JP4196073B2

JP4196073B2 - 面発光装置

Info

Publication number: JP4196073B2
Application number: JP2003082427A
Authority: JP
Inventors: 靖則井手上
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP2004288584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リング状に発光す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】
【特許文献１】
特開２００１−１１８４６３号公報（第２−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の面発光装置は、導光板内に入射した光は、導光板内の光路を減衰しながら同一方向に進行するため、光源となる発光ダイオードに近いところでは明るく、遠く離れるにつれて暗くなる。このため、光路内の明暗の差が大きくなり、均一な発光が得られないという問題がある。
【０００７】
また、複数の光源を用いた場合、一の光源から導光板内に入射した光の光路の途中から同一方向に他の光源による新たな光を入射すると、減衰した光の途中で追加分の光が照射されるため、その境界において光路内の明暗差が大きくなり、均一な発光が得られなくなる。
【０００８】
そこで本発明は、均一に発光するリング状の面発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光装置においては、環状の導光板の外周部に、外側に突出し、半導体発光装置から入射した光を周回光路の両方向に案内する補助導光部を一体的に形成した半導体発光装置としたものである。
【００１０】
この発明によれば、均一に発光するリング状の面発光装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本願第１の発明は、光を周回させる周回光路を内部に形成した円環状の導光板、および前記導光板の外周部の外側に配置された半導体発光装置とを有する面発光装置において、
前記導光板の外周部には、この外周部から外側に突出し、前記半導体発光装置から入射した光を前記周回光路の両方向に案内する第１、第２の入射部を備えた補助導光部が一体的に形成され、前記第１、第２の入射部は、それぞれの入射光路の中心線が、導光板の周回光路の中心線の接線に一致し、かつ交差するようにして、Ｖ字状に形成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、１つの周回光路に両方向から光が進入するので、周回光路内には、一方から入射される光と他方から入射される光が到達して、周回光路内の光量が平均化されるという作用を有する。
【００１２】
本願第２の発明は、前記補助導光部の内部に形成された入射光路は、前記周回光路に引かれた２本の接線を含んで形成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、周回光路に対して２本の接線方向から光を入射させると、それぞれの光が周回光路の両方向に直進し、損失が少ない状態で進入するという作用を有する。
【００１３】
本願第３の発明は、前記半導体発光装置は、前記２本の接線に沿って光を出射可能な位置に１つだけ設けら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、半導体発光装置が一定の配光範囲を有しているので、２本の接線が、この配光範囲内に入るように半導体発光装置を配置することにより、それぞれの接線方向に光が案内されるという作用を有する。
【００１４】
本願第４の発明は、前記補助導光部は、前記周回光路の接線方向にそれぞれ突出して交差した第１、第２の入射部を備え、前記半導体発光装置は、前記第１、第２の入射部にそれぞれ１つずつ設けら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、第１、第２の入射部から入射した光は、各々減衰しながら周回光路を反対方向に進み、第１、第２の入射部の反対側でそれぞれの光は交差して逆方向に進行することになり、周回光路内の第１の入射部からの光量が多い部分では、第２の入射部からの光量が少なくなり、逆に、第１の入射部からの光量が少ない部分では、第２の入射部からの光量が多くなるので、各部における光量が平均化されるという作用を有する。
【００１５】
本願第５の発明は、前記２本の接線の交点は、前記周回光路の外周縁より外側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、前記交点は、１つの半導体発光装置の発光中心に近く、また２つの半導体発光装置の光路が交差する部分なので、光量が多くなって明るくなり、他の部分に対して輝度の差が大きくなるが、この交点が周回光路の外周縁より外側に配置されているので、周回光路の外周縁より内側の部分、すなわち導光板の本体部の輝度の差は小さくなるという作用を有する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の面発光装置の平面図を示す。図１に示すように、本発明の面発光装置１は、光を周回させる周回光路を内部に形成した環状の導光板２、および導光板２の外周部の外側に配置された半導体発光装置３，４とを有している。
【００１８】
図２は導光板の平面図を示す。図２に示すように、導光板２は、本体部の全体を環状に形成し、外周部の断面を矩形に形成している。
【００１９】
導光板２の円環状の本体部の表側面は、光取り出し面が形成されており、その裏側面には、乱反射面が形成されている。乱反射面は、例えば、表面に粗面加工やＶ字状の溝や微細な凹凸形状を形成したり、また、円、三角形等の幾何学模様を、表面に印刷やレーザ加工等により形成したりすることができる。
【００２０】
また、導光板２の本体部の内周側面および外周側面には、周回光路内を進行する光を反射して周方向に案内する反射面が形成されている。反射面は、表面を平滑に仕上げることにより光を反射させるように形成することができるが、さらに表面に白色塗料を塗布して反射効率をよくすることも可能である。
【００２１】
導光板２の外周側面には、第１、第２の入射部５，６を備えた補助導光部７が突出して形成されている。
【００２２】
第１、第２の入射部５，６は、それぞれ内部に入射光路が形成されている。図２中のＸ字状に交差した２本の直線状の一点鎖線は、第１、第２の入射部５，６の入射光路の中心線８，９を示している。また、円状の一点鎖線は、導光板２の周回光路の中心線１０を示している。第１、第２の入射部５，６は、それぞれの入射光路の中心線８，９が、導光板２の周回光路の中心線１０の接線に一致し、かつ交差するようにして、Ｖ字状に形成されている。すなわち、２つの入射光路は、周回光路の２本の接線（中心線８，９）およびその交点１１を含んで形成されている。
【００２３】
また、入射光路の中心線８，９の交点１１は、周回光路の外周縁１２より半径方向の少し外側に配置されている。
【００２４】
図１に示すように、半導体発光装置３，４は、入射光路の中心線８，９に光軸を合わせて、第１、第２の入射部５，６の外側端にそれぞれ１つずつ配置されている。半導体発光装置３，４は、例えば、表面実装型のものを用いることができ、また、ランプ型のものを用いることも可能である。
【００２５】
図１に点線で示すように、半導体発光装置３，４から出射した光は、第１、第２の入射部５，６の外側端から入射光路に入射し、周壁面で反射し、または直進して交差する。そして、それぞれの光は、導光板２の本体部の周回光路の両方向、すなわち、半導体発光装置３から出射した光は時計回り方向、半導体発光装置４から出射した光は反時計回り方向にそれぞれ案内される。そして、それぞれの光は、一部が乱反射面によって乱反射して表面から光が採り出されるので、少しずつ減衰しながら補助導光部７の反対側で交差してさらに進行する。
【００２６】
図１に示すように、部分Ａでは、まだあまり減衰していない半導体発光装置４からの光と、すでにその多くが減衰している半導体発光装置３からの光が乱反射面に当たることにより発光し、部分Ｂでは、逆に、まだあまり減衰していない半導体発光装置３からの光と、すでにその多くが減衰している半導体発光装置４からの光が乱反射面に当たることにより発光するので、この２点の発光強度はほぼ等しくなる。
【００２７】
また、部分Ｃでは、半導体発光装置３および半導体発光装置４からの光の減衰量がほぼ等しくなるので、部分Ａ，Ｂの発光強度と、部分Ｃの発光強度が等しくなるように、乱反射面の面積や、粗面の形成の仕方を調整して、光の減衰率を変えることにより、導光板２の本体部全体を均一に発光させることができる。また、例えば、光の減衰率を大きくすることにより、部分Ｃの明るさを部分Ａ，Ｂに比べて暗くすることができ、光の減衰率を小さくすることにより、部分Ｃの明るさを部分Ａ，Ｂに比べて明るくすることもできる。
【００２８】
面発光装置１をリング状に発光させるために、導光板２の補助導光部７の表側面を、他の部材を用いたり塗料を塗布することによって覆い、導光板２の円環状の本体部のみを露出させることが好ましい。
【００２９】
また、周回光路の外周縁１２より外側にある入射光路の交点１１は、発光強度が最大となるが、この交点１１がある補助導光部７の光取り出し面を塗料で覆うことにより、導光板２の本体部に輝度の差が発生することを防止し、全体を均一に発光させることができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の面発光装置の平面図である。第２の実施の形態の面発光装置１３には、第１の実施の形態の面発光装置１の補助導光部７とは形状が異なる補助導光部１４が形成されているが、他の部分の形状は同じなので、同一部材には同一番号を付して説明は省略する。
【００３１】
補助導光部１４は、三角形状に形成され、その底辺が導光板１５の本体部の外周に接続されている。そして、当該三角形の底辺以外の２辺に沿って入射光路がそれぞれ形成されている。図３中に直線状の一点鎖線で示す入射光路の中心線１６，１７は、円状の導光板１５の周回光路の中心線１８の接線に一致し、両者はほぼ直交するように配置されている。
【００３２】
すなわち、２つの入射光路は、周回光路の２本の接線（中心線１６，１７）およびその交点１９を含んで形成されている。また、交点１９は、周回光路の外周縁１２より半径方向の外側に配置されている。
【００３３】
半導体発光装置３，４は、入射光路の中心線１６，１７に光軸を合わせて、三角形状の補助導光部１４の頂点を挟んだ両側にそれぞれ１つずつ配置されている。半導体発光装置３から出射した光は、入射光路１７の中心線に沿って導光板１５内の周回光路に右側から時計回り方向に案内され、周回光路の左側から補助導光部１４内に戻る。また、半導体発光装置４から出射した光は、入射光路１６の中心線に沿って導光板１５内の周回光路に左側から反時計回り方向に案内され、、周回光路の右側から補助導光部１４内に戻る。
【００３４】
補助導光部１４が接続した部分の周回光路は、幅が広くなっているので、周回する光の光量は小さくなるが、半導体発光装置３，４から出射された光の一部が、補助導光部１４の内部を通過して直接到達するので、周回光路内の全体の光量は平均化される。
【００３５】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態の面発光装置の平面図である。第３の実施の形態の面発光装置２０は、第２の実施の形態の面発光装置１３の補助導光部１４とは、頂部の形状が少し異なる補助導光部２１を形成して半導体発光装置の数を１つにしているが、他の部分の形状は同じなので、同一部材には同一番号を付して説明は省略する。
【００３６】
三角形状の補助導光部２１の頂部は半導体発光装置２２の出射部の形状に合わせて形成され、この部分には、１つの半導体発光装置２２が、発光面を内側に向けて配置されている。発光面は、入射光路の中心線１６，１７の交点１９よりも外側にあり、半導体発光装置２２から出射した光は、入射光路の中心線１６，１７に沿って、導光板２３の周回光路にそれぞれ左右から入射し、それぞれ反時計回り方向、時計回り方向に案内される。また、補助導光部２１が接続した部分の周回光路には、半導体発光装置２２から出射された光の一部が補助導光部２１の内部を通過して直接到達するので、周回光路内の全体の光量は平均化される。
【００３７】
半導体発光装置２２として配光角度が広いものを用いた場合には、三角形状の補助導光部２１の高さを低くして、半導体発光装置２２を周回光路に近接させることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、導光板の外周部に、この外周部から外側に突出し、半導体発光装置から入射した光を周回光路の両方向に案内する補助導光部が一体的に形成されているので、１つの周回光路に両方向から光が進入し、周回光路内に、一方から入射される光と他方から入射される光が到達して、周回光路内の光量が平均化され、均一に発光するリング状の面発光装置が得られる。
【００３９】
また、補助導光部の内部に形成された入射光路を、周回光路に引かれた２本の接線を含めて形成すると、周回光路に対して２本の接線方向から光を入射させたとき、それぞれの光が周回光路の両方向に直進して損失が少ない状態で進入するので、全体を均一に発光させることができる。
【００４０】
また、半導体発光装置を、２本の接線に沿って光を出射可能な位置に１つだけ設けると、２本の接線が、半導体発光装置の配光範囲内に入るように半導体発光装置を配置することにより、それぞれの接線方向に光が案内されるので、部品点数を減らし、装置を小型化するとともに回路の信頼性を高めることができる。
【００４１】
また、補助導光部に、周回光路の接線方向にそれぞれ突出して交差した第１、第２の入射部を設け、半導体発光装置を、第１、第２の入射部にそれぞれ１つずつ設けると、それぞれの光が徐々に減衰しながら反対方向に進み、周回光路内の第１の入射部からの光量が多い部分では、第２の入射部からの光量が少なくなり、逆に、第１の入射部からの光量が少ない部分では、第２の入射部からの光量が多くなるので、各部における光量が平均化される。
【００４２】
また、２本の接線の交点を、周回光路の外周縁より外側に配置すると、光量が多い交点が、導光板の本体部から外れた位置に配置されるので、導光板の本体部の光量は平均化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の面発光装置の平面図
【図２】同面発光装置の導光板の平面図
【図３】本発明の第２の実施の形態の面発光装置の平面図
【図４】本発明の第３の実施の形態の面発光装置の平面図
【符号の説明】
１面発光装置
２導光板
３，４半導体発光装置
５第１の入射部
６第２の入射部
７補助導光部
８，９中心線
１０中心線
１１交点
１２外周縁
１３面発光装置
１４補助導光部
１５導光板
１６，１７中心線
１８中心線
１９交点
２０面発光装置
２１補助導光部
２２半導体発光装置
２３導光板

Claims

光を周回させる周回光路を内部に形成した円環状の導光板、および前記導光板の外周部の外側に配置された半導体発光装置とを有する面発光装置において、
前記導光板の外周部には、この外周部から外側に突出し、前記半導体発光装置から入射した光を前記周回光路の両方向に案内する第１、第２の入射部を備えた補助導光部が一体的に形成され、前記第１、第２の入射部は、それぞれの入射光路の中心線が、導光板の周回光路の中心線の接線に一致し、かつ交差するようにして、Ｖ字状に形成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、前記第１、第２の入射部にそれぞれ１つずつ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の面発光装置。
前記２本の接線の交点は、前記周回光路の外周縁より外側に配置さ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。