JP2004319162A

JP2004319162A - 面発光装置

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Publication number: JP2004319162A
Application number: JP2003108843A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Idegami; 靖則井手上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: JP4222088B2

Abstract

【課題】本発明は、複数箇所を均一に発光させる面発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】光出射面と乱反射面とを対向配置させた導光板に、複数の半導体発光装置の光を入射させ、前記光出射面から光を出射させる面発光装置において、前記導光板には、内側導光部と外側導光部との間に、光を透過させずに反射する環状の反射壁部が設けられ、この反射壁部には、前記内側導光部または前記外側導光部に連通するとともに非貫通の切欠き部が乱反射面側に形成され、少なくとも１つの前記半導体発光装置は、前記切欠き部内に配置されていることを特徴とする面発光装置としたものであり、切欠き部内の半導体発光装置から出射された光は、反射壁部を透過して出射面側に直接出射されることはなく、内側導光部または前記外側導光部の一方のみに出射され、この光が乱反射面に当たって光出射面から取り出される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環状に配置された複数箇所を点灯させる面発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リング状に発光する面発光装置は、例えば、自動車のエアコン等のロータリースイッチの外周に設けられ、照明として用いられている。
【０００３】
従来のリング状に発光する面発光装置は、リング状の導光板の外側に、前記導光板および複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を保持するホルダを設け、また、導光板の軸方向の一面にリング状拡散部材を設けている（特許文献１参照）。
【０００４】
導光板は、光が周回する光路と、外周面に形成されて発光ダイオードの光を入射させるための３つの凹部とを有している。発光ダイオードは、導光板の凹部の半径方向外側にそれぞれ配置され、導光板の外周面から周方向の同一方向、すなわち入射した光が右回りに周回する方向に光を入射している。導光板に入射した光は、光路の周方向に沿って反射しながら進み、その一部の光がリング状拡散部材に入射して乱反射することにより、この光が外側から視認される。
【０００５】
一方、本出願人は、導光板内に複数の直線状の反射部材を配置して、所定の部分のみを直線状に発光させる照明装置を開発している（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１１８４６３号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−９２３７０号公報（第２−５９頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、特許文献１に示すようなリング状の面発光装置をロータリースイッチ以外の部分にも使用したいという要求がある。この場合、リング状の発光部分の内側や外側を発光させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、前記従来の面発光装置は、リング状の導光板の外側に発光ダイオードを設けているので、導光板の内側に他の導光板を配置しても、内側部分と外側部分とをそれぞれ独立して発光させることができない。
【０００９】
ここで、特許文献２に記載されている反射部材を用いると、導光板を分離することができるが、この場合には半導体発光装置の配置が問題になる。すなわち、反射部材を用いて導光板を直線状に分離する場合には、半導体発光装置は、導光板の端部に配置することができ、導光板の周囲を外装部材で覆って半導体発光装置を隠すことができるが、反射部材を環状に形成すると、この反射部材の内側を照射する半導体発光装置は、反射部材の内側の導光板内または導光板の裏側に配置しなければならない。このため、半導体発光装置を発光させたとき、この半導体発光装置は、出射面から直接視認されることになる。半導体発光装置は点光源なので、発光面の一部に輝度が極端に高い点が発生してしまい、照明装置として使用することができないという問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、複数箇所を均一に発光させる面発光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の面発光装置においては、内側導光部と外側導光部との間に、光を透過させずに反射する環状の反射壁部を設け、この反射壁部に、内側導光部または外側導光部に連通した切欠き部を形成し、少なくとも１つの半導体発光装置を、切欠き部内に配置した面発光装置としたものである。
【００１２】
この発明によれば、複数箇所を均一に発光させる面発光装置が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、光出射面と乱反射面とを対向配置させた導光板に、複数の半導体発光装置の光を入射させ、前記光出射面から光を出射させる面発光装置において、前記導光板には、内側導光部と外側導光部との間に、光を透過させずに反射する環状の反射壁部が設けられ、この反射壁部には、前記内側導光部または前記外側導光部に連通するとともに非貫通の切欠き部が乱反射面側に形成され、少なくとも１つの前記半導体発光装置は、前記切欠き部内に配置されていることを特徴とする面発光装置としたものであり、切欠き部内の半導体発光装置から出射された光は、反射壁部を透過して出射面側に直接出射されることはなく、内側導光部または前記外側導光部の一方のみに出射され、この光が乱反射面に当たって光出射面から取り出されるという作用を有する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記半導体発光装置は、パッケージを有さない半導体発光素子からなることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置としたものであり、半導体発光装置をパッケージの厚み分だけ薄く形成することができ、切欠き部および反射壁部の厚み方向の距離が小さくなるので、面発光装置全体が薄く形成されるという作用を有する。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記反射壁部および前記外側導光部は、同心状に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光装置としたものであり、各反射壁部に配置した半導体発光装置の光をそれぞれ対応する外側導光部に出射し、複数の外側導光部をそれぞれ独立して発光させるという作用を有する。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、最外側の前記外側導光部は、外側に補助導光部を備え、前記乱反射面は、前記補助導光部を除いた部分に形成され、前記半導体発光装置は、前記補助導光部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の面発光装置としたものであり、半導体発光装置の光は外側の補助導光部を介して外側導光部の内側部分に導入され、乱反射面に当たって光出射面から出射される。このとき、補助導光部に乱反射面を形成していないので、補助導光部から光が出射されることを防止し、乱反射面を形成した所定の範囲のみを発光させるという作用を有する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、最外側の前記外側導光部の外側には、環状の外側反射壁部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の面発光装置としたものであり、最外側の外側導光部から外側反射壁部に当たった光が内側に反射され、乱反射面に当たって光出射面から出射されるという作用を有する。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記外側導光部に光を入射する前記半導体発光装置は、光路が前記外側導光部内を周回するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の面発光装置としたものであり、光路に沿って進行する光は、周回するうちに乱反射面に少しずつ当たって、光出射面から少しずつ出射されるので、外側導光部の周方向の輝度が平均化されるという作用を有する。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記外側導光部に光を入射する複数の前記半導体発光装置のうちの少なくとも２つの前記半導体発光装置は、互いの光路が交差するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の面発光装置としたものであり、２つの半導体発光装置から出射された光は、各々減衰しながら外側導光路を反対方向に進み、それぞれ交差して逆方向に進行することになり、外側導光路内の一方の半導体発光装置からの光量が多い部分では、他方の半導体発光装置からの光量が少なくなり、逆に、一方の半導体発光装置からの光量が少ない部分では、他方の半導体発光装置からの光量が多くなるので、外側導光部の各部における光量が平均化されるという作用を有する。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、前記内側導光部は、環状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の面発光装置としたものであり、内側導光部を外側導光部と同様の形状にできるという作用を有する。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の面発光装置の平面図、（Ｂ）は同面発光装置の側断面図、（Ｃ）は同面発光装置の導光板の底面図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態の面発光装置１は、光出射面２，３と乱反射面４，５とを表裏に対向配置させた導光板６に、複数の半導体発光装置７，８，９の光を入射させ、光出射面２，３から光を出射させる装置である。
【００２３】
導光板６は、円板状の内側導光部１０と、環状の外側導光部１１との間に、円環状の反射壁部１２をそれぞれ別部材として有している。光出射面２および乱反射面４は、内側導光部１０の両面にそれぞれ円形に形成され、光出射面３および乱反射面５は、外側導光部１１の両面であって半径方向の内側部分にそれぞれ円環状に形成されている。また、導光板６は、外側導光部１１の外側に環状の外側反射壁部１３を有している。
【００２４】
半導体発光装置７〜９は、導光板６の裏面側に設けられたプリント配線基板やリードフレームからなる基板１４に導通可能な状態で搭載されている。基板１４の形状および厚みは任意で、大きさは導光板６より大きくても小さくてもよい。
【００２５】
半導体発光装置７は、上面発光用パッケージ内に半導体発光素子を樹脂封止したもので単色発光する。半導体発光装置８，９は、それぞれ三色に発光する半導体発光素子を側面発光用のケーシング内に配置して樹脂封止したものであり、各半導体発光素子の輝度を変えることにより、任意の色に発光させることができる。
【００２６】
内側導光部１０および外側導光部１１は、アクリル等の透光性を有する材料を用いて形成されている。内側導光部１０および外側導光部１１にそれぞれ形成された乱反射面４，５は、例えば、粗面加工を施したり、白色塗料を塗布したりすることにより形成することができる。
【００２７】
反射壁部１２および外側反射壁部１３は、光を透過させずに反射する材料、例えば、白色の樹脂や表面に光沢を有する金属等を用いて形成することができる。また、透明樹脂に白色の樹脂を塗布したり金属箔を固着させることにより形成することもできる。
【００２８】
反射壁部１２には、平面視して台形状に形成された切欠き部１５が形成されている。切欠き部１５は、内側導光部１０側であって乱反射面４，５側に形成されている。切欠き部１５内の外側には、半導体発光装置７から表側に出射された光を内側導光部１０側に反射させる傾斜壁部１６が形成されている。
【００２９】
切欠き部１５は、非貫通状態に形成されており、表側から半導体発光装置７を視認することはできない。
【００３０】
なお、切欠き部１５内に封止樹脂を充填し、半導体発光装置７および基板１４を反射壁部１２に固着することも可能である。封止樹脂を充填することにより、半導体発光装置７から内側導光部１０内に入射する光の光量が増加し、内側導光部１０の輝度を高くすることができる。
【００３１】
外側導光部１１は、光出射面３および乱反射面４を備えた円環状の発光部１７と、その外側の２箇所にＶ字状に接続された補助導光部１８とを一体的に形成している。
【００３２】
補助導光部１８の最外側部には、孔部１９が貫通して形成されており、半導体発光装置８，９は、孔部１９内に配置されている。半導体発光装置８，９の光の出射方向に形成された孔部１９の側面は、配光範囲を拡げるため半導体発光装置８，９のパッケージと同様の円弧状に形成されている。
【００３３】
半導体発光装置８，９は、発光部１７の周方向に向けて配置されており、半導体発光装置８，９から発生する光の光路は、外側導光部１１内を周回するように形成されている。また、半導体発光装置８，９から発生する光の光路は、互いの光路が交差するように配置されている。
【００３４】
図２（Ａ）は、第１の実施の形態の面発光装置の光路を示す平面図、（Ｂ）は同面発光装置の光路を示す部分拡大断面図である。図１（Ａ）〜（Ｃ）、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、半導体発光装置７から出射した光は、切欠き部１５内の壁面に当たって、内側導光部１０側に反射され、さらに内側導光部１０の外周に接する反射壁部１２の内側面に当たって反射する。光は、反射しながら裏側に配置された乱反射面４に当たって乱反射し、表側の光出射面２から出射されることにより円形に発光する。半導体発光装置７を直接視認したときは、輝度が高い点として視認されるが、半導体発光装置７が切欠き部１５内に配置されているので、表側から直接視認されることはなく、内側導光部１０は均等に発光して、円形の発光体として視認される。
【００３５】
半導体発光装置８，９を発光させると、光の大部分は、外側導光部１１内を反射壁部１２の外側面および外側反射壁部１３の内側面で反射しながら内側導光部１０の下方に向かい、交差して周回する。また、一部の光は、内側導光部１０の上方に向かい交差して逆方向に周回する。光は、周回しながら乱反射面５に当たって乱反射し、光出射面３から出射されることにより円環状に発光する。
【００３６】
なお、発光部１７の外側にある補助導光部１８および外側反射壁部１３の表側を、製品に貼着するラベル等によりマスクすると、半導体発光装置８，９は、表側から視認することができなくなる。また、乱反射面５は、補助導光部１８を除いた部分に形成されているので、光出射面３以外の部分から無駄な光を出射することがない。
【００３７】
このようにして、内側導光部１０を単色発光させ、外側導光部の発光部１７をフルカラー発光させることができる。また、このとき、内側導光部１０と発光部１７は、完全に分離して発光し、色が混ざることがない。
【００３８】
なお、切欠き部内に配置する半導体発光装置をパッケージを有さない半導体発光素子単体で構成することも可能で、この場合には半導体発光装置の高さが低くなるので、切欠き部の厚み方向の距離を小さくでき、導光板の厚みを薄く形成して、面発光装置全体を薄く形成することができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図３（Ａ）は本発明の第２の実施の形態の面発光装置の平面図、（Ｂ）は同面発光装置の側断面図、（Ｃ）は同面発光装置の導光板の底面図である。図３に示すように、本発明の第２の実施の形態の面発光装置２０は、第１の実施の形態の面発光装置１の導光板６の代わりに導光板２１を用いたものである。導光板２１は、導光板６の外側導光部１１および外側反射壁部１３の代わりに外側導光部２５および外側反射壁部２２を用いている。なお、他の部材は同じ構造なので、同一部材には同一番号を付して説明は省略する。
【００４０】
外側導光部２５は、直線状に形成された補助導光部２３，２４を、環状に形成された発光部１７の外周の２箇所にそれぞれ設けている。補助導光部２３，２４は、基端部を発光部１７に一体的に接続し、先端部を周方向に突出させている。また、導光板２１の中心から補助導光部２３，２４を見たときに、それぞれの先端部は、それぞれの基端部に対して右側に配置されている。
【００４１】
補助導光部２３，２４の外側端部には、孔部２６，２７が形成されている。また、外側反射壁部２２は、外側導光部２５および補助導光部２３，２４を囲んで異形に形成されている。
【００４２】
図４は、第２の実施の形態の面発光装置の光路を示す平面図である。図４に示すように、半導体発光装置８，９から補助導光部２３，２４内に入射した光は、直線状に形成された補助導光部２３，２４内を通過して、外側導光部２５内に入射され、同一方向（左廻り方向）に周回する。同じ方向に周回するので、入射された光が補助導光部２３，２４内に入り込むことがなく、発光部１７の発光効率がよくなる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、反射壁部および外側導光部を同心状に複数設けることも可能である。同心状とは、外側の反射壁部の内部に内側の反射壁部が配置されることをいい、中心がずれている場合も含まれる。
【００４４】
また、外側導光部に配置される半導体発光装置は、補助導光部の内部に配置されていればよく、貫通した孔部ではなく、非貫通の穴部や切欠き部内に配置してもよい。孔部の代わりに穴部や切欠き部を用いることにより、外側からほこり等が侵入することを防止でき、装置の信頼性が向上する。
【００４５】
また、外側反射壁部に切欠きを形成するとともに、半導体発光装置を半導体発光素子単体で構成し、この半導体発光装置を切欠き部内に配置して、外側導光部１１に光を入射するように構成することも可能である。かかる構成によって、半導体発光装置と外側導光部との間の距離が長くなるので、外側導光部を省略でき、また、外側導光部を小さく形成することができ、装置全体をコンパクトに形成することができる。
【００４６】
また、反射壁部に形成する切欠き部を、外側導光部に連通するように形成して、外側導光部に光を内側から入射するように構成することも可能である。かかる構成によって、外側導光部を省略または小さく形成でき、また、外側反射壁部の幅を小さくできるので、装置をコンパクトに形成することができる。
【００４７】
また、内側導光部を、環状に形成することも可能である。かかる構成によって、内側導光部を外側導光部と同一の形状にして、選択できるデザインを増やすことができる。
【００４８】
また、環状に形成した内側導光部のさらに内側に、外側に光を反射する反射壁部を設けることも可能である。かかる構成によって、内側導光部の発光効率をよくすることができる。
【００４９】
また、内側導光部、外側導光部、反射壁部、外側反射壁部を一体成型により形成することも可能である。一体成型することにより、組み立ての手間を省くとともに部品点数を減らすことができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導光板の内側導光部と外側導光部との間に、光を透過させずに反射する環状の反射壁部を設け、この反射壁部に非貫通の切欠き部を形成し、半導体発光装置を切欠き部内に配置しているので、内側導光部または前記外側導光部の一方のみに出射した光を乱反射面に当てて光出射面から取り出すことにより、複数箇所を均一に発光させることができる。
【００５１】
また、半導体発光装置を、パッケージを有さない半導体発光素子で構成すると、半導体発光装置をパッケージの厚み分だけ薄く形成することができ、切欠き部および反射壁部の厚み方向の距離が小さくなるので、面発光装置全体が薄く形成され、導光板に吸収される光量を少なくして発光効率をよくすることができる。
【００５２】
また、反射壁部および外側導光部を、同心状に複数設けると、各反射壁部に配置した半導体発光装置の光をそれぞれ対応する外側導光部に出射し、複数の外側導光部をそれぞれ独立して発光させることができ、また、複数箇所を均一に発光させることができる。
【００５３】
乱反射面を、補助導光部を除いた部分に形成し、半導体発光装置を、補助導光部の内部に配置すると、補助導光部から光が出射されることを防止し、乱反射面を形成した所定の範囲のみを発光させ、発光効率をよくすることができる。
【００５４】
最外側の外側導光部の外側に、環状の外側反射壁部を設けると、最外側の外側導光部から外側反射壁部に当たった光が内側に反射されるので、発光効率をよくすることができる。
【００５５】
外側導光部に光を入射する半導体発光装置を、光路が外側導光部内を周回するように配置すると、光路に沿って進行する光が、周回するうちに乱反射面に少しずつ当たって、光出射面から少しずつ出射されるので、外側導光部の周方向の輝度が平均化され、製品の品質が向上する。
【００５６】
外側導光部に光を入射する複数の半導体発光装置のうちの少なくとも２つの半導体発光装置を、互いの光路が交差するように配置すると、２つの半導体発光装置から出射された光が、各々減衰しながら外側導光路を反対方向に進み、それぞれ交差して逆方向に進行することになり、外側導光路内の一方の半導体発光装置からの光量が多い部分では、他方の半導体発光装置からの光量が少なくなり、逆に、一方の半導体発光装置からの光量が少ない部分では、他方の半導体発光装置からの光量が多くなるので、外側導光部の各部における光量が平均化される。
【００５７】
内側導光部を、環状に形成すると、内側導光部を外側導光部と同様の形状にでき、デザイン選択の幅が拡がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の面発光装置の平面図
（Ｂ）は同面発光装置の側断面図
（Ｃ）は同面発光装置の導光板の底面図
【図２】（Ａ）は第１の実施の形態の面発光装置の光路を示す平面図
（Ｂ）は同面発光装置の光路を示す部分拡大断面図
【図３】（Ａ）は本発明の第２の実施の形態の面発光装置の平面図
（Ｂ）は同面発光装置の側断面図
（Ｃ）は同面発光装置の導光板の底面図
【図４】第２の実施の形態の面発光装置の光路を示す平面図
【符号の説明】
１面発光装置
２，３光出射面
４，５乱反射面
６導光板
７，８，９半導体発光装置
１０内側導光部
１１外側導光部
１２反射壁部
１３外側反射壁部
１４基板
１５切欠き部
１６傾斜壁部
１７発光部
１８補助導光部
１９孔部
２０面発光装置
２１導光板
２２外側反射壁部
２３，２４補助導光部
２５外側導光部
２６，２７孔部

Claims

光出射面と乱反射面とを対向配置させた導光板に、複数の半導体発光装置の光を入射させ、前記光出射面から光を出射させる面発光装置において、
前記導光板には、内側導光部と外側導光部との間に、光を透過させずに反射する環状の反射壁部が設けられ、
この反射壁部には、前記内側導光部または前記外側導光部に連通するとともに非貫通の切欠き部が乱反射面側に形成され、少なくとも１つの前記半導体発光装置は、前記切欠き部内に配置されていることを特徴とする面発光装置。
前記半導体発光装置は、パッケージを有さない半導体発光素子からなることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
前記反射壁部および前記外側導光部は、同心状に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の面発光装置。
最外側の前記外側導光部は、外側に補助導光部を備え、前記乱反射面は、前記補助導光部を除いた部分に形成され、前記半導体発光装置は、前記補助導光部の内部に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の面発光装置。
最外側の前記外側導光部の外側には、環状の外側反射壁部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の面発光装置。
前記外側導光部に光を入射する前記半導体発光装置は、光路が前記外側導光部内を周回するように配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の面発光装置。
前記外側導光部に光を入射する複数の前記半導体発光装置のうちの少なくとも２つの前記半導体発光装置は、互いの光路が交差するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の面発光装置。
前記内側導光部は、環状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の面発光装置。