JP2005172665A - 光放射パターン測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象から放射される光を複数の方向から同時に測定し、高精度且つ短時間にその角度依存性を明らかにする。
【解決手段】測定対象（１０）を、互いに異なる放射角度θで取り囲むように配設された複数の受光部２２ａ〜２２ｅと、各受光部に入射する光を、それぞれ検出するための検出器３０とを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、測定対象から放射される光の配光特性を測定するための光放射パターン測定装置に係り、特に、有機ＥＬ素子、線状発光体と拡散板を組合せて面状発光体とした液晶用バックライト等の面発光デバイスや、ＬＥＤ等の指向性の強い発光素子の配光特性を測定する際に用いるのに好適な、測定対象から放射される光を複数方向から同時に測定し、高精度且つ短時間にその配光特性を明らかにすることが可能な光放射パターン測定装置に関する。

有機ＥＬ素子等の面発光デバイスの場合、通常、その発光の強度分布の角度依存性（配光特性とも称する）が、図１に例示する如く、ランバーシアン分布に近似されることが広く知られている。図において、１０は発光素子、１１は発光面である。

この分布は、発光面１１の法線方向（正面方向とも称する）からの角度（放射角度と称する）θで定義できるため、図２に示す如く、一方向、例えばθ＝０の法線方向のみに配置した検出器１２で発光面１１の輝度を測定した上で、次に示す分布式（１）に当て嵌めることにより、角度θにおける輝度や、その空間的総和である光束の値の推定が可能であり、このような装置は、既に市販されている。

Ｉ＝Ｉ₀ cosθ …（１）

ここで、Ｉ₀は、法線方向への輝度、Ｉは、法線方向から角度θだけ傾けた方向への輝度である。

近年、発光素子は、そのエネルギ効率を改善するために、素子構造や素子で使用している材料に工夫が加えられ、発光強度の角度依存性が、図３に実線Ａで示すランバーシアン分布から外れて、図３に破線Ｂで示す如く指向性が正面方向に強くなったり、あるいは一点鎖線Ｃで示す如く指向性が正面方向に弱くなったりする場合がある。このような場合、ランバーシアン分布を前提として推定した、角度を傾けた方向での輝度や光束の値の精度は低下する。

一方、発光素子の発光強度の角度依存性を直接測定する方法も提案されている。例えば特許文献１や２には、図４に示す如く、発光素子１０が中心になるように１個の検出器１２を回転可能な構造とし、検出器１２をガイド１４に沿って移動させて、各点で測定を行ない、その結果を合成することで全体の分布を得ることが記載されている。

あるいは、前記特許文献２や特許文献３、４には、図５に示す如く、検出器１２側を固定し、発光素子１０をゴニオメータ等の回転ステージ１６で回転させて測定を行なうことも記載されており、このような装置も市販されている。

特開平５−１０７１０７号公報 特開平８−１１４４９８号公報 特開平８−９４５５５号公報 特開平９−２５７６９２号公報

しかしながら、図４あるいは図５に示したような装置では、可動部を動かして発光素子に向かう角度を変えながら一点ずつ測定を繰り返す必要があるため、一般に、測定時間が長くかかるという問題点を有する。更に、測定時間が長くかかるため、試料が短時間のうちに経時変化や温度変化等により発光強度等の状態を変えた場合、測定量の変化が、測定点の移動に起因するのか、発光状態の変化に起因するのかを区別することができず、短時間での変化を捉え損うことがあるという問題も生じる。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、測定対象から放射される光を複数方向から同時に測定することにより、高精度且つ短時間に、その配光特性を明らかにすることを課題とする。

本発明は、測定対象から放射される光の配光特性を測定するための光放射パターン測定装置において、測定対象を互いに異なる放射角度で取り囲むように配設された複数の受光部と、各受光部に入射する光を、それぞれ検出するための検出器とを備えることにより、前記課題を解決したものである。

又、前記受光部の測定対象からの距離を同一として、高精度の測定を可能としたものである。

又、前記受光部を、測定対象の正面方向と、それ以外の方向に配設したものである。

又、前記受光部と測定対象を相対移動可能として、少ない受光部数で高分解能の測定を可能としたものである。

又、前記検出器を複数とし、各検出器を受光部毎に設けたものである。

あるいは、前記検出器を単一とし、複数の受光部に入射される光を、複数の受光部でそれぞれ検出するようにしたものである。

又、前記検出器により、各受光部に入射する光の分光スペクトルを検出可能として、色度や放射エネルギ等の輝度や光度以外の多くの重要な情報が得られるようにしたものである。

本発明によれば、測定対象から放射される光を複数の方向から同時に測定して、高精度且つ短時間に、その配光特性を明らかにすることが可能となる。

即ち、本発明によれば、各点の輝度の実測値が得られるため、正面輝度のみからランバーシアン分布を仮定することで生じる推定誤差による精度低下を排除することができる。又、複数又は単一の検出器を同時に動作させ、各点での時間差の無い発光強度分布が取得できるため、素子の発光の時間的変化に対する検出能力に優れる。なお、発光強度の時間変化が緩やかなことが分かっている場合、検出器を同時に動作させるという条件は緩和できる。即ち、観測したい強度変化に要する時間よりも短い時間内に全観測点におけるデータを取得すれば、実用的には時間差の無い発光強度分布が得られる。例えば、検出器としてマルチチャンネルスペクトロメータを使用した場合、多チャンネルでの測定に数十から数百ミリ秒を要することが予想されるが、秒単位での強度変化を観測対象として見る場合には、十分実用的である。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、図６に示す如く、面状の発光素子１０を中心に固定する固定具２０と、これを互いに異なる放射角度θ（例えばθ＝０°、２０°、４０°、６０°、８０°）で取り囲むように設置された複数（図では５個）の受光部２２ａ〜２２ｅを支持している、例えば半球状のガイド部２４を有する。

前記受光部２２ａは、例えば発光素子１０の発光面１１の法線方向（正面方向）に配設し、他の受光部２２ｂ〜２２ｅは、例えば均等間隔２０°毎にガイド部２４の同一縦断面内に配設することができる。

前記受光部２２ａ〜２２ｅのそれぞれは、例えば光ファイバ２６ａ〜２６ｅのような導光体（光ファイバに限定されない）を介して検出器３０に接続される。

該検出器３０は、複数の検出器を持っているか、若しくは複数個の検出器を並列的に使用することが可能である。この検出器３０は、制御、解析、及び、表示器３４により表示を行なう演算装置３２に接続されている。

更に、発光素子１０の駆動に用いる電源３６と、発光素子１０の移動を行なうための移動ステージ（例えばゴニオメータ）２８とを備えることができる。これらは前記演算装置３２と接続して制御を行なうことも可能であり、この場合、移動ステージ２８の制御装置（ステージ制御装置と称する）３８が付加されることもある。

本実施形態では、図７に受光部２２ａを例示する如く、光ファイバ２６ａの先端をガイド部２４に挿入し、フランジ２５ａでガイド部２４に固定して、そのまま受光部２２ａとしている。

以下、作用を説明する。

発光素子１０を固定具２０上に固定し、電源３６からの通電により発光させる。受光部２２ａ〜ｅ及び光ファイバ２６ａ〜ｅを使って、この光を検出器３０に導く。検出器３０の出力は、標準電球等の分光スペクトルが既知の光源を用いて予め較正しておくことで、受光位置での光の強度を得ることができる。

演算装置３２では、複数の受光位置で同様に得られた強度のデータを集積し、演算して発光素子１０の発光強度分布を表示する。通常、輝度のデータが表示に用いられる。

この装置で得られる発光強度データの角度間隔は、受光部２２ａ〜２２ｅの設置間隔により決定されるが、発光素子１０を載せた移動ステージ２８を縦断面内で回転動作させ、正面方向に対する角度θを、隣接する受光部間隔に対応する２０°以内で少しずつ変えて複数回測定することにより、データの角度分解能を向上させることも可能である。

前記検出器３０としては、ポリクロメータ（分光器）やマルチチャンネルスペクトロメータを使用することができる。この場合、測定結果として、図８に例示するような分光スペクトルを得ることができる。ポリクロメータの出力を予め標準電球を使用して較正しておくこと等により、受光位置での光の分光放射束を得ることができる。このデータと公知の視感度データを合わせて、演算装置３２の中で演算することにより、受光位置での輝度や光度、光束値を得ることができる。更に、分光スペクトルから、色度や放射エネルギ等の輝度以外の多くの有用な情報を得ることができる。これらは、演算装置３２内で計算し、表示することができる。

本実施形態においては、発光素子１０を載せた移動ステージ２８を回転動作させ、角度分解能を向上させるようにしているので、全ての測定に要する時間が観測対象の変化時間より短くなる範囲で測定を行なうことで、測定精度を確保することができる。

又、本実施形態においては、各受光部が発光素子１０の測定位置から等距離になるように配置されているので、高精度の測定が可能である。なお、較正することとにより、受光部の測定対象位置からの距離が異なる場合にも対応可能である。例えば、図９に示す如く、ガイド部２４を偏平として、装置高さを低めることも可能である。

又、前記実施形態においては、受光部の数が５個とされていたが、受光部の数は、これに限定されず、例えば法線方向の受光部２２ａの他は、所定方向、例えばθ＝４５°、６０°又は７０°方向に設けた１個とし、合計２個としたり、あるいは機械的に可能な範囲で最大限の数を設けて、角度分解能を高めることも可能である。

又、前記実施形態においては、縦断面の右半分のみの角度依存性を実測していたが、左半分にも受光部を設けて、縦断面全部の角度依存性を実測したり、あるいは、移動ステージ２８を発光素子１０の法線を中心として水平方向に回動して、全周に亘る発光特性を実測することも可能である。

又、前記受光部及び検出器として、光ファイバのような導光体とポリクロメータのような分光器との組合せに代えて、較正されたフォトダイオードをガイド２４に直接配置して用いることも可能である。この場合には、導光体や分光器を省略して、安価に輝度や光度等の情報を得ることができる。なお、素子の発光スペクトルに相似が成立しなくなった場合は、再較正が必要である。

又、検出器３０として、ポリクロメータ４０とエリアイメージセンサ４４を用い、図１０（側面図）及び図１１（正面図）に示す如く、光ファイバ２６ａ〜２６ｅの出射端を重ね、ポリクロメータ４０とレンズ４２を介して、エリアイメージセンサ４４に入射させ、図１２に例示するようなエリアイメージセンサ４４上の分光された帯状の像から、図１３に示すような光放射パターンを知ることも可能である。

なお、前記実施形態においては、本発明が面発光デバイスの光放射特性の測定に用いられていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ＬＥＤ等の指向性の強い発光素子の発光角度依存性を測定することにも適用可能である。

面発光デバイスの標準的な発光強度分布であるランバーシアン分布を示す線図 従来の測定装置の一例の構成を示す正面図 実際の発光強度のランバーシアン分布からのずれを例示する線図 従来の測定装置の他の例を示す正面図 同じく従来の測定装置の更に他の例を示す正面図 本発明の実施形態の構成を示す、一部ブロックを含む断面図 前記実施形態における受光部を示す断面図 同じく検出器としてポリクロメータを用いた場合に得られるスペクトルの例を示す線図 変形例を示す断面図 エリアイメージセンサを用いた他の変形例の構成を示す側面図 同じく正面図 同じくエリアイメージセンサ上の像の例を示す正面図 図１２により得られる光放射パターンの例を示す線図

符号の説明

１０…発光素子
１１…発光面
２０…固定具
２２ａ〜２２ｅ…受光部
２４…ガイド部
２６ａ〜２６ｅ…光ファイバ
２８…移動ステージ
３０…検出器
３２…演算装置
３６…電源
３８…ステージ制御装置
４０…ポリクロメータ（分光器）
４２…エリアイメージセンサ

Claims (7)

1. 測定対象から放射される光の配光特性を測定するための光放射パターン測定装置において、
   測定対象を互いに異なる放射角度で取り囲むように配設された複数の受光部と、
   各受光部に入射する光を、それぞれ検出するための検出器と、
   を備えたことを特徴とする光放射パターン測定装置。
2. 前記受光部の測定対象からの距離が同一であることを特徴とする請求項１に記載の光放射パターン測定装置。
3. 前記受光部が、測定対象の正面方向と、それ以外の方向に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光放射パターン測定装置。
4. 前記受光部と測定対象が相対移動可能とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光放射パターン測定装置。
5. 前記検出器が複数とされ、各検出器が受光部毎に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光放射パターン測定装置。
6. 前記検出器が単一とされ、複数の受光部に入射される光を、複数の受光部でそれぞれ検出するようにされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光放射パターン検出装置。
7. 前記検出器が、各受光部に入射する光の分光スペクトルを検出可能とされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光放射パターン測定装置。

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