方向に伸延する２つの
平行な第２の直線と、その第２の直線の、第１の直線に
結合していない端同士を結合させる弧状部分とにより画
定されている。この様な断面でカプセル封じブロックは
ｙ方向に所定範囲にわたって伸延しており、その結果と
しての物理的形状は、ｙｚ平面内の平らで長方形の背面
と；ｘｙ平面内の平行で平らな長方形の上面及び底面
と；ｘｚ平面内の２つの平行で平らなＤ形状の端面と；
そのＤ形状端面の弧状部分と、上面及び底面の該背面か
ら最も遠い側とを結合させる湾曲正面とを有する。
“背”、“上”、“底”、“端”及び“正”などの、一
定の方向を指す全ての用語は、図面における対応する部
分又は面の場所を指す用語として使われているに過ぎな
い。それらは、本発明の光源装置の製造及び使用に方向
上の制限を課すものではない。
【００１５】半導体チップ３０１はカプセル封じブロッ
ク３０２の背面のほぼ真ん中に置かれており、破線の矢
印で図示されている放射の主方向は、半導体チップの正
面からカプセル封じブロックの湾曲正面の中心を通って
正のｘ方向に真っ直ぐに向かう方向である。カプセル封
じブロックの中での半導体チップの他の置き場所につい
ては、後で詳しく説明する。光を放射させるために半導
体チップを通る電流を導くために接続導線が必要になる
が、その配置は、光の伝播を妨げない限りは本発明にと
って重要ではないので、図３には特に図示されてはいな
い。
ク３０２の背面のほぼ真ん中に置かれており、破線の矢
印で図示されている放射の主方向は、半導体チップの正
面からカプセル封じブロックの湾曲正面の中心を通って
正のｘ方向に真っ直ぐに向かう方向である。カプセル封
じブロックの中での半導体チップの他の置き場所につい
ては、後で詳しく説明する。光を放射させるために半導
体チップを通る電流を導くために接続導線が必要になる
が、その配置は、光の伝播を妨げない限りは本発明にと
って重要ではないので、図３には特に図示されてはいな
い。
【００１６】図４は、“押し出されたＤ”という表現の
もう１つの解釈を示している。図４では、カプセル封じ
ブロック３０３は、半導体チップ３０１の中心点を通る
とき、図３のカプセル封じブロック３０２と全く同じ断
面をｘｚ平面内に有する。この中心位置から正及び負の
ｙ方向に所定の等しい距離までは、断面は、図３の実施
態様と同じ形状を保っている。従って、カプセル封じブ
ロックのｙ方向の中心において、押し出し方向はｙ軸に
平行であると言える。しかし、ｙ方向においてカプセル
封じブロックの端部に向かって、各端部で対称的に、押
し出し方向がｙ軸から負のｘ方向に向かって一定量だけ
急に変化する部分がある。カプセル封じブロックの湾曲
正面はＮ個の子面から成っており（ここではＮ＝３）、
数学用語では各子面は、平坦な弧が、弧がある平面に対
して垂直な方向に直線運動することにより画定される面
である。前記方向は、以上の解説では（局所的（loca
l)）押し出し方向とも呼ばれる。
もう１つの解釈を示している。図４では、カプセル封じ
ブロック３０３は、半導体チップ３０１の中心点を通る
とき、図３のカプセル封じブロック３０２と全く同じ断
面をｘｚ平面内に有する。この中心位置から正及び負の
ｙ方向に所定の等しい距離までは、断面は、図３の実施
態様と同じ形状を保っている。従って、カプセル封じブ
ロックのｙ方向の中心において、押し出し方向はｙ軸に
平行であると言える。しかし、ｙ方向においてカプセル
封じブロックの端部に向かって、各端部で対称的に、押
し出し方向がｙ軸から負のｘ方向に向かって一定量だけ
急に変化する部分がある。カプセル封じブロックの湾曲
正面はＮ個の子面から成っており（ここではＮ＝３）、
数学用語では各子面は、平坦な弧が、弧がある平面に対
して垂直な方向に直線運動することにより画定される面
である。前記方向は、以上の解説では（局所的（loca
l)）押し出し方向とも呼ばれる。
【００１７】本発明は、それが正の整数である限りは、
Ｎの値を限定しない。Ｎの値が非常に大きくなるとカプ
セル封じブロックの形は図５に示されているいる形に近
づくが、それは本発明の有利な実施態様のカプセル封じ
半導体光源の平面図、端面図、及び背面図から成ってい
る。この特別の実施態様におけるカプセル封じブロック
３０４の外形も、数学用語で、Ｄの左側の真っ直ぐな垂
直線の周りに１８０度回転したＤ形状の閉じた曲線によ
り画定される表面と一致すると表現することができる。
弧状経路に沿ってＤの平面に対して垂直な接線を有する
離れた箇所の各々で押し出しが行われ得るという事実を
認めるならば、それも“押し出されたＤ”という定義に
含まれる。押し出し方向は局所的にＤ形状横断面の平面
に対して垂直であると言うことができる。
Ｎの値を限定しない。Ｎの値が非常に大きくなるとカプ
セル封じブロックの形は図５に示されているいる形に近
づくが、それは本発明の有利な実施態様のカプセル封じ
半導体光源の平面図、端面図、及び背面図から成ってい
る。この特別の実施態様におけるカプセル封じブロック
３０４の外形も、数学用語で、Ｄの左側の真っ直ぐな垂
直線の周りに１８０度回転したＤ形状の閉じた曲線によ
り画定される表面と一致すると表現することができる。
弧状経路に沿ってＤの平面に対して垂直な接線を有する
離れた箇所の各々で押し出しが行われ得るという事実を
認めるならば、それも“押し出されたＤ”という定義に
含まれる。押し出し方向は局所的にＤ形状横断面の平面
に対して垂直であると言うことができる。
【００１８】図６は、本発明の照明装置の概略断面図で
ある。ＰＣＢ（Printed Circuit Board ）即ち印刷回路
基板４０１は、構造のための機械的支持体として役立つ
と共に、種々のコンポーネントとの必要な全ての電気結
線の担体として役立つ。図３〜５のうちの１つとの関係
で前述した構造を有するカプセル封じされた光源４０２
は、ＰＣＢの表面上の接続パッド４０３の対に取り付け
られている。即ち、カプセル封じされた光源の表面取り
付け形が採用されている。平らなライトガイド４０４が
ＰＣＢ４０１とＬＣＤエレメント４０５との間にあり、
カプセル封じ光源から放射された光の相当量がライトガ
イドに入り込む。平らなライトガイドの光学特性は、中
に入ってきた光を散乱させ上へ屈折させてＬＣＤエレメ
ントを通過させ、ディスプレイにバックライトを供給す
るようになっている。
ある。ＰＣＢ（Printed Circuit Board ）即ち印刷回路
基板４０１は、構造のための機械的支持体として役立つ
と共に、種々のコンポーネントとの必要な全ての電気結
線の担体として役立つ。図３〜５のうちの１つとの関係
で前述した構造を有するカプセル封じされた光源４０２
は、ＰＣＢの表面上の接続パッド４０３の対に取り付け
られている。即ち、カプセル封じされた光源の表面取り
付け形が採用されている。平らなライトガイド４０４が
ＰＣＢ４０１とＬＣＤエレメント４０５との間にあり、
カプセル封じ光源から放射された光の相当量がライトガ
イドに入り込む。平らなライトガイドの光学特性は、中
に入ってきた光を散乱させ上へ屈折させてＬＣＤエレメ
ントを通過させ、ディスプレイにバックライトを供給す
るようになっている。
【００１９】図７は、カプセル封じブロックの寸法設計
と、図３のカプセル封じブロックが使用されるときのブ
ロック内への半導体チップの配置形態を示している。距
離Ｘは、半導体チップの発光面と、カプセル封じブロッ
クの限界面上の、放射の主方向において最も遠い点（即
ち、湾曲した正面の中心点）との間の距離を表してい
る。もう１つの距離Ｄは、カプセル封じブロックの平ら
な上面及び底面との間の距離、即ちカプセル封じブロッ
クの“厚さ”を表しており、もう１つの距離Ｌはカプセ
ル封じブロックの平らな端面間の距離、即ちカプセル封
じブロックの“長さ”を表している。カプセル封じブロ
ックの正面の湾曲面がちょうど円柱面半分に相当するな
らば、距離Ｄは、その様な面の直径に等しく、従って該
正面の曲率半径の２倍に等しい。本発明は、湾曲した正
面が円柱面の一部であることを必要とせず、その断面は
例えば双曲線から導かれる面又は放物面（一般に湾曲円
錐断面として知られている）、又は他の湾曲形状を持っ
ていても良い。
と、図３のカプセル封じブロックが使用されるときのブ
ロック内への半導体チップの配置形態を示している。距
離Ｘは、半導体チップの発光面と、カプセル封じブロッ
クの限界面上の、放射の主方向において最も遠い点（即
ち、湾曲した正面の中心点）との間の距離を表してい
る。もう１つの距離Ｄは、カプセル封じブロックの平ら
な上面及び底面との間の距離、即ちカプセル封じブロッ
クの“厚さ”を表しており、もう１つの距離Ｌはカプセ
ル封じブロックの平らな端面間の距離、即ちカプセル封
じブロックの“長さ”を表している。カプセル封じブロ
ックの正面の湾曲面がちょうど円柱面半分に相当するな
らば、距離Ｄは、その様な面の直径に等しく、従って該
正面の曲率半径の２倍に等しい。本発明は、湾曲した正
面が円柱面の一部であることを必要とせず、その断面は
例えば双曲線から導かれる面又は放物面（一般に湾曲円
錐断面として知られている）、又は他の湾曲形状を持っ
ていても良い。
【００２０】以下では、距離Ｘ及びＬ、即ち、湾曲正面
との関係で半導体チップが存在する“深さ”と、半導体
チップが湾曲正面の終点を“見る”扇形の幅とに集中す
る。半導体チップはｚ方向及びｙ方向においてカプセル
封じブロックの真ん中にあると仮定する。
との関係で半導体チップが存在する“深さ”と、半導体
チップが湾曲正面の終点を“見る”扇形の幅とに集中す
る。半導体チップはｚ方向及びｙ方向においてカプセル
封じブロックの真ん中にあると仮定する。
【００２１】本発明の開発研究において、距離Ｘが図８
のようにゼロに近いならば、破線で図解されている放射
パターンはいわゆるランバート・パターン（Lambertian
pattern）に近く、放射の主方向に関して方向θに放射
される単位面積あたりの放射は式Ｉ（θ）＝Ｉ（０）ｃ
ｏｓ（θ）に従う。このパターンは、図６の構成では割
合に大量の光がライトガイドに入らずに逃げてしまうの
で、あまり有利ではない。距離ＸがＤ／２に等しい限界
値ｒに向かって０から増加されても、放射パターンは、
その相対的サイズが大きくなるだけで、本質的にランバ
ート型であり続ける（図９を参照）。しかし、距離Ｘが
Ｄ／２より大きくなると、もはや放射パターンはランバ
ート型ではなくなり、図１０のようなローブになってく
る。図６の構成では、ローブが狭いほどライトガイドに
入り込む光の相対的な量が増えるので、これが有利であ
る。ローブは、一般に、距離ＸがＤ／２を越えて更に大
きくなってゆくに従ってどんどん狭くなってゆく。従っ
て、本発明の装置では、半導体チップの発光面と、カプ
セル封じブロックの限界面上の、ｘ方向において最も遠
い点との間の距離は、カプセル封じブロックのｚ方向に
おける寸法の半分より大きいことが有利であると結論す
ることができる。寸法Ｘの実用上の上限は、距離Ｘが大
きいほどカプセル封じされた半導体発光装置のサイズが
大きくなるので、或る点でそれが不都合に大きくなると
いう事実により決定される。
のようにゼロに近いならば、破線で図解されている放射
パターンはいわゆるランバート・パターン（Lambertian
pattern）に近く、放射の主方向に関して方向θに放射
される単位面積あたりの放射は式Ｉ（θ）＝Ｉ（０）ｃ
ｏｓ（θ）に従う。このパターンは、図６の構成では割
合に大量の光がライトガイドに入らずに逃げてしまうの
で、あまり有利ではない。距離ＸがＤ／２に等しい限界
値ｒに向かって０から増加されても、放射パターンは、
その相対的サイズが大きくなるだけで、本質的にランバ
ート型であり続ける（図９を参照）。しかし、距離Ｘが
Ｄ／２より大きくなると、もはや放射パターンはランバ
ート型ではなくなり、図１０のようなローブになってく
る。図６の構成では、ローブが狭いほどライトガイドに
入り込む光の相対的な量が増えるので、これが有利であ
る。ローブは、一般に、距離ＸがＤ／２を越えて更に大
きくなってゆくに従ってどんどん狭くなってゆく。従っ
て、本発明の装置では、半導体チップの発光面と、カプ
セル封じブロックの限界面上の、ｘ方向において最も遠
い点との間の距離は、カプセル封じブロックのｚ方向に
おける寸法の半分より大きいことが有利であると結論す
ることができる。寸法Ｘの実用上の上限は、距離Ｘが大
きいほどカプセル封じされた半導体発光装置のサイズが
大きくなるので、或る点でそれが不都合に大きくなると
いう事実により決定される。
【００２２】上記では、図６の構成と関連してｘｚ平面
即ち“垂直”平面内の放射パターンの形を検討した。垂
直方向に狭い放射ローブが、ライトガイド内へ送り込ま
れる光を増強するという利益を提供するということを理
解するのは容易である。しかし、ｘｙ平面即ち“水平”
面内では事情は異っており、実際には、広い放射パター
ンが図２に示されている暗い隅及び暗い楔状の領域を防
止するのに役立つので、広い放射パターンが有利とな
る。
即ち“垂直”平面内の放射パターンの形を検討した。垂
直方向に狭い放射ローブが、ライトガイド内へ送り込ま
れる光を増強するという利益を提供するということを理
解するのは容易である。しかし、ｘｙ平面即ち“水平”
面内では事情は異っており、実際には、広い放射パター
ンが図２に示されている暗い隅及び暗い楔状の領域を防
止するのに役立つので、広い放射パターンが有利とな
る。
【００２３】図１１は、半導体チップがカプセル封じブ
ロックの正面から距離Ｘの位置にあるときのｘｙ平面内
の状況を示している。カプセル封じ材料の屈折率は周囲
の空気又はその他の媒質のそれより一般に大きいので、
正面の方に斜めに放射された光は、公知のスネル（Snel
l)の法則に従って一般に垂直面からいっそう遠ざかる方
向に屈折される。或る限界角θｃで、その角度に放射さ
れた光線は図１１の光線７０１のように正面に平行な方
向に屈折される。その臨界角についての式はθｃ＝ａｒ
ｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）であることが知られており、こ
こでｎ２及びｎ１はそれぞれ周囲の媒質及びカプセル封
じ材料の屈折率である。カプセル封じブロックの幅Ｌ
は、ｘｙ平面内で臨界角に放射された光線が依然として
カプセル封じブロックの端面には当たらず正面に当た
り、もっと大きい角度で放射された光線が端面に当たる
ように決定されるのが最も有利である。対応するＬの定
義は当然に距離Ｘに依存し、数学的には、その定義はＬ
＝２Ｘｔａｎθｃである。距離Ｌはもっと大きくても良
い。臨界角を決めるときは、放射される光が半導体材料
とカプセル封じ材料との間の境界でも屈折することに注
意しなければならないがその様な屈折を考慮に入れるこ
とは充分に当業者の能力の範囲内のことである。
ロックの正面から距離Ｘの位置にあるときのｘｙ平面内
の状況を示している。カプセル封じ材料の屈折率は周囲
の空気又はその他の媒質のそれより一般に大きいので、
正面の方に斜めに放射された光は、公知のスネル（Snel
l)の法則に従って一般に垂直面からいっそう遠ざかる方
向に屈折される。或る限界角θｃで、その角度に放射さ
れた光線は図１１の光線７０１のように正面に平行な方
向に屈折される。その臨界角についての式はθｃ＝ａｒ
ｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）であることが知られており、こ
こでｎ２及びｎ１はそれぞれ周囲の媒質及びカプセル封
じ材料の屈折率である。カプセル封じブロックの幅Ｌ
は、ｘｙ平面内で臨界角に放射された光線が依然として
カプセル封じブロックの端面には当たらず正面に当た
り、もっと大きい角度で放射された光線が端面に当たる
ように決定されるのが最も有利である。対応するＬの定
義は当然に距離Ｘに依存し、数学的には、その定義はＬ
＝２Ｘｔａｎθｃである。距離Ｌはもっと大きくても良
い。臨界角を決めるときは、放射される光が半導体材料
とカプセル封じ材料との間の境界でも屈折することに注
意しなければならないがその様な屈折を考慮に入れるこ
とは充分に当業者の能力の範囲内のことである。
【００２４】図８〜１０に関して上で論じた結果は、図
５に示される形を持っているカプセル封じブロックに係
わる本発明の実施形態に容易に適用される。端面図にお
けるカプセル封じブロックの限界弧形状の曲率半径が平
面図で見られる“押し出し半径”即ち曲率半径より遙か
に小さいことが図５から容易に分かる。図５に示されて
いるＤ１及びＤ２と、放射の主方向における半導体チッ
プの表面とカプセル封じブロックの正面との間の距離Ｘ
とを用いると、Ｘ≒Ｄ１／２及びＸ＞＞Ｄ２／２と書く
ことができる。従って、図５の実施形態の放射パターン
は、水平面内では本質的に図９のランバート型であるけ
れども、全ての垂直面内で図１０のローブに似ている。
５に示される形を持っているカプセル封じブロックに係
わる本発明の実施形態に容易に適用される。端面図にお
けるカプセル封じブロックの限界弧形状の曲率半径が平
面図で見られる“押し出し半径”即ち曲率半径より遙か
に小さいことが図５から容易に分かる。図５に示されて
いるＤ１及びＤ２と、放射の主方向における半導体チッ
プの表面とカプセル封じブロックの正面との間の距離Ｘ
とを用いると、Ｘ≒Ｄ１／２及びＸ＞＞Ｄ２／２と書く
ことができる。従って、図５の実施形態の放射パターン
は、水平面内では本質的に図９のランバート型であるけ
れども、全ての垂直面内で図１０のローブに似ている。
【００２５】上記の実施形態は例示に過ぎず、本発明の
使用可能性に制限を課すものと解されるべきではない。
例えば、本発明は、ライトガイドの端部が直線状であっ
たり、或いはライトガイドが長方形状であることなどを
必要としない。場合によっては表示装置全体が例えば円
形であっても良く、その場合にはライトガイドも当然に
円形となる。その場合、“押し出し方向”即ち図面にお
けるｙ方向は、半導体光源の近傍にあるライトガイドの
端部に接する局所的接線の方向と一致するべきである。
本発明の他の例では、カプセル封じブロック内であちこ
ちに屈折される光線の逃走経路を残しておかないため
に、カプセル封じブロックの正面以外のいずれかの面に
反射膜を付けることが可能である。
使用可能性に制限を課すものと解されるべきではない。
例えば、本発明は、ライトガイドの端部が直線状であっ
たり、或いはライトガイドが長方形状であることなどを
必要としない。場合によっては表示装置全体が例えば円
形であっても良く、その場合にはライトガイドも当然に
円形となる。その場合、“押し出し方向”即ち図面にお
けるｙ方向は、半導体光源の近傍にあるライトガイドの
端部に接する局所的接線の方向と一致するべきである。
本発明の他の例では、カプセル封じブロック内であちこ
ちに屈折される光線の逃走経路を残しておかないため
に、カプセル封じブロックの正面以外のいずれかの面に
反射膜を付けることが可能である。
【図１】従来技術の照明装置を示した図である。
【図２】公知の照明の欠陥を示した図である。
【図３】本発明の構造上の第１の原理を示した図であ
る。
る。
【図４】本発明の構造上の第２の原理を示した図であ
る。
る。
【図５】本発明の構造上の第３の原理を示した図であ
る。
る。
【図６】本発明の照明装置の断面図である。
【図７】寸法設計の効果を示した図である。
【図８】寸法設計の第１の可能性を示した図である。
【図９】寸法設計の第２の可能性を示した図である。
【図１０】寸法設計の第３の可能性を示した図である。
【図１１】水平面内の寸法設計を示した図である。
３０１…半導体チップ ３０２…カプセル封じブロック ４０２…半導体光源 ４０４…ライトガイド
Claims (7)
- 【請求項１】 電子装置の本質的に平らな領域（４０
５）に照明を与えるための光源装置であって、本質的に
平らなライトガイド（４０４）の端部の近傍にカプセル
封じされた半導体光源（４０２）を有し、前記ライトガ
イドの前記端部から前記カプセル封じされた半導体光源
から放射された光が入り込むようになっており、前記カ
プセル封じされた半導体光源はカプセル封じブロック
（３０２）内に封じ込まれた半導体チップ（３０１）を
含んでおり、前記カプセル封じブロックは、 前記本質的に平らなライトガイドの前記端部に面する湾
曲面を含み、 前記本質的に平らなライトガイドの平面に対して垂直な
平面内でＤ形状の断面を有し、該Ｄ形状の弧状部分は前
記湾曲面に対応し、 前記Ｄ形状の断面の平面に対して局所的に垂直な伸延方
向に所定距離伸延していることを特徴とする光源装置。 - 【請求項２】 前記湾曲面は、湾曲した円錐形断面状の
断面を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装
置。 - 【請求項３】 前記半導体チップは前記のカプセル封じ
ブロックの前記湾曲面に面する発光面を有し、前記湾曲
面は、前記発光面の中央法線が該湾曲面と交差する箇所
に中心点を有し、前記発光面と前記中心点との間の前記
中央法線沿った距離（Ｘ）は、前記本質的に平らなライ
トガイドの平面に対して垂直な方向における前記カプセ
ル封じブロックの寸法（Ｄ）の半分より大きいことを特
徴とする請求項１に記載の光源装置。 - 【請求項４】 前記湾曲面は半円形の断面を有し、前記
半円形の断面は円柱面の半分を構成するように所定距離
だけ真っ直ぐに伸延することを特徴とする請求項３に記
載の光源装置。 - 【請求項５】 前記伸延方向における前記カプセル封じ
ブロックの寸法は少なくとも２Ｘｔａｎθｃに等しく、
ここでＸは前記発光面と前記中心点との間の前記距離で
あり、θｃは前記カプセル封じブロックの材料と周囲の
媒質との間の臨界屈折角であることを特徴とする請求項
４に記載の光源装置。 - 【請求項６】 該カプセル封じブロックの形は、前記Ｄ
形状の左側の垂直線の周りでの前記Ｄ形状断面の１８０
度回転に対応する面により画定されることを特徴とする
請求項１に記載の光源装置。 - 【請求項７】 前記装置は移動電話機のディスプレイの
バックライト装置であることを特徴とする請求項１に記
載の光源装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI982674A FI105588B (fi) | 1998-12-10 | 1998-12-10 | Parannettu valolähdejärjestely tasomaisiin sovelluksiin |
| FI982674 | 1998-12-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000182421A true JP2000182421A (ja) | 2000-06-30 |
Family
ID=8553084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11351733A Pending JP2000182421A (ja) | 1998-12-10 | 1999-12-10 | 平坦なアプリケ―ションのための改良された光源装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6392342B1 (ja) |
| EP (1) | EP1008802A1 (ja) |
| JP (1) | JP2000182421A (ja) |
| FI (1) | FI105588B (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7405797B2 (en) | 2001-10-17 | 2008-07-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Flat-type light source apparatus, liquid crystal display apparatus using the same, and method of inspecting the liquid crystal display |
| JP2009004116A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Panasonic Corp | 発光装置、線状発光装置、面状発光装置、液晶表示装置および電子機器 |
| JP2011242802A (ja) * | 2004-07-27 | 2011-12-01 | Dolby Lab Licensing Corp | 光源配列由来の光用の拡散体を組み込むディスプレイ |
| JP2011244930A (ja) * | 2010-05-25 | 2011-12-08 | Omron Corp | 装飾装置を備えた遊技機 |
| CN104736927A (zh) * | 2012-10-30 | 2015-06-24 | 3M创新有限公司 | 弯曲的光管道提取 |
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| US7110629B2 (en) * | 2002-07-22 | 2006-09-19 | Applied Materials, Inc. | Optical ready substrates |
| US7043106B2 (en) * | 2002-07-22 | 2006-05-09 | Applied Materials, Inc. | Optical ready wafers |
| US7072534B2 (en) * | 2002-07-22 | 2006-07-04 | Applied Materials, Inc. | Optical ready substrates |
| JP2004127604A (ja) * | 2002-09-30 | 2004-04-22 | Citizen Electronics Co Ltd | 発光ダイオード及びバックライトユニット |
| WO2005001520A2 (en) * | 2003-05-29 | 2005-01-06 | Applied Materials, Inc. | Serial routing of optical signals |
| CN1813381A (zh) | 2003-06-27 | 2006-08-02 | 应用材料公司 | 具有低抖动的脉冲量子点激光器系统 |
| US7193620B2 (en) * | 2003-07-21 | 2007-03-20 | Motorola, Inc. | Wireless device lighting system |
| US20050016446A1 (en) | 2003-07-23 | 2005-01-27 | Abbott John S. | CaF2 lenses with reduced birefringence |
| US20060222024A1 (en) * | 2005-03-15 | 2006-10-05 | Gray Allen L | Mode-locked semiconductor lasers with quantum-confined active region |
| US20060227825A1 (en) * | 2005-04-07 | 2006-10-12 | Nl-Nanosemiconductor Gmbh | Mode-locked quantum dot laser with controllable gain properties by multiple stacking |
| EP1897146A2 (en) * | 2005-06-27 | 2008-03-12 | Lamina Lighting, Inc. | Light emitting diode package and method for making same |
| WO2007027615A1 (en) * | 2005-09-01 | 2007-03-08 | Applied Materials, Inc. | Ridge technique for fabricating an optical detector and an optical waveguide |
| US7561607B2 (en) * | 2005-12-07 | 2009-07-14 | Innolume Gmbh | Laser source with broadband spectrum emission |
| JP2009518833A (ja) | 2005-12-07 | 2009-05-07 | インノルメ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 広帯域スペクトル発光を有するレーザ光源 |
| US7835408B2 (en) * | 2005-12-07 | 2010-11-16 | Innolume Gmbh | Optical transmission system |
| EP2371044B1 (en) * | 2008-12-03 | 2019-08-28 | Innolume GmbH | Semiconductor laser with low relative intensity noise of individual longitudinal modes and optical transmission system incorporating the laser |
| TWD161897S (zh) * | 2013-02-08 | 2014-07-21 | 晶元光電股份有限公司 | 發光二極體之部分 |
| USD847102S1 (en) | 2013-02-08 | 2019-04-30 | Epistar Corporation | Light emitting diode |
| US11181680B1 (en) | 2018-11-21 | 2021-11-23 | Abl Ip Holding Llc | Lighting system with curving or twisting modular housing |
| US11333311B1 (en) | 2018-11-21 | 2022-05-17 | Abl Ip Holding Llc | Lighting system with curving or twisting modular housing |
| US11384928B2 (en) * | 2019-05-17 | 2022-07-12 | Abl Ip Holding Llc | Interconnection system for lighting fixtures |
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| DE3919925A1 (de) * | 1989-06-19 | 1990-12-20 | Inotec Gmbh Ges Fuer Innovativ | Beleuchtete, anzeigeeinheit, insbesondere hausnummer, verkehrsschild, werbetraeger |
| JPH08254963A (ja) * | 1995-03-16 | 1996-10-01 | Hayashi Telempu Co Ltd | 乗物内機器用表示パネル |
| US5613751A (en) | 1995-06-27 | 1997-03-25 | Lumitex, Inc. | Light emitting panel assemblies |
| US5865529A (en) * | 1997-03-10 | 1999-02-02 | Yan; Ellis | Light emitting diode lamp having a spherical radiating pattern |
-
1998
- 1998-12-10 FI FI982674A patent/FI105588B/fi not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-12-09 EP EP99660189A patent/EP1008802A1/en not_active Withdrawn
- 1999-12-09 US US09/458,639 patent/US6392342B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-12-10 JP JP11351733A patent/JP2000182421A/ja active Pending
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