KR100572441B1 - 광학장치를 이용한 기기 - Google Patents
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Abstract
발광소자(12)를 밀봉하는 몰드수지(13)의 전방계면에 발광소자(12)의 광을 직접 외부로 출사시키는 직접 출사영역(18)과, 발광소자(12)의 광을 전반사 시키는 전반사 영역(19)을 형성한다. 직접 출사영역(18)은, 볼록렌즈 형상으로 형성된다. 몰드수지(13)의 배면에는 오목 거울형상을 한 광반사부(20)를 마련한다.
발광소자(12)로부터 출사된 광의 일부는, 직접 출사영역(18)을 통과할 때 렌즈 작용을 받아 전방으로 출사된다. 발광소자(12)로부터 출사된 광의 다른 일부는 전반사 영역(19)에서 전반사된 후, 광반사부(20)에서 반사되어 전반사 영역(19)으로부터 전방으로 출사된다.
기판, 직접 출사영역, 전반사 영역, 광 반사부재, 발광 광원
Description
도 1은 종래 예의 발광 광원을 도시한 단면도.
도 2는 별도의 종래 예의 발광 광원을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 관한 제 1 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 발광 광원 및 해당 발광 광원에 의한 출사광의 광량 분포와, 종래의 발광 광원에 의한 출사광의 광량 분포를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 관한 제 2 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 관한 제 3 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 관한 제 4 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 관한 제 5 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 사시도.
도 9는 도 8의 발광 광원의 몰드 수지를 투시하여 도시한 사시도.
도 10은 도 8의 발광 광원의 단면도.
도 11은 도 8의 A부를 확대하여 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 관한 제 6 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 13은 본 발명에 관한 제 7 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 14는 본 발명에 관한 제 8 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 15는 본 발명에 관한 제 9 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 16은 본 발명에 관한 제 10 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 17은 본 발명에 관한 제 11 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 18은 본 발명에 관한 제 12 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 19는 본 발명에 관한 제 13 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 20은 본 발명에 관한 제 14 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 21은 본 발명에 관한 제 15 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시 한 단면도.
도 22는 2칩형의 종래의 발광 광원의 색 분리를 도시한 도면.
도 23은 본 발명에 관한 제 16 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 24는 본 발명에 관한 제 17 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 25(a), (b)는 도 24의 발광 광원에 이용되고 있는 리드 프레임을 확대하여 도시한 정면도 및 일부 파단한 측면도.
도 26은 도 24의 일부를 확대하여 광의 거동을 도시한 단면도.
도 27은 도 24의 실시형태와 비교하기 위한 실시형태를 도시한 단면도.
도 28은 도 27의 실시형태에 있어서의 광의 거동을 도시한 도면.
도 29는 본 발명에 관한 제 18 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 도시한 단면도.
도 30은 본 발명에 관한 제 19 바람직한 실시형태에 의한 수광기의 사시도.
도 31은 도 30에 도시한 수광기의 단면도.
도 32는 본 발명에 관한 제 20 바람직한 실시형태에 의한 수광기의 단면도.
도 33은 본 발명에 관한 제 21 바람직한 실시형태에 의한 수광기의 사시도.
도 34는 본 발명에 관한 제 22 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 사시도.
도 35(a)는 도 34의 발광 광원의 정면도, 도 35(b)는 도 35(a)의 X1-X1선 단 면도, 도 35(c)는 도 35(a)의 Y1-Y1선 단면도.
도 36은 도 34의 발광 광원으로부터 출사되는 광 빔의 프로파일을 도시한 도면.
도 37은 도 34의 발광 광원으로부터 출사되는 광의 강도 분포를 도시한 도면.
도 38(a)는 바이코닉면이 되도록 형성된 광 반사부의 사시도, 도 38(b)는 바이코닉면과 좌표와의 관계를 도시한 도면.
도 39(a)는 본 발명에 관한 제 23 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 정면도, 39(b)는 도 39(a)의 X2-X2선 단면도, 도 39(c)는 도 39(a)의 Y2-Y2선 단면도.
도 40은 도 39의 발광 광원으로부터 출사되는 광 빔의 프로파일을 도시한 도면.
도 41(a)는 본 발명에 관한 제 24 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 정면도, 도 41(b)는 도 41(a)의 X3-X3선 단면도, 도 41(c)는 도 41(a)의 Y3-Y3선 단면도.
도 42는 도 41의 발광 광원으로부터 출사되는 광 빔의 프로파일을 도시한 도면.
도 43(a)는 본 발명에 관한 제 25 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 정면도, 도 43(b)는 도 43(a)의 X4-X4선 단면도, 도 43(c)는 도 43(a)의 Y4-Y4선 단면도.
도 44(a)는 제 25 실시형태의 변형 예를 도시한 정면도, 도 44(b)는 도 44(a)의 X5-X5선 단면도, 도 44(c)는 도 44(a)의 Y5-Y5선 단면도.
도 45(a)는 사면이 마련되지 않은 발광 광원에 있어서의 수지계면의 단에서의 출사광의 거동을 도시한 도면, 도 45(b)는 사면이 마련된 발광 광원에 있어서의 수지계면의 단에서의 출사광의 거동을 도시한 도면.
도 46(a), (b)는 본 발명에 관한 제 26 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 정면도 및 단면도.
도 47은 본 발명에 관한 제 27 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 정면도.
도 48은 본 발명에 관한 제 28 바람직한 실시형태에 의한 수광기의 사시도.
도 49는 도 48의 수광기의 단면도.
도 50(a), (b)는 도 48의 수광기에 이용되는 수광소자의 예를 도시한 정면도 및 사시도.
도 51은 본 발명에 관한 제 29 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 52는 본 발명에 관한 제 30 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 53은 본 발명에 관한 제 31 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 54는 도 53의 일부 확대한 도면.
도 55는 본 발명에 관한 제 32 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 56은 도 55의 일부 확대한 도면.
도 57(a), (b)는 본 발명에 관한 제 33 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 구조를 도시한 단면도 및 정면도.
도 58(a), (b)는 도 57의 발광 광원에 이용되고 있는 광 반사부재의 구조를 설명하기 위한 단면도 및 정면도.
도 59는 도 57의 발광 광원의 작용 설명도.
도 60은 도 57의 발광 광원의 배광(配光) 특성을 도시한 도면.
도 61은 본 발명에 관한 제 34 바람직한 실시형태에 의한 신호기의 정면도.
도 62는 도 61의 신호기의 측면도.
도 63은 도 61의 신호기를 구성하는 신호등의 단면도.
도 64는 도 61의 신호등으로부터 출사되는 광의 방향을 도시한 도면.
도 65는 신호등의 비교 예를 도시한 단면도.
도 66은 본 발명에 관한 제 35 바람직한 실시형태에 의한 발광 디스플레이의 정면도.
도 67은 도 66의 발광 디스플레이를 구성하는 발광 디스플레이 유닛의 정면도.
도 68은 도 67의 발광 디스플레이 유닛의 측면도.
도 69는 발광 디스플레이 유닛의 비교 예를 도시한 측면도.
도 70은 본 발명에 관한 제 36 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 71은 제 36의 실시형태의 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 72는 제 36의 실시형태의 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 73은 제 36의 실시형태의 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 74는 본 발명에 관한 제 37 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 75는 제 37의 실시형태의 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 76은 본 발명에 관한 제 38 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 77은 발광 광원의 다른 정면 형상을 도시한 도면.
도 78은 발광 광원의 또다른 정면 형상을 도시한 도면.
도 79는 발광 광원의 또다른 정면 형상을 도시한 도면.
도 80은 발광 광원의 또다른 정면 형상을 도시한 도면.
도 81은 본 발명에 관한 제 39 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 82는 제 39의 실시형태의 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 83은 본 발명에 관한 제 40 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 84는 본 발명에 관한 제 41 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면 도.
도 85는 제 41의 실시형태의 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 86은 본 발명에 관한 제 42 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 87은 제 42 실시형태에 의한 변형 예에 의한 발광 광원의 단면도.
도 88은 본 발명에 관한 제 43 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 단면도.
도 89a 및 도 89b는 본 발명에 관한 제 44 바람직한 실시형태에 의한 옥외용 표시기기의 정면도 및 측면도.
도 90은 도 89의 옥외용 표시기기의 사용 상태를 설명하는 측면도.
도 91은 본 발명에 관한 제 45 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원의 제조방법을 설명하는 도면.
도 92는 본 발명에 관한 제 46 바람직한 실시형태에 의한 발광 디스플레이를 도시한 사시도.
도 93(a)는 발광 디스플레이에 이용되고 있었던 종래의 발광 광원을 도시한 사시도, 도 93(b)는 해당 발광 광원을 배열한 양상을 도시한 도면.
도 94는 도 92의 발광 디스플레이에 이용되는 발광 광원의 외형을 도시한 사시도.
도 95는 적색 발광 광원, 녹색 발광 광원, 청색 발광 광원을 델타 배열한 풀 컬러 발광 디스플레이의 1화소를 도시한 도면.
도 96은 본 발명에 관한 제 47 바람직한 실시형태에 의한 광파이버 결합 장치를 도시한 개략도.
도 97은 본 발명에 관한 제 48 바람직한 실시형태에 의한 신호등을 도시한 개략도.
도 98은 본 발명에 관한 제 49 바람직한 실시형태에 의한 광고 간판을 도시한 개략도.
도 99는 제 49의 실시형태의 변형 예에 의한 광고 간판을 도시한 개략도.
도 100은 본 발명에 관한 제 50 바람직한 실시형태에 의한 하이 마운트 스트랩 램프를 도시한 사시도.
도 101은 도 100의 하이 마운트 스트랩 램프를 구성하는 한 개의 발광 광원을 도시한 사시도.
도 102는 본 발명에 관한 제 51 바람직한 실시형태에 의한 하이 마운트 스트랩 램프를 도시한 사시도.
도 103은 차량에 부착된 도 102의 하이 마운트 스트랩 램프를 도시한 사시도.
도 104(a)는 도 102의 하이 마운트 스트랩 램프의 일부 확대한 단면도, 도 104(b)는 그 정면도.
도 105(a)는 종래 예에 의한 하이 마운트 스트랩 램프의 일부 확대한 단면도, 도 105(b)는 그 정면도.
도 106은 본 발명에 관한 제 52 바람직한 실시형태에 의한 디스플레이 장치 를 도시한 사시도.
도 107은 도 106의 디스플레이 장치에 이용되고 있는 발광 광원으로부터 출사되는 광의 빔 형상을 도시한 사시도.
도 108은 도 106의 디스플레이 장치의 표시를 인식할 수 있는 범위를 도시한 사시도.
도 109는 본 발명의 제 53 바람직한 실시형태에 의한 광전 센서의 구조를 도시한 단면도.
도 110은 본 발명의 제 54 바람직한 실시형태에 의한 도로압정의 구조를 도시한 단면도.
도 111은 본 발명의 제 55 바람직한 실시형태에 의한 조광형 스위치를 도시한 사시도.
도 112는 도 111의 조광형 스위치의 분해 사시도.
도 113은 도 111의 조광형 스위치의 개략 단면도.
도 114는 종래의 조광형 스위치의 구조를 도시한 개략 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 발광 다이오드 2 : 투명 유리기판
3, 4, 14, 17, 55, 58 : 리드 프레임 5, 16, 57 : 본딩 와이어
6 : 반사부재 7 : 반사면
8, 13, 54 : 몰드 수지 9 : 렌즈부
12, 12R, 12G : 발광소자 12a : 거울상
15, 56 : 스템 16 : 본딩
18 : 직접 출사영역 18a : 전부
18b : 기부 19 : 전반사 영역
19a : 평면부 19b, 63 : 테이퍼 형상부
20, 68 : 광 반사부 20a, 61 : 개구
33 : 미러
11, 21 내지 38, 41, 43, 65 내지 67, 69 내지 71, 75, 76 : 발광 광원
79, 83 내지 85, 91, 121, 122A 내지 129, 131 내지 134, 142 : 발광 광원
162, 163, 173, 185, 202, 222 : 발광 광원
39 : 광학 다층막 40, 42 : 컵
44 : 케이스 45 : 플렌지
46 : 절연물질 50a : 리드
51, 62, 76, 214, 223 : 수광기 52 : 수광소자
53 : 광반사부 59 : 직접 입사영역
60 : 평면영역 72, 77 : 광 모듈
73 : 회로기판 74, 78 : 소자 장착부
74a : 구면 형상부분 74b : 경계부
74c : 구덩이 80 : 패턴
81 : 반사막 82 : 지지부
92 : 곡면판 93 : 양측 테두리
101 : 신호기 102, 112 : 발광 디스플레이 유닛
102R, 102Y, 102G, 168 : 신호등 1003 : 후드
104, 113, 143, 174 : 기판 105 : 케이싱
106, 115 : 커버 107, 117, 245 : LED
111 : 발광 디스플레이 114 : 베이스
116 : 지주 130 : 접평면
141 : 옥외용 표시기구 151 : 금형
152 : 캐비티 153, 154 : 패턴면
161 : 발광 디스플레이 164 : 광파이버 결합장치
165 : 렌즈 166a, 166b : 볼록렌즈
167 : 광파이버 169 : 빌딩
170 : 광고 간판
171, 184, 189 : 하이 마운트 스트랩 램프
172 : 차량 173 : 전 발광 광원
175, 188 : 리어 윈도우 185 : 각 발광 광원
186, 191 : 확산렌즈 187 : 차량
190 : 발광 다이오드 201 : 디스플레이 장치
211 : 광전 센서 212 : 투광기
213 : 발광 다이오드 구동회로 215 : 증폭회로
216 : 처리회로 217 : 물체
221 : 도로압정 224 ; 충전전지
225 : 구동회로 226 : 도로
227 : 투명커버 231, 241 : 조광형 스위치
232, 243 : 발광 유닛 233 : 오목부
236 : 스위치 본체 234, 242 : 캡
235 : 캡 누름 244 : 오목한 곳
246 : 확산판
본 발명은 광학장치 및 그 광학장치를 이용한 기기에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 발광 다이오드와 같은 고체 발광소자를 구비한 발광 광원과, 포토 다이오드나 포토 트랜지스터, 광전(光電)변환 소자(태양전지 셀) 등의 수광소자를 구비한 수광기와, 광원이나 수광소자와 함께 이용되는 광학부품과, 해당 발광 광원이나 해당 수광기, 해당 광학부품을 포함하는 광학장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 광 출사방법 및 광 입사방법이나, 상기 광학부품의 제조방법에 관한 것이다. 또한 상기 광학장치를 이용한 광전 센서, 자발광기기(自發光機器), 디스플레이 장치, 차량탑재 램프용 광원 및 옥외용 표시기기에 관한 것이다.
(발광 광원에 관하여)
발광 다이오드를 몰드 수지중에 밀봉한 발광 광원에서는, 발광 다이오드로부 터 전방으로 출사된 광은 그대로 발광 광원으로부터 출사되지만, 발광 다이오드로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광은 몰드 수지의 계면에서 전(全)반사되거나 케이스의 내면에서 산란되거나 하여 로스로 되어 광 이용 효율이 낮아지게 된다.
이 때문에 비스듬한 방향으로 출사된 광도 효율적으로 꺼낼 수 있도록 한 발광 광원으로서는 일본 특허공개 평1-143368호 공보에 개시된 것이 제안되어 있다. 이 발광 광원의 단면을 도 1에 도시한다. 도 1에 있어서, 1은 발광 다이오드(1), 2는 투명 유리기판(2), 3 및 4는 리드 프레임(3,4), 5는 본딩 와이어(5), 6은 반사부재(6), 8은 광 투과성 수지로 이루어지는 몰드 수지(8)이다. 리드 프레임(3 및 4)은 투명 유리기판(2)의 배면에 마련되어 있고, 발광 다이오드(1)는 리드 프레임(3)의 배면에 실장되고, 리드 프레임(4)과의 사이는 본딩 와이어(5)에 의해 접속되어 있다. 반사부재(6)의 반사면(7)은 복수의 평판 영역에 의해 다면체 형상으로 형성되어 있다.
이 발광 광원에 있어서는, 발광 다이오드(1)로부터 배면측을 향해 광을 출사시키고, 배면측으로 출사된 광을 반사면(7)에 의해 반사시켜 몰드 수지(8) 및 투명 유리기판(2)을 통해서 전방으로 출사되도록 하고 있다. 특히, 발광 다이오드(1)로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광도, 반사면(7)에서 반사된 후 몰드 수지(8) 및 투명 유리기판(2)을 통해서 전방으로 출사되기 때문에 광 이용 효율이 향상된다.
그러나 이러한 발광 광원에서는, 반사부재에서 반사된 광이 전방으로 출사될 때, 발광 다이오드나 리드 프레임에 차단되고 이들의 그림자가 생겨서, 가장 많이 광량이 얻어져야 할 광축 중심 부근의 광을 효율적으로 이용할 수가 없다. 또한 발 광 광원으로부터 출사된 광의 지향 특성에 있어서 광축 중심 부근이 어둡게 되기 때문에 표시용의 광원으로서는 볼품이 나빠서 시각적인 부적당함이 생기고 있었다.
도 2는 종래의 별도의 발광 광원의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원에 있어서는, 한쪽의 리드 프레임(3)의 선단에 LED 칩과 같은 발광 다이오드(1)를 다이본드하고, 발광 다이오드(1)와 다른 쪽의 리드 프레임(4)을 본딩 와이어(5)에 의해 접속한 것이 투명한 몰드 수지(8) 내에 밀봉되어 있다. 몰드 수지(8)의 전면(前面)(수지계면)의 중앙부에는 발광 다이오드(1)의 광축과 일치시키도록 하여 렌즈부(9)가 마련되어 있다.
도 2와 같은 발광 광원에서는, 발광 다이오드(1)가 리드 프레임(3)의 그늘로 되는 일이 없어, 발광 다이오드(1)로부터 출사된 광이 차단되는 일이 없이 렌즈부(9)로부터 전방으로 출사된다.
그러나 이러한 발광 광원에서는, 발광 다이오드(1)로부터 전방으로 출사된 광 밖에 이용되지 않기 때문에, 역시 광의 이용 효율이 나빴다. 또한 한 개의 발광 광원으로는 소위 점 광원이 되어, 발광 면적을 크게 할 수가 없다.
(수광소자에 관하여)
또한, 포토 다이오드에서는, 예를 들면 센싱용이라면, 수광량이 커짐에 따라 감도가 향상되고, 또한 광전변환 소자에서는 수광량이 커짐에 따라 발생되는 전기 에너지가 증가한다. 따라서 이들의 수광소자에서는 가능한 한 수광량을 크게 하는 것이 요망된다.
입사광의 강도가 같다면, 수광량을 증가시키는 방법으로서 우선 생각할 수 있는 것은 수광소자의 수광 면적을 크게 하는 것이다. 그러나 수광소자의 칩 면적을 크게 하는 방법에서는, 1장의 단결정 웨이퍼로부터 취할 수 있는 칩 수가 적어지기 때문에 대폭적인 코스트 업이 된다.
또한 수광소자의 전방에 렌즈를 배치하여 렌즈에 입사된 광을 수광소자에 집광시키는 방법이 있다. 그러나 이와 같은 수광기에서는 큰 렌즈가 필요하게 되는 동시에 수광소자와 렌즈와의 거리분 만큼 두께가 늘어나기 때문에 수광기가 대형으로 된다는 문제가 있었다.
본 발명의 제 1 목적은 발광 광원이나 수광기 등의 광학장치에 있어서 소망의 지향 특성이 실현될 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 제 2 목적은 발광 다이오드 등의 고체 발광소자로부터 나가는 광의 이용 효율을 보다 향상시키는데 있다.
본 발명의 제 3 목적은 발광 다이오드 등의 고체 발광소자로부터 나가는 광의 발광 면적을 크게 하는데 있다.
또한 본 발명의 제 4 목적은 수광 면적을 크게 함으로서 포토 다이오드나 광전변환 소자 등에 의한 수광 효율을 높이는 데 있다.
또한 본 발명의 제 5 목적은 발광 광원이나 수광기의 조립 정밀도를 높이는 동시에 그 제조를 용이하게 하는데 있다.
또한 본 발명의 제 6 목적은 발광 광원이나 발광 광원을 이용한 기기에 있어서, 외란광에 의한 아래쪽(예를 들면, 지상)에서의 시인성의 저하를 억제할 수 있 도록 하는데 있다.
본 발명에 관한 광학장치는, 광학 소자와, 광학 소자 전방의 소정 영역을 벗어나는 광을 거의 전반사시키는 수지계면과, 광 반사부재로 이루어지는 광학장치로서, 상기 광학 소자로부터 상기 광학장치의 외부에 이르는 광 경로가, 상기 수지계면과 상기 광 반사부재의 각각에서 적어도 1회 이상 반사되는 경로를 경유하도록, 상기 광학 소자와 상기 수지계면과 상기 광 반사부재의 위치 관계를 정한 것을 특징으로 하는 것이다. 여기서 광학 소자란, 발광 다이오드 등의 발광소자나 포토 다이오드, 광전변환 소자 등의 수광소자 등이다. 이 광학장치에 의하면, 광학 소자와 광학장치 전방 사이의 경로에 있어서, 소정 영역을 벗어나는 광을 수지계면과 광 반사부재로 광을 반사시키고 있기 때문에, 수지계면과 광 반사부재의 형상에 의해 소망의 지향 특성이 실현될 수 있다. 더구나 광학장치의 박형화가 도모될 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 발광 광원은 발광소자로부터 출사된 광 중, 전방의 소정 영역을 벗어나는 광을 수지계면에서 거의 전반사시키도록 발광소자의 위치를 정하여 수지로 덮고, 해당 발광소자로부터 출사되고 수지계면에서 거의 전반사된 광을 반사시켜 전방으로 출사시키는 광 반사부재를 상기 수지계면의 후방에 마련한 것이다. 여기서 광을 거의 전반사시키는 수지계면은, 수지와 공기와의 계면이라도 좋고, 해당 수지와 별도의 수지나 다층 반사막 등과의 계면이라도 좋다.
제 1 발광 광원에 의하면, 발광소자를 덮고 있는 수지에서 거의 전반사된 광도 광 반사부재에서 반사됨으로써 전방으로 출사될 수 있어서 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 발광소자로부터 전방을 향해 출사된 광도 발광소자 자신에 의해 차단되는 일 없이 전방으로 출사될 수 있기 때문에, 광의 이용 효율이 보다 향상되는 동시에 발광 광원의 중심부가 어둡게 되는 일이 없어 지향 특성을 개선할 수 있다. 또한 수지계면의 형상이나 광 반사부재의 형상을 변화시킴으로써 발광 광원으로부터 출사된 광의 지향 특성을 임의로 바꿀 수 있다.
상기 제 1 발광 광원에 있어서의 제 1 형태에 의하면, 발광 광원은 상기 소정 영역과 접하는 영역에서 상기 수지계면의 적어도 일부가 상기 발광소자의 광축에 대하여 수직한 면에 대하여 경사되어 있다. 제 1 형태에 의한 발광 광원에 있어서는, 발광소자로부터 출사되어 상기 수지계면과 상기 소정 영역의 경계에 도달되는 광선의 대부분에 대해, 광축과 이루는 각도를 상기 수지계면에 입사되는 광의 전반사의 임계각보다 작은 각도로 할 수 있다. 상기 수지계면의 경계에 도달되는 발광소자로부터의 광과 발광소자의 광축이 이루는 각도를 전반사의 임계각보다 작게 하면, 광축에 대하여 수지계면에서의 전반사의 임계각보다 작은 각도로 출사된 광도 수지계면에서 전반사시키고 또한 광 반사부재에서 전방으로 반사시킬 수 있다. 이 결과 발광소자 전방의 소정 영역에서 미광(迷光)으로 되는 비율을 감소시킬 수 있어서 광의 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 단, 반드시 발광소자로부터 출사되어 수지계면과 상기 소정 영역의 경계에 도달하는 모든 광선에 대해, 광축과 이루는 각도가 수지계면에 입사되는 광의 전반사의 임계각보다 작은 각도로 할 필요는 없고, 대부분의 광선에 대해 광축과 이루는 각도가 수지계면에 입사되는 광의 전반사의 임계각보다 작은 각도로 되어 있으면 효과가 있다.
상기 제 1 발광 광원에 있어서의 제 2 형태에 의하면, 발광 광원은, 상기 광 반사부재중 적어도 상기 수지계면에서 전반사된 광이 도달되는 영역은, 상기 수지계면에 대한 상기 발광소자의 거울상 위치 부근을 초점으로 하는 오목면 거울로 되어 있다. 제 2 형태의 발광 광원에 의하면, 광 반사부재에서 반사된 광은 거의 평행광으로서 전방으로 출사된다.
상기 제 1 발광 광원에 있어서의 제 3 형태에 의하면, 발광 광원은 상기 발광소자의 광축을 통하여 서로 직교하는 어느 2개의 단면(斷面)에서, 상기 광 반사부재의 광 반사면에서의 곡율의 분포 범위가 다르다. 여기서 곡율의 분포 범위가 다르다는 것은, 곡율의 분포 범위가 일치되지 않는 경우로서, 서로 겹치지 않은 경우에 한하지 않고, 일부 겹치며 서로 어긋난 경우나, 한쪽의 분포 범위가 다른 쪽의 분포 범위보다 넓은 경우도 포함된다.
제 3 형태의 발광 광원에 의하면, 발광소자의 광축을 통하여 서로 직교하는 어느 2개의 단면에서, 광 반사부재의 광 반사면에서의 곡율의 분포 범위가 다르기 때문에, 발광소자로부터 출사되는 광이 광축의 주위에 균등하게 출사되고 있더라도, 광 반사면에서 반사된 광의 퍼지는 방식이 방향에 따라 다르다. 따라서 예를 들면 옆으로 퍼진 지향 특성 등, 용도에 응해서 광축의 주위에서 비대칭적인 지향 특성을 갖는 발광 광원을 얻는 것이 가능하게 된다.
또한 상기 제 3 형태의 발광 광원에 있어서의 제 4 형태에 의하면, 발광 광원은 상기 발광소자의 전방의 소정 영역에 광학 렌즈를 마련하고, 발광소자의 광축을 통하여 서로 직교하는 어느 2개의 단면에서, 상기 광학 렌즈의 표면에서의 곡율의 분포 범위가 다르다. 여기서 언급하는 곡율의 분포 범위가 다르다는 의미는, 광 반사부재의 경우와 같다. 제 4 실시형태의 발광 광원에 의하면, 광학 렌즈에 의해 전방으로 출사된 광을 집광시킬 수 있다. 더구나 광학 렌즈도 광축의 주위에 비대칭적인 형상을 갖고 있기 때문에, 광학 렌즈를 통하여 전방으로 출사되는 발광소자의 광도 광축의 주위에서 비대칭 또는 불균일한 지향 특성으로 된다. 따라서 발광소자의 중심부로부터 전방으로 출사되는 광도 용도에 응해서, 예를 들면 옆으로 퍼지게 할 수 있다.
상기 제 1 발광 광원에 있어서의 제 5 형태에 의하면, 발광 광원은 발광소자로부터 출사된 광 중, 전방의 소정 영역을 벗어나는 광을 수지계면에서 거의 전반사시키도록 발광소자의 위치를 정하여 수지로 덮고, 해당 발광소자로부터 출사되어 수지계면에서 거의 전반사된 광을 반사시켜 전방으로 출사시키는 광 반사부재를 상기 수지계면의 후방에 마련한 발광소자 광원에 있어서, 광 반사부재에서 반사된 광이 발광소자의 광축에 대하여 경사된 방향으로 출사되도록 한 것이다. 제 5 형태에 의한 발광 광원에서는, 광 반사부재에서 반사된 광이 발광소자의 광축에 대하여 경사된 방향으로 출사되도록 하고 있기 때문에, 발광 광원의 설치 방향과는 별도로 광의 출사방향을 설정할 수 있다. 따라서 광은 필요한 방향, 예를 들면 아래쪽으로 출사시켜 두고, 발광 광원 그 자체는 위쪽을 향해 설치하여 둠으로써, 석양이나 아침 햇빛 등의 외란광이 발광 광원에서 아래쪽으로 반사되는 것을 방지할 수 있다. 또한 이 발광 광원에서는, 광축에 대하여 큰 각도를 이루는 방향을 향해 발광소자로부터 출사된 광을 수지계면에서 전반사시키고 또한 광 반사부재에서 전방으로 반사시켜 발광 광원으로부터 전방으로 출사시킬 수 있기 때문에, 광의 이용 효율이 향상된다.
상기 제 1 발광 광원에 있어서의 제 6 형태에 의하면, 발광 광원은 상기 광 반사부재중 적어도 상기 수지계면에서 전반사된 광이 도달되는 영역이 오목면 거울을 이루고, 상기 수지계면에 대한 상기 오목면 거울의 초점의 거울상 위치에서 벗어난 위치에 상기 발광소자가 배치된 것이다. 제 6 형태의 발광 광원에 의하면, 발광 광원의 전방에 대하여 경사된 광축 방향으로 광을 출사시킬 수 있어서 발광 광원의 지향 특성의 자유도가 높게 된다.
상기 제 1 발광 광원에 있어서의 제 7 형태에 의하면, 발광 광원은 상기 발광소자의 측면으로부터 출사된 광을 전방 방향으로 반사하는 제 2 광 반사부재를 구비하고, 상기 제 2 광 반사부재에 의해 반사된 광의 대부분이 상기 수지계면에 도달되도록 상기 제 2 광 반사부재의 경사각을 설정하고 있다. 제 7 형태에 의한 발광 광원에 의하면, 발광소자의 측면으로부터 나온 광이 제 2 광 반사부재에서 반사된 후 소정 영역에서 직접 외부로 출사되어, 발광 광원의 광축으로부터 크게 경사된 방향으로 출사되는 것을 피할 수 있다. 즉, 발광소자의 측면으로부터 나온 광을 제 2 광 반사부재에서 반사시킴으로써 수지계면으로 이끌고 있기 때문에, 수지계면에서 전반사된 광은 광 반사부재로 이끌어지고 광 반사부재에 의해 출사 방향이 제어되기 때문에 광을 거의 발광 장치의 광축 방향으로 출사시킬 수 있게 된다.
상기 제 7 형태의 발광 광원에 있어서의 제 8 형태에 의하면, 발광 광원은, 상기 제 2 광 반사부재는 상기 발광소자를 배치하기 위한 리드 프레임상에 비치되어 있다. 발광소자가 리드 프레임의 위에 마련되어 있는 경우에는, 상기 제 2 광 반사부재를 리드 프레임에 의해 형성할 수 있어서 부품 개수를 삭감할 수 있다.
제 1 발광 장치에 있어서의 제 9 형태에 의하면, 발광 광원은, 상기 광 반사부재의 적어도 한 부분이 상기 수지계면을 구성하는 수지의 외주부와 접촉하고 있다. 제 9 형태의 발광 광원에 의하면, 수지 성형에 의해 발광 광원을 제작할 때에 반사부재를 금형 캐비티의 내주부(內周部)에 맞대어 위치를 결정할 수 있어서 용이하게 광 반사부재의 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 수광기는, 수광소자를 수지 내에 몰드한 수광기로서, 상기 수광소자 전방의 소정 영역을 벗어난 영역에 입사된 광을 반사시키고, 또한 수지계면에서 거의 전반사시켜 수광소자에 입사되도록 상기 수지의 수광측 계면의 후방에 광 반사부재를 마련한 것이다.
본 발명에 관한 수광기에 있어서는, 수광소자의 외측으로 입사된 광도 광 반사판에서 반사시킨 후 또한 수지의 계면에서 거의 전반사시킴으로써 수광소자에 입사시킬 수 있기 때문에, 수광소자의 면적을 크게 하지 않으면서 수광기의 수광 면적을 크게 하여 수광기의 수광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 수지의 수광측 계면의 후방에 마련한 광 반사부재와 수지계면에 의해 광을 모으고 있기 때문에 수광기를 비교적 박형의 구조로 할 수 있다.
상기 수광기에 있어서의 제 1 형태에 의하면, 수광기는, 상기 광 반사부재의 적어도 한 부분이 상기 수지계면을 구성하는 수지층의 외주부와 접촉하고 있다. 제 1 형태의 수광기에 의하면, 수지 성형에 의해 수광기를 제작할 때, 반사부재를 금형 캐비티의 내주부에 맞대어 위치 결정할 수 있어서 용이하게 광 반사부재의 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 광학부품은, 광원의 전면에 배치되는 광학부품으로서, 상기 광원으로부터 출사된 광을 거의 전반사시키는 수지계면과, 상기 수지계면에서 거의 전반사된 광을 반사시켜 전방으로 출사되는 광 반사부재를 구비한 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명에 의한 제 1 광학부품에 의하면, 발광소자와 조합시킴에 의해 예를 들면 상기 제 1 발광 광원과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 이 광학부품은 발광소자와 별개 부품으로 되어 있기 때문에, 발광소자에 후에 붙일 수 있는 등, 취급이 용이하게 된다.
또한 본 발명의 광학부품은, 발광소자뿐만 아니라 전구나 형광등과 같은 광원에 대하여도 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 제 2 광학부품은, 수광소자의 전면에 배치되는 광학부품으로서, 외부로부터 입사된 광을 반사시키는 광 반사부재와, 상기 광 반사부재에서 반사된 광을 전반사시켜 상기 수광소자에 입사시키는 수지계면을 구비한 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명에 관한 제 2 광학부품에 의하면, 수광소자와 조합시킴에 의해 예를 들면 상기 수광기와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 또한 이 광학부품은 수광소자와 별개 부품으로 되어 있기 때문에, 수광소자에 후에 붙일 수 있는 등 취급이 용이하게 된다.
상기 제 1 또는 제 2 광학부품에 있어서의 제 1 형태에 의하면, 광학부품은, 상기 발광소자 또는 상기 수광소자 중 적어도 한쪽을 배치하기 위해 상기 수지계면과 반대측의 면에 오목부를 구비하고 있다. 제 1 형태의 광학부품에 의하면, 오목 부 내에 발광소자 또는 수광소자를 배치하기 때문에 오목부에 의해 발광소자, 수광소자 또는 광학부품의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있다.
상기 제 1 또는 제 2 광학부품에 있어서의 제 2 형태에 의하면, 광학부품은, 상기 광 반사부재의 적어도 한 부분이 상기 수지계면을 구성하는 수지층의 외주부와 접촉하고 있다. 제 2 형태의 광학부품에 의하면, 수지 성형에 의해 광학부품을 제작할 때, 반사부재를 금형 캐비티의 내주부에 맞대어 위치 결정할 수 있어서 용이하게 광 반사부재의 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 광학부품의 제조방법은, 발광소자 전방의 소정 영역을 벗어난 광을 거의 전반사시키기 위한 수지계면을 갖는 수지층과, 해당 수지계면에서 거의 전반사된 광을 전방으로 출사시키는 광 반사부재를 구비한 광학부품의 제조방법에 있어서, 상기 광 반사부재의 외주부의 적어도 한 부분을 성형 금형의 캐비티 내면에 당접시킨 상태로 수지 주입을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 관한 제 1 광학부품의 제조방법에 의하면, 상기 제 1 광학부품을 제조할 수 있으며, 더구나 수지 성형에 의해 광학부품을 제작할 때, 반사부재를 금형 캐비티의 내주부에 맞대어 위치 결정할 수 있어서 용이하게 광 반사부재의 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 제 2 광학부품의 제조방법은, 수광소자 전방의 소정 영역을 벗어난 영역에 입사된 광을 반사시키는 광 반사부재와, 상기 광 반사부재에 의해 반사된 광을 거의 전반사시키는 수지계면을 갖는 수지층을 구비한 광학부품의 제조 방법에 있어서, 상기 광 반사부재의 외주부의 적어도 한 부분을 성형 금형의 캐비티 내면에 당접시킨 상태로 수지 주입을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 관한 제 2 광학부품의 제조방법에 의하면, 상기 제 2 광학부품을 제조할 수 있으며, 더구나 수지 성형에 의해 광학부품을 제작할 때, 반사부재를 금형 캐비티의 내주부에 맞대어 위치 결정할 수 있어서 용이하게 광 반사부재의 위치 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 광 출사방법은, 광원으로부터 출사된 광 중, 전방의 소정 영역을 벗어나는 광을 수지계면에서 거의 전반사시키고 해당 수지계면에서 거의 전반사된 광을 상기 수지계면 후방에 마련한 광 반사부재에 의해 전방으로 출사시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이 광 출사방법에 의하면, 광원으로부터 나온 광의 경로에 있어서, 소정 영역을 벗어나는 광을 수지계면과 광 반사부재에서 광을 반사시키기 때문에, 수지계면과 광 반사부재 형상에 의해 소망의 지향 특성이 실현될 수 있다.
본 발명에 관한 광 입사방법은, 외부로부터 입사된 광 중, 수광소자 전방의 소정 영역을 벗어난 광을 광 반사부재에 의해 반사시키고 상기 광 반사부재에 의해 반사된 광을 수지계면에서 거의 전반사시킨 후, 상기 수광기에 입사시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이 광 입사방법에 의하면, 수광소자에 입사되는 광의 경로에 있어서, 소정 영역을 벗어나는 광을 수지계면과 광 반사부재에서 광을 반사시키기 때문에, 수지계면과 광 반사부재의 형상에 의해 소망의 지향 특성이 실현될 수 있다.
본 발명의 발광 광원이나 수광기 등은 여러가지의 기기에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 관한 광전 센서는, 상기 수광소자로서 광전변환 소자를 이용한 본 발명에 관한 수광기와 투광소자를 구비하고, 해당 투광소자로부터 출사된 광 또는 해당 투광소자로부터 출사되고 대상 물체에서 반사된 광을, 상기 수광기로 검출하도록 한 것이다. 또한 본 발명에 관한 자발광기기는, 상기 수광소자로서 광전변환 소자를 이용한 본 발명에 관한 수광기와, 해당 수광기에서 발생된 전기 에너지를 축적하기 위한 충전전지와, 발광기를 구비한 것이다. 또한 본 발명에 관한 디스플레이 장치는, 본 발명에 관한 발광 광원 또는 본 발명에 관한 광학부품을 복수 개 배열시킨 것이다. 또한 본 발명에 관한 차량탑재 램프용 광원은 본 발명에 관한 발광 광원 또는 본 발명에 관한 광학부품을 복수 개 배열시킨 것이다. 또한 본 발명에 관한 옥외용 표시기기는, 본 발명에 관한 발광 광원 또는 본 발명에 관한 광학부품을 복수 개 배열시킨 것이다.
또한 본 발명의 이상 설명한 구성 요소는 가능한 한 임의로 조합시킬 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명에 관한 바람직한 실시형태에 관해 이하에 상세히 설명한다.
(제 1 바람직한 실시형태)
제 1 바람직한 실시형태로서 발광 광원(11)의 단면을 도 3에 도시한다. 본 실시형태에 의하면, 발광 다이오드(LED 칩) 등의 발광소자(12)는 투광성 수지 재료 로 이루어지는 몰드 수지(13)중에 밀봉되어 있다. 몰드 수지(13)중에 밀봉된 발광소자(12)는 리드 프레임(17)의 선단에 마련된 스템(15)상에 탑재되고, 본딩 와이어(16)에 의해 또 한쪽의 리드 프레임(14)에 접속되어 있고, 광 출사측이 발광 광원(11)의 전방을 향해 배치되어 있다.
몰드 수지(13)의 전면 중앙부에는, 구면 렌즈 형상, 비구면 렌즈 형상, 포물면 형상 등의 볼록 렌즈 형상을 이룬 직접 출사영역(18)이 형성되어 있고, 그 주위에는 직접 출사영역(18)을 둘러싸도록 하여 평면 형상을 이룬 전반사 영역(19)이 형성되어 있다. 또한 직접 출사영역(18)은 그 중심축이 발광소자(12)의 중심축과 일치되도록 형성되어 있고, 전반사 영역(19)은 발광소자(12)의 광축과 수직한 평면으로 되어 있다. 발광소자(12)는 이 직접 출사영역(18)의 초점 또는 그 부근에 위치하고 있다. 또한 발광소자(12)로부터 직접 출사영역(18)과 전반사 영역(19)과의 경계를 보는 방향이 발광소자(12)의 광축과 이루는 각도(α)는, 몰드 수지(13)와 공기간의 전반사의 임계각(θc)과 동등하던지 그것보다 크게 되어 있다.
따라서 발광소자(12)로부터 출사된 광 중, 직접 출사영역(18)으로 방사된 광은 거의 평행광화 되어 직접 몰드 수지(13)의 전면으로부터 전방으로 출사된다. 또한 발광소자(12)로부터 출사된 광 중, 전반사 영역(19)으로 출사된 광은 수지계면에서 전반사되어 몰드 수지(13)의 배면측을 향하게 된다.
몰드 수지(13)의 배면에는 진공증착 등에 의해 알루미늄이나 은 등의 반사율이 높은 금속재료를 성막함으로서, 또는 다층 반사막을 성막함으로서 광 반사부(20)가 형성되어 있다. 광 반사부(20)중, 적어도 전반사 영역(19)에서 반사된 광이 도달되는 영역은, 전반사 영역(19)에 관한 발광소자(12)의 거울상 위치 부근을 초점으로 하는 구면 거울이나 회전 포물면 거울 등의 오목면 거울로 되어 있다.
따라서 발광소자(12)로부터 출사되고 전반사 영역(19)에서 전반사된 광은 광 반사부(20)에 도달되어 광 반사부(20)에서 반사된 후 거의 평행광이 되어 전반사 영역(19)으로부터 전방으로 출사된다.
따라서 본 실시형태에 의한 발광 광원(11)에 의하면, 발광소자(12)로부터 전면측으로 출사된 거의 모든 광을(즉, 전반사 영역(19)으로 전반사된 광도) 발광 광원(11)의 전방으로 꺼낼 수 있어서 광 이용 효율을 높일 수 있다. 더구나 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광은 아무것에도 차단되는 일 없이 직접 출사영역(18)으로부터 출사되기 때문에, 상기 종래 예와 같이 광축상이 어둡게 되는 일이 없고 지향 특성이 개선된다.
또한 발광소자(12)로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광은 전반사 영역(19)에서 전반사되고 광 반사부(20)에서도 반사되어 전방으로 출사되기 때문에, 광로 길이가 길게되어, 그 몫만큼 수차를 작게 하여 발광 광원(11)을 고정밀도화 할 수 있다.
또한 발광 다이오드를 이용한 일반적인 종래의 발광 광원에서는, 몰드 수지에서 전반사된 광은 거의 전방으로 출사되지 않기 때문에, 도 4(b)에 도시한 바와 같은 폭이 좁은 광량 분포를 나타내지만, 본 실시형태의 발광 광원(11)에서는, 발광소자(12)로부터 출사된 광이 몰드 수지(13)의 전면 전체로 퍼지고 또한 거의 평행광화되어 출사되기 때문에, 도 4(a)에 도시한 바와 같이, 폭이 넓고 균일한 광량 분포(빔 프로파일)가 얻어진다.
또한 본 실시형태에서는, 발광 광원(11)으로부터 평행광이 출사되도록 설계하였지만, 발광소자(12)의 위치와 볼록 렌즈 형상을 이룬 직접 출사영역(18)의 초점 위치나 표면 형상, 오목면 거울 형상을 이룬 광 반사부(20)의 초점 위치나 표면 형상 등을 변화시킴으로써 발광 광원(11)으로부터 출사되는 광의 지향 특성을 소망대로 변화시킬 수 있다.
(제 2 바람직한 실시형태)
제 2 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(21)의 단면도를 도 5에 도시한다. 도 5에서는 스템이나 리드 프레임, 본딩 와이어 등은 도시를 생략하고 있다(마찬가지로 도 6 이후에 도시한 발광 광원에서도 리드 프레임 등의 도시를 생략하는 경우가 있다). 본 실시형태에서는 몰드 수지(13)의 계면의 직접 출사영역(18)을 평면 형상으로 형성하고 있다. 따라서 직접 출사영역(18)과 전반사 영역(19)은 외관상은 구별할 수 없지만, 발광소자(12)로부터 출사된 광선의 거동으로서 구별되고, 발광소자(12)로부터 몰드 수지(13)의 계면으로 그 전반사의 임계각(θc)으로 입사되는 광의 위치가 직접 출사영역(18)과 전반사 영역(19)과의 경계가 된다. 따라서 이 경계보다 내측의 직접 출사영역(18)에 입사된 광은 직접 출사영역(18)으로부터 직접 출사되고, 그 외측의 전반사 영역(19)에 입사된 광은 전반사 영역(19)에서 전반사된 후 광 반사부(20)에서 반사되어 전방으로 출사된다.
본 실시형태에서도 몰드 수지(13)의 계면에서 전반사시킬 수 있어서 광의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한 직접 출사영역(18)이 평면 형상으로 형성되어 있기 때문에 직접 출사영역(18)으로부터 출사되는 광은 넓히어져, 이 영역에서 출사되는 광의 지향각을 넓게 할 수 있다. 따라서 지향각을 넓게 하고 싶은 경우나 지향각에의 제한이 그다지 없는 경우에는, 본 실시형태와 같이 직접 출사영역(18)을 평면 형상으로 하여 몰드 수지(13)의 전면 형상을 간략화 할 수 있다.
(제 3 바람직한 실시형태)
도 6은 제 3 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(22)의 단면도이다. 본 실시형태에서는 직접 출사영역(18)의 앞 부분(18a)을 그 기부(基部)(18b)보다 크게 하고, 그 앞 부분(18a)을 렌즈 형상으로 하고 있다. 수지계면에서 전반사된 후 광 반사부(20)에서 반사된 광이 거의 평행광화 되는 경우에는, 전반사 영역(19)의 내주부에는 광이 출사되지 않는 영역이 존재하기 때문에, 전반사 영역(19)으로부터 출사되는 광을 차단하지 않는 한도에서 직접 출사영역(18)의 앞 부분(18a)을 크게 함으로서 전반사 영역(19)을 좁히는 일 없이, 직접 출사영역(18)의 렌즈 형상을 대구경화 할 수 있다. 또한 이러한 형태에 의하면, 렌즈 형상을 이룬 직접 출사영역(18)으로부터 방사되는 광과, 전반사 영역(19)으로부터 방사되는 광의 비율을 효율적으로 설계할 수 있다. 따라서 발광 광원(22)의 고성능화가 도모될 수 있다.
(제 4 바람직한 실시형태)
도 3에 도시한 발광 광원(11)에서는, 직접 출사영역(18)의 단(端)(외주부)에 입사된 광은 전방으로 출사되지 않게 되어, 그 몫만큼 발광소자(12)로부터 출사된 광이 로스로 되는 경우가 있다. 즉, 발광소자(12)와 직접 출사영역(18)과의 거리가 짧은 경우에는, 직접 출사영역(18)의 곡율이 커지고, 그 때문에 직접 출사영역(18) 의 단으로 출사된 광은 가로방향으로 출사되거나, 전반사되는 경우가 있다. 더구나 직접 출사영역(18)의 단은 발광소자(12)의 중심축에 대하여 전반사의 임계각과 같은 각도를 이루는 방향보다 외측에 있어야 하기 때문에 직접 출사영역(18)의 크기(정면에서 보았을 때의 지름)에 하한이 있으며 그 때문에 직접 출사영역(18)의 외주부의 면적이 커지고 발광소자(12)로부터 출사되는 광의 로스도 커진다. 또한 직접 출사영역(18)의 크기에 하한이 있기 때문에 직접 출사영역(18)의 표면의 곡율에도 상한이 존재하여, 직접 출사영역(18)의 설계 자유도가 제약되어 있었다.
이 점을 고려한 제 4 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(23)을 도 7의 단면도에 도시한다. 즉, 본 실시형태에서는, 몰드 수지(13)의 표면 중심부에 직접 출사영역(18)이 마련되고, 그 외측 주위에 전반사 영역(19)이 마련되어 있다. 직접 출사영역(18)은 개략 반구 형상을 이루고 있고 그 중심축은 발광소자(12)의 광축(C)과 일치되어 있다. 그리고 이 발광 광원(23)에 있어서는, 발광소자(12)로부터 직접 출사영역(18)을 향해 출사된 광은 굴절되면서 직접 출사영역(18)으로부터 거의 전방으로 출사된다.
전반사 영역(19)은 원추(원추대) 형상 또는 각추(각추대) 형상을 이룬 테이퍼 형상부(19b)와, 그 외측에 위치하는 평면부(19a)로 이루어지고, 테이퍼 형상부(19b)의 중심축은 발광소자(12)의 광축(C)과 일치되고, 평면부(19a)는 발광소자(12)의 광축(C)과 수직한 면으로 되어 있다. 또한 테이퍼 형상부(19b)의 중심축을 지나는 단면은 직선에 한하지 않고, 곡선으로 되어 있어도 좋다. 예를 들면, 테이퍼 형상부(19b)는 그 중심축을 회전축으로 하는 곡선의 회전면으로 되어 있어도 좋 다.
발광소자(12)로부터 전반사 영역(19)의 평면부(19a)와 테이퍼 형상부(19b) 사이의 경계를 보는 방향이 발광소자(12)의 광축(C)과 이루는 각(θb)은 몰드 수지(13)의(예를 들면, 공기와의) 계면에서의 전반사의 임계각(θc)보다 크게 되어 있다. 따라서 발광소자(12)로부터 출사되고 평면부(19a)에 입사된 광은 모두 광 반사부(20)를 향하도록 평면부(19a)에서 정반사된다.
또한 발광소자(12)로부터 직접 출사영역(18)의 단(직접 출사영역(18)과 테이퍼 형상부(19b) 사이의 경계)을 보는 방향이 발광소자(12)의 광축(C)과 이루는 각(θa)은, 몰드 수지(13)의 (예를 들면 공기와의) 계면에서의 전반사의 임계각(θc)보다 작게 되어 있다. 즉, 정면에서 보았을 때, 도 3과 같은 발광 광원(11)과 비교하여 직접 출사영역(18)의 크기가 작게 되고 직접 출사영역(18)의 외주부가 전체에 차지하는 비율이 작게 된다. 그 때문에 도 3과 같은 구조의 발광 광원(11)에서는 직접 출사영역(18)의 단에서 가로방향으로 출사되거나, 전반사되기도 하여 로스로 되어 있었던 광도 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사시킨 후 광 반사부(20)에서 반사시켜 전방으로 출사시킬 수 있어서 광의 로스를 작게할 수 있다. 또한 직접 출사영역(18)이 작게 되는 결과, 직접 출사영역(18)의 표면의 곡율도 크게 할 수 있게 되어 설계상의 제약이 적어진다.
테이퍼 형상부(19b)에 입사된 광은 모두 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사된다. 예를 들면, 테이퍼 형상부(19b)의 단면이 도 7과 같이 직선으로 구성되어 있는 경우, 테이퍼 형상부(19b)의 경사(β)는 전반사의 임계각을 θc로 하여 다음식을 만족시키도록 설계하고 있다.
β≥θc - θa
따라서 발광소자(12)로부터 출사되어 테이퍼 형상부(19b)에 입사된 광은 모두 광 반사부(20)로 향하도록 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사된다.
이렇게 하여 평면부(19a) 및 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사된 광은 광 반사부(20)에서 반사된 후 전반사 영역(19)으로부터 전방으로 출사되도록 광 반사부(20)의 형상이 설계되어 있다.
따라서 본 실시형태에 의하면, 광의 로스를 저감하는 동시에 직접 출사영역(18)의 설계 자유도를 높일 수 있다.
(제 5 바람직한 실시형태)
도 8 및 도 10은 제 5 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(24)의 사시도 및 단면도이다. 또한 도 9는 몰드 수지(13)를 투시하여 내부를 도시한 발광 광원(24)의 사시도, 도 11은 도 10의 A부 확대도이다. 이 발광 광원(24)에 있어서는, 금속 부재를 프레스 가공 등으로 파라볼라 형상으로 성형하고, 그 표면에 알루미늄이나 은의 도금을 시행함으로서 경면 가공한 것을 광 반사부(20)로서 이용하고 있다. 또는 알루미늄이나 은 등의 프레스 가공품에 화학 처리를 시행함으로써 표면에 광택을 갖게 한 것을 광 반사부(20)로서 이용하여도 좋다.
또한 광 반사부(20)의 중심부에는 스템(15)을 수납하기 위한 개구(20a)가 열리어 있고, 발광소자(12)가 실장된 스템(15)을 개구(20a)에 비접촉으로 수납된 상태로, 광 반사부(20)는 리드 프레임(14 및 17)과 함께 몰드 수지(13) 내에 밀봉되 어 있다.
이 몰드 수지(13)의 정면에서는, 도 7의 실시형태와 같이, 중심부에 직접 출사영역(18)이 형성되고, 그 주위에 테이퍼 형상부(19b)가 형성되고, 그 주위에 평면부(19a)가 형성되어 있다.
이러한 구조의 발광 광원(24)에 의하면, 도 3의 실시형태와 같이 몰드 수지(13)의 배면에 증착막 등(광 반사부(20))을 성막 할 필요가 없고, 발광소자(12)나 리드 프레임(14, 17)과 함께 개별 부품으로 된 광 반사부(20)를 성형 금형 내에 세트하여 두는 것만으로 좋아, 발광 광원(24)의 제조 공정을 간략화 할 수 있다.
더구나 몰드 수지(13)의 전면 외주부에는, 도 11에 도시한 바와 같이 테이퍼 형상으로 면취부(25)를 마련하고, 이 면취부(25)의 각(角)(B)에 광 반사부(20)의 외주면의 각을 일치시키고 있다. 이 때문에, 몰드 수지(13)를 성형할 때는, 광 반사부(20)의 반사면측의 외주각을 성형 금형의 캐비티 내면에 당접시킨 상태로 세트할 수 있음으로 광 반사부(20)를 위치 결정하여 몰드 수지(13) 내에 정밀도 좋게 인서트할 수 있어서 광 반사부(20)의 실장 정밀도가 높게 된다.
(제 6 바람직한 실시형태)
도 12는 본 발명의 제 6 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(26)의 단면도이다. 이 발광 광원(26)은 제 5 실시형태와 거의 같은 구조를 갖고 있지만, 전반사 영역(19)이 발광소자(12)의 광축과 수직한 평면부만으로 구성되어 있는 점이 다르다.
또한 도 12에는, 제 1 실시형태에서도 기술한 바와 같이, 광 반사부(20)중 적어도 전반사 영역(19)에서 반사된 광이 도달되는 영역은, 전반사 영역(19)에 관한 발광소자(12)의 거울상(12a)의 위치를 초점으로 하는 구면 거울이나 회전 포물면 거울 등의 오목면 거울로 된 것을 도시하고 있다. 따라서 발광소자(12)로부터 출사되고 전반사 영역(19)에서 전반사되고 또한 광 반사부(20)에서 반사된 광은 전반사 영역(19)을 통하여 거의 평행광으로서 전방으로 출사된다.
(제 7 바람직한 실시형태)
도 13은 제 7 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(27)의 단면도이다. 본 실시형태에서는 전반사 영역(19)을 경사시켜 역원추 형상으로 형성하고 있다. 도 13에서는 외주부가 전방으로 나가도록 전반사 영역(19)을 역원추 형상으로 형성하고 있기 때문에, 발광소자(12)로부터 나와 전반사 영역(19)에 입사되는 광의 입사각을 크게 할 수 있어서 그 몫만큼 전반사 영역(19)의 내주부의 지름을 작게 할 수 있다. 따라서 전반사 영역(19)에서 전반사된 후에 광 반사부(20)에서 반사되어 전반사 영역(19)으로부터 방사되는 광의 비율을 높일 수 있어서 광 반사부(20)의 형상을 최적 설계함으로서, 임의의 지향성을 갖는 발광 광원의 실현을 용이하게 할 수 있다.
또한 도시하지 않았지만, 전반사 영역(19)은 외주부가 후방으로 물러나도록 원추 형상으로 하여도 좋다. 전반사 영역(19)을 원추 형상으로 하면, 전반사 영역(19)으로부터 방사되는 광을 내주측으로 밀 수 있어서 직접 출사영역(18) 부근에서의 전반사 영역(19)의 암부를 작게 할 수 있다.
(제 8 바람직한 실시형태)
도 14는 제 8 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(28)의 단면도이다. 이 발광 광원(28)에 있어서는, 몰드 수지(13)의 전면에 형성된 직접 출사영역(18)과 전반사 영역(19)을 매끈하게 변화되는 곡면으로 형성하고 있어, 발광소자(12)로부터 전방으로 출사되는 광의 대부분을 몰드 수지(13)의 전면(전반사 영역(19))에서 전반사시킨 후, 광 반사부(20)에서 반사시켜 전방으로 출사되도록 하고 있다. 이러한 구조의 발광 광원(28)에 의하면, 발광 광원(28)의 설계 자유도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
(제 9 바람직한 실시형태)
도 15는 제 9 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(29)의 단면도이다. 본 실시형태에 의하면, 전반사 영역(19)을 연속적으로 변화되는 곡면, 예를 들면 렌즈 곡면으로 하고 있어서 설계의 자유도를 더욱 향상시킬 수 있다.
(제 10 바람직한 실시형태)
도 16은 제 10 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(30)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 의한 발광 광원(30)에서는, 렌즈 형상을 이룬 직접 출사영역(18)의 렌즈 형상을 프레넬 렌즈로 하여, 직접 출사영역(18) 내지 발광 광원(30)의 박형화를 도모하고 있다.
(제 11 바람직한 실시형태)
도 17은 제 11 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(31)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 의한 발광 광원(31)에 있어서는, 몰드 수지(13)의 배면을 프레넬 렌즈 형상으로 형성하고, 그 표면에 광 반사부(20)를 형성한 것이다. 본 실시형 태에 의해서도 발광 광원(31)의 박형화를 도모할 수 있다.
(제 12 바람직한 실시형태)
도 18은 제 12 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(32)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 몰드 수지(13) 내에서 발광소자(12)의 가까이에 미러(33)를 배치하고, 발광소자(12)로부터 측방향으로 출사된 광을 미러(33)에서 전반사 영역(19)으로 반사시키고, 전반사 영역(19)에서 전반사시킨 후 광 반사부(20)에서 반사시켜 전반사 영역(19)으로부터 전방으로 출사되도록 한 것이다. 이 미러(33)는, 예를 들면 스템(15)의 내면에 형성하여도 좋다(도 24 참조).
이러한 실시형태에 의하면, 발광소자(12)로부터 출사되는 광 중, 측방향으로 출사된 광이 직접적으로 광 반사부(20)에서 반사되어 미광(迷光)으로 되는 것을 방지할 수 있음으로 측방향으로 출사된 광도 유효 이용할 수 있어서 발광소자(12)로부터 출사된 광의 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
(제 13 바람직한 실시형태)
도 19는 제 13 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(34)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 몰드 수지(13)의 광축으로부터 벗어난 위치에 발광소자(12)가 마련되어 있다. 발광소자(12)가 전반사 영역(19)이나 직접 출사영역(18)의 광축(D)에서 벗어난 위치에 마련되어 있기 때문에, 발광 광원(34)으로부터는 치우쳐진 방향으로 광이 출사된다. 즉, 발광소자(12)가 치우처져 있는 면 내에서 지향 특성을 비대칭으로 할 수 있다.
(제 14 바람직한 실시형태)
도 20은 본 발명의 제 14 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(35)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 의한 발광 광원(35)은 도 12에 도시한 발광 광원(26)과 거의 같은 구조를 갖고 있지만, 발광소자(12)의 위치가 광 반사부(20)의 중심 및 직접 출사영역(18)의 광축(D)에서 벗어나 있는 점이 다르다.
즉, 발광소자(12)는 직접 출사영역(18)의 초점으로부터 직접 출사영역(18)의 광축과 수직한 방향으로 조금 변위된 위치에 배치되어 있다. 광 반사부(20)중 적어도 전반사 영역(19)에서 반사된 광이 도달되는 영역은, 구면 거울이나 회전 포물면 거울 등의 오목면 거울로 되어 있고, 광 반사부(20)의 중심은 직접 출사영역(18)의 광축(D)과 일치되도록 배치되어 있다. 더구나 해당 오목면 거울과 발광소자(12)는, 전반사 영역(19)에 관한 발광소자(12)의 거울상(12a)이, 해당 오목면 거울의 초점을 통하여 해당 오목면 거울의 광축과 수직한 면 내에서, 오목면 거울의 초점으로부터 벗어나 있는 위치 관계로 되어 있다. 환언하면, 전반사 영역(19)에 관한 해당 오목면 거울의 초점의 거울상 위치에서 벗어난 위치에 발광소자(12)가 배치되어 있다.
따라서 이 발광 광원(35)에 있어서는, 발광소자(12)로부터 출사된 광은 직접 출사영역(18)을 통하여 비스듬한 방향으로 거의 평행광으로서 출사된다. 또한 발광소자(12)로부터 출사되고 전반사 영역(19)에서 전반사되고 또한 광 반사부(20)에서 반사된 광도 거의 평행광으로서 같은 방향으로 경사 출사된다.
(제 15 바람직한 실시형태)
도 21은 제 15 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(36)을 도시한 단면도이 다. 본 실시형태에서는, 몰드 수지(13) 내에 발광색이 다른 복수의 발광소자(12R, 12G)(예를 들면, 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 등)가 밀봉되어 있다.
도 22에 도시한 바와 같은 포탄형의 발광 광원(37)(비교 예)으로 몰드 수지 내에 각(角)칩의 복수의 발광소자를 수납하면, 색 분리가 크고, 더구나 보는 방향에 따라 다르므로 보는 방향에 따라 시인성이 다르지만, 본 발명의 발광 광원(36)에서는, 도 21에 도시한 바와 같이, 직접 출사영역(18)이나 전반사 영역(19)의 형상을 적당히 설계함으로써 보는 방향에 따른 색 분리의 정도의 차이를 작게 할 수 있어서 시인성을 균일화할 수 있다.
(제 16 바람직한 실시형태)
도 23은 제 16 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(38)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에서는, 몰드 수지(13)의 전면 전체에 광학 다층막(39)을 형성하고 있다. 몰드 수지(13)의 전면에 광학 다층막(39)을 형성함으로써, 특정 각도보다 큰 입사각의 광을 계면에서 반사시키고, 특정 각도보다 입사각이 작은 광을 투과시킬 수 있고 또한 광학 다층막(39)의 설계에 의해 해당 특정 각도를 임의로 선택할 수 있어서 설계의 자유도가 높게 된다. 또한 여기서 광학 다층막(39)이 형성되는 근원이 되는 발광 광원은 예를 들면 도 3 내지 도 20에 도시한 바와 같은 발광 광원 또는 그 이외의 발광 광원이라도 좋다.
(제 17 바람직한 실시형태)
도 24는 제 17 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(41)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 의한 발광 광원(41)에 관해 설명하기 전에, 그 이해를 쉽게 하 기 위해, 비교를 위한 실시형태에 관해 설명한다.
예를 들면 도 10이나 도 12 등에 도시한 발광 광원에서는, 리드 프레임(17)의 선단의 스템(15)에 파라볼라 형상을 이룬 컵(광 반사부재)이 마련되어 있고, 스템(15) 내에 실장된 발광소자(12)를 컵으로 둘러싸도록 하고 있다. 이것은, 발광소자(12)(LED 베어칩)의 측면으로부터 출사된 광을, 컵의 내면에서 반사시킴으로써 발광 광원의 전방으로 출사시키기 위해서이다. 이러한 스템 내의 컵은, 종래부터도 이용되고 있지만, 종래의 컵은, 발광소자의 광축에 대하여 거의 45도로 경사되어 있었다.
도 27은 도 12에 도시한 발광 광원에, 종래부터 이용되고 있는 컵(40)을 그대로 적용한 실시형태를 나타내고 있다. 직접 출사영역(18)으로부터 출사되는 광의 광축은, 발광점과 직접 출사영역(18)의 주점(主点)을 잇는 각도에 의해 결정되지만, 컵(40)에 의해 반사되는 광의 경우에는, 컵(40)을 가상 광원으로 하는 광이라고 생각하면 좋다. 즉, 컵(40)에 관한 발광소자(12)의 거울상은, 컵(40) 내면의 외주 부근에 고리 형상으로 생기지만, 발광소자(12)와 컵(40)과의 거리가 대단히 짧기 때문에, 컵(40)에 의한 발광소자(12)의 거울상은 컵(40)의 극 부근에 생겨, 거의 컵(40)과 일치되기 때문이다. 따라서 도 27에 도시한 바와 같이, 컵(40)에서 반사된 후에 출사되는 광은 컵(40) 표면의 각 점(가상 광원)으로부터 나온 광이라고 생각할 수 있어서 발광소자(12)로부터 출사되고, 컵(40)에서 반사된 후 직접 출사영역(18)으로부터 출사되는 광의 광축이 경사되어, 비스듬한 방향으로 출사되어 버린다.
이 컵(40)을 이용한 종래의 발광 광원(예를 들면, 도 22에 도시한 바와 같은 포탄형의 것)에서는, 발광소자와 렌즈와의 거리가 길기 때문에, 이러한 출사광의 광축의 경사도 작아서 그다지 문제가 되는 일은 없었다. 그러나 본 발명에 관한 발광 광원에서는, 발광소자(12)와 직접 출사영역(18)과의 거리가 짧기 때문에, 컵(40)에서 반사된 출사광의 광축의 경사도가 크게 되어, 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광과, 발광소자(12)의 측면으로부터 출사되고 컵(40)에서 반사된 광을 거의 같은 방향으로 출사시키는 것은 불가능하다.
이 결과, 본 발명에 관한 발광 광원에, 경사가 거의 45°로 된 종래의 컵을 이용한 경우에는, 도 28에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)로부터 출사된 광은 거의 광축 방향으로 출사되는 광(L1)과, 광축에 대하여 크게 경사되어 출사되는 광(L2)이 혼합된 상태로 된다. 특히, 발광 광원으로부터 멀어짐에 따라 이 출사 방향이 다른 광은 분리되어, 광(L1)의 주위에 링 형상의 광(L2)이 생겨 버린다. 더하여, 직접 출사영역(18)은 발광소자(12)의 전면광과 측면광에 대하여 동시에 설계할 수는 없음으로 전면광에 대하여[만] 렌즈 설계를 행하게 되기 때문에, 직접 출사영역(18)의 렌즈 형상 설계에 따라서는, 이 경사광(L2)의 광축은 거의 제어할 수가 없다.
여기서 설명하는 실시형태는, 스템(15)에 고안을 가함으로써, 상기한 바와 같은 실시형태를 개선한 것이다. 도 24에 도시한 발광 광원(41)은 도 12 실시형태와 같은 구조의 발광 광원을 이용하여 그 개선 방법을 구체적으로 나타내고 있고, 도 25(a), (b)는 그 리드 프레임의 정면도 및 일부 파단한 측면도이다. 본 실시형 태에서도, 리드 프레임(17)의 선단에, 발광소자(12)를 실장하기 위한 스템(15)이 마련되어 있고, 스템(15)의 발광소자 실장 위치의 주위에 광 반사용의 컵(42)이 마련되어 있다. 발광소자(12)는 스템(15)의 전면에서 컵(42)의 내측에 실장되어 있다. 그리고 도 24의 일부를 확대한 도 26에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)로부터 측면 방향으로 출사되고 컵(42)에서 반사된 광이, 직접 출사영역(18)으로 향하지 않고, 전반사 영역(19)으로 향하도록 컵(42)의 형상이 설계되어 있다. 구체적으로는, 도 25에 도시한 바와 같이, 컵(42)의 내측의 스템 저면에 대한 컵(42)의 경사 각도(γ)를 약 22°가 되도록 하고 있다.
이 발광 광원(41)에 있어서는, 컵(42)의 경사 각도(γ)를 작게 하여 컵(42)에서 반사된 광이 전반사 영역(19)으로 향하도록 하고 있기 때문에, 도 24에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)의 측면으로부터 출사되고 컵(42)에서 반사된 광은 전반사 영역(19)에서 전반사된 후 광 반사부(20)로 향하고, 광 반사부(20)에서 반사된 후 전반사 영역(19)을 투과하여 전방으로 출사된다. 또한 발광소자(12)의 전면으로부터 출사되고, 전반사 영역(19)에 달한 광도, 전반사 영역(19)에서 전반사된 후 광 반사부(20)로 향하고, 광 반사부(20)에서 반사된 후 전반사 영역(19)을 투과하여 전방으로 출사된다. 또한 발광소자(12)의 전면으로부터 출사된 광 중, 직접 출사영역(18)에 달한 광은 직접 출사영역(18)에서 렌즈 작용을 받아 전방으로 출사된다.
이와 같이 컵(42)에서 반사된 광을 전반사 영역(19)에서 전반사시켜 광 반사부(20)로 향하게 하면, 광 반사부(20)에 의해 광로를 자유롭게 제어할 수 있다. 따 라서 도 25와 같은 리드 프레임(14, 17)을 이용하여 컵(42)에서 반사된 광을 전반사 영역(19)을 향하게 함으로서, 발광소자(12)로부터 출사되는 거의 모든 광을 소망의 방향(예를 들면, 발광소자(12)의 광축과 거의 평행한 방향)으로 출사시키는 것이 가능하게 된다. 더구나 이러한 실시형태에 의하면, 발광 광원(41)이 커지는 것을 피할 수 있다.
상기한 바와 같이, 컵(42)에서 반사시킨 광을 전반사 영역(19)을 향하게 함으로서 광로를 자유롭게 제어할 수 있다는 것은, 다음과 같은 이유에 의한다. 발광소자(12)의 전면 및 측면으로부터 출사된 광이 광 반사부(20)에 도달할 때까지는, 전반사 영역(19)에서 반사되어 광로가 구부러지기 때문에, 발광소자(12)로부터 광 반사부(20)까지의 광로 길이가 길게 되기 때문에, 광 반사부(20)에 있어서는, 발광소자(12)의 전면으로부터 출사된 광과 발광소자(12)의 측면으로부터 출사되고 컵(42)에서 반사된 광은 거의 같은 방향에서 날아오는 광으로 된다. 그 때문에, 동시에 제어가 가능하게 되어, 광 반사부(20)의 곡율 설계시에는, 양자를 종합적으로 설계 가능하게 되기 때문이다.
(제 18 바람직한 실시형태)
도 29는 제 18 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(43)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태는 캔 패키지 타입으로 되어 있고, 광 반사부(20)의 전면측에는 투명한 몰드 수지(13)를 충전하고, 광 반사부(20)의 배면측에는 절연물질(46)을 충전하고, 광 반사부(20)의 외주부로부터 연장되어 나온 원통 형상의 케이스부(44)에 의해 절연물질(46)의 외주면을 덮고, 케이스부(44)의 후단부 외주에 플랜지(45)가 마련되어 있다.
또한 광 반사부(20)의 중심부에는 스템(15)이 일체로 형성되어 있고, 광 반사부(20), 스템(15), 리드 프레임(17), 원통 형상의 케이스부(44) 및 플랜지(45)가 금속 재료에 의해 일체로 형성되어 있다. 리드 프레임(14)은 선단이 광 반사부(20)의 개구(20a)에 접촉되지 않도록 삽입되어 있다.
따라서 본 실시형태에 의하면, 부품 개수가 적어지고, 조립이 용이하고, 코스트도 저렴하게 된다. 특히, 일반적인 캔 패키지품과 같은 공정에서 제조하는 것이 가능하게 된다. 또한 스템(15)과 일체로 된 케이스부(44)나 플랜지(45)가 표면에 노출되어 있기 때문에 발광소자(12)에서 발생한 열의 방열성이 양호하게 되어, 허용 순전류량(順電流量)이 커지기 때문에 보다 고휘도화가 가능하게 된다.
또한 본 실시형태에서도, 제 17의 실시형태와 같이 스템(15)에 마련된 컵(42)은 발광소자(12)의 측면으로부터 출사되고, 컵(42)에서 반사된 광이 전반사 영역(19)으로 향하도록 설계되어 있어서 발광 광원(43)으로부터 출사되는 광의 출사 방향을 한 방향으로 정돈할 수 있다.
다음에 수광기의 몇가지 실시형태에 관해 설명한다.
(제 19 바람직한 실시형태)
도 30은 본 발명의 제 19 바람직한 실시형태에 의한 수광기(51)의 내부 구조를 도시한 사시도, 도 31은 그 단면도이다. 이 수광기(51)에 의하면, 칩 형상을 이룬 포토 다이오드, 포토 트랜지스터 등의 수광소자(52)와 광 반사부(53)가 투광성 수지 재료로 이루어지는 몰드 수지(54)중에 밀봉되어 있다. 몰드 수지(54)중에 밀 봉된 수광소자(52)는 리드 프레임(55)의 선단에 마련된 스템(56)상에 탑재되고, 본딩 와이어(57)에 의해 또 한쪽의 리드 프레임(58)에 접속되어 있고, 수광면은 전방을 향하여 배치되어 있다.
몰드 수지(54)의 전면 중앙부에는 구면 렌즈 형상, 비구면 렌즈 형상, 포물면 형상 등의 볼록 렌즈 형상을 이룬 직접 입사 영역(59)이 형성되어 있고, 그 주위에는 직접 입사 영역(59)을 둘러싸도록 하여 평탄한 평면 영역(60)(수지계면)이 형성되어 있다. 또한 직접 입사 영역(59)은 그 중심축이 수광소자(52)의 광축과 일치되도록 형성되어 있고, 평면 영역(60)은 수광소자(52)의 광축과 수직한 평면으로 되어 있다. 수광소자(52)는 이 직접 입사 영역(59)의 초점 또는 그 부근에 위치하고 있어서 수광기(51)에 거의 수직하게 입사된 광 중, 직접 입사 영역(59)에 입사된 광은 수광소자(52)에 집광되어 수광소자(52)의 수광면에서 수광된다.
또한 수광소자(52)로부터 직접 입사 영역(59)과 평면 영역(60)과의 경계를 보는 방향이 광축과 이루는 각도(α)는 몰드 수지(54)와 공기간의 전반사의 임계각(θc)과 동등하거나 그보다 크게 되어 있다.
광 반사부(53)는 금속 부재를 프레스 가공 등으로 파라볼라 형상으로 성형하고, 그 표면에 알루미늄이나 은의 도금을 시행함으로써 경면 가공한 것이다. 또는 알루미늄이나 은 등의 프레스 가공품에 화학처리를 시행함으로써 표면에 광택을 갖게한 것을 광 반사부(53)로서 이용하여도 좋다. 광 반사부(53)의 중심부에는 스템(56)을 수납하기 위한 개구(61)가 열려 있어서 수광소자(52)가 실장된 스템(56)을 개구(61)에 수납된 상태로, 광 반사부(53)는 리드 프레임(55 및 58)과 함께 몰드 수지(54) 내에 밀봉되어 있다. 광 반사부(53)의 단면 형상은, 몰드 수지(54)의 평면 영역(60)에 수직하게 입사되어 광 반사부(53)에서 반사된 광이, 평면 영역(60)에서 전반사된 후 수광소자(52)로 입사되도록 설계되어 있다.
따라서 수광기(51)에 거의 수직하게 입사된 광 중, 직접 입사 영역(59)에 입사된 광은 직접 입사 영역(59)을 투과할 때에 굴절되어 수광소자(52)에 집광되고, 또한 평면 영역(60)에 입사된 광은 광 반사부(53)에서 반사되고, 계속해서 평면 영역(60)에서 전반사되어 수광소자(52)에 집광된다. 따라서 수광기(51)에 거의 수직 입사된 광의 대부분을 수광소자(52)에 모을 수 있어서 수광 효율이 높은 수광기(51)를 제작할 수 있다. 더구나 수광소자(52)의 면적에 의지하는 일 없이, 광 반사부(53)를 크게하는 것만으로도 수광 면적을 크게 하여 수광량을 늘릴 수 있어서 저렴하게 수광량과 수광 효율을 높일 수 있다. 또한 수광 효율을 높임으로써 두껍게 되는 일도 없어, 박형의 수광기(51)를 얻을 수 있다.
또한 이러한 구조의 수광기(51)에 의하면, 수광소자(52)나 스템(56)과 함께 개별 부품으로 된 광 반사부(53)를 성형 금형 내에 세트하여 두는것만으로도 좋아, 수광기(51)의 제조공정을 간략화할 수 있다.
더구나 몰드 수지(54)의 각부(角部)에 광 반사부(53)의 외주면의 각을 일치시키고 있다. 이 때문에, 몰드 수지(54)를 성형할 때는, 광 반사부(53)의 반사면측의 외주 각을 성형 금형의 캐비티 내면에 당접시킨 상태로 세트할 수 있어서 광 반사부(53)를 위치 결정하여 몰드 수지(54) 내에 정밀도 좋게 인서트할 수 있어서 광 반사부(53)의 실장 정밀도가 높게 된다.
(제 20 바람직한 실시형태)
도 32는 제 20 바람직한 실시형태에 의한 수광기(62)의 단면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 몰드 수지(54)의 표면 중심부에 직접 입사 영역(59)을 마련하고, 직접 입사 영역(59)의 주위에, 중심측에서 우묵하게 들어가도록 원추(원추대) 형상 또는 각추(각추대) 형상을 이룬 테이퍼 형상부(63)를 마련하고, 그 외측에 평탄한 평면 영역(60)이 마련되어 있다. 테이퍼 형상부(63)의 중심축은 수광소자(52)의 광축과 일치되고, 평면 영역(60)은 수광소자(52)의 광축과 수직한 면으로 되어 있다
그리고 이 수광기(62)에 있어서는 직접 입사 영역(59)을 향해 입사된 광은 굴절되면서 수광소자(52)에 입사된다. 또한 광 반사부(53)는 평면 영역(60)에 거의 수직하게 입사된 광을 반사시키고, 또한 평면 영역(60)에서 전반사시킴으로써, 수광소자(52)에 입사시킨다. 테이퍼 형상부(63)는, 평면 영역(60)으로부터 입사되어 광 반사부(53)의 외주부분에서 반사된 광이 직접 입사 영역(59) 부근에서 전반사된 때에 수광소자(52)로부터 벗어난 방향으로 전반사되는 일 없이, 수광소자(52)에 입사되도록 하는 것이다. 따라서 본 실시형태에 의하면, 보다 수광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 테이퍼 형상부(63)를 마련함으로써, 직접 입사 영역(59)의 돌출 길이를 작게 할 수 있어, 수광기(62)를 보다 박형화할 수 있다.
또한 이러한 구조의 경우, 수광소자(52)로부터 직접 입사 영역(59)과 테이퍼 형상부(63)의 경계를 보는 방향이 광축과 이루는 각도(α)를 몰드 수지(54)와 공기간의 전반사의 임계각(θc)보다 작게 하는 것도 가능하게 된다.
(제 21 바람직한 실시형태)
도 33은 제 21 바람직한 실시형태에 의한 수광기(64)를 도시한 사시도로서, 태양전지로서 이용되는 것이다. 이 수광기(64)(태양전지)에 있어서는, 긴 변 방향으로 균일한 단면을 갖는 단면 개략 포물선 형상을 이룬 광 반사부(53)를 몰드 수지(54) 내에 밀봉한다. 광 반사부(53)의 전면에는, 그 긴 변 방향에 따라 수광소자(52) (어모퍼스, 다결정 또는 단결정의 실리콘계 광전변환 소자 등으로 이루어지는 광전변환 소자)가 마련되어 있다. 몰드 수지(54)의 전면의 중앙부에는, 긴 변 방향에 따라 실린더리컬 렌즈 형상을 이룬 직접 입사 영역(59)이 형성되고 그 양측에 평탄한 평면 영역(60)이 형성되어 있다.
그리고 이 수광기(64)에 있어서도, 수광기(64)에 수직 입사된 광 중, 직접 입사 영역(59)에 입사된 광은 직접 수광소자(52)에 집광된다. 또한 평면 영역(60)에 입사된 광은 광 반사부(53)에서 반사된 후 또한 평면 영역(60)에서 전반사되어 수광소자(52)에 수광된다. 또한 이 수광소자(52)에서는 한쪽으로 긴 형상을 이루고 있기 때문에 수광 면적을 대단히 크게 할 수 있음으로 높은 집광량을 얻을 수 있어서 태양전지로서도 높은 발전 능력을 얻을 수 있다.
태양전지는, 현재 시점에서 에너지 변환 효율이 15%로 낮기 때문에, 발전 능력을 높히고자 하면, 광전변환 소자 그 자체의 면적을 크게하지 않을 수 없어서 코스트가 높게 된다. 이에 대하여, 본 발명의 수광기(64)(태양전지)에 의하면, 광전변환 소자 그 자체의 면적을 크게 하지 않더라도, 수광기(64) 전체의 면적을 크게 함으로서 수광 면적을 크게 할 수 있고, 더구나 그 수광면에 입사된 광을 효율 좋게 수광소자(52)에 모을 수 있기 때문에, 저렴한 수단으로 발전 능력을 높일 수 있 다. 특히, 본 실시형태와 같은 구조에 의하면, 집광 효율을 2배 이상으로 높여, 실질적인 에너지 변환 효율을 2배 이상으로 높일 수 있다.
또한 이 수광기(64)에 의하면, 박형으로 유지한 채로 효율을 높일 수 있기 때문에, 집의 지붕에 장착하는 솔라 페널이나 도로압정, 델리니에이터(delineator) 등에 응용하는 경우에도 박형화의 요구에 응할 수 있다.
또한 도 30 및 도 31과 같은 형태의 수광기(64)에 있어서, 수광소자(52)로서 광전변환 소자를 실장하고 있어도 좋다.
(제 22 바람직한 실시형태)
도 34는 제 22 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(65)의 사시도, 도 35(a)는 그 정면도, 도 35(b)는 도 35(a)의 X1-X1선 단면도, 도 35(c)는 도 35(a)의 Y1-Y1선 단면도이다. 본 실시형태에 의하면, 발광 다이오드(LED 칩) 등의 발광소자(12)는 투광성 수지 재료로 이루어지는 몰드 수지(13)중에 밀봉되어 있다. 몰드 수지(13)중에 밀봉된 발광소자(12)는 리드 프레임(17)의 선단에 마련된 스템(15)상에 탑재되고, 본딩 와이어(16)에 의해 또 한쪽의 리드 프레임(14)에 접속되어 있고, 광 출사측이 발광 광원(65)의 전방을 향해 배치되어 있다.
광 반사부(20)는, 금속 부재를 프레스 가공 등으로 파라볼라 형상으로 성형한 것으로서, 그 표면은 알루미늄이나 은의 도금을 시행함으로써 경면 가공되어 있다. 또는 알루미늄이나 은 등의 프레스 가공품에 화학처리를 시행함으로서 표면에 광택을 갖게 한 것을 광 반사부(20)로서 이용하여도 좋다. 광 반사부(20)의 중심부에는 스템(15)을 수납하기 위한 개구(20a)가 열리어 있고, 발광소자(12)가 실장된 스템(15)은 개구(20a)에 수납된 상태로, 광 반사부(20)는 리드 프레임(14 및 17)과 함께 몰드 수지(13) 내에 밀봉되어 있다.
이 광 반사부(20)는, 도 35(a)에 도시한 바와 같이, 정면에서 본 상태에서는 장축방향과 단축방향을 갖고 있고, 이 실시예에서는 개략 타원형을 하고 있다. 또한 광 반사부(20)의 외주언저리는 몰드 수지(13)의 전면과 평행하게 되도록 형성되어 있기 때문에, 광 반사부(20)의 외주언저리와 몰드 수지(13)의 전면 사이에 큰 빈틈이 발생하지 않아, 이 빈틈에서 광이 누설되어 로스로 되는 것을 방지할 수 있다.
도 35(b)에 도시한 장축방향의 단면과 도 35(c)에 도시한 단축방향의 단면은 어느것이나 오목모양으로 만곡되어 있지만 서로 형상이 다르다. 즉, 장축방향에서의 단면의 곡율의 분포 범위와, 단축방향에서의 단면의 곡율의 분포 범위가 서로 다르다. 즉, 장축방향에서의 단면의 곡율 분포는 단축방향에서의 단면의 곡율 분포보다 작은 값쪽으로 치우처져 있다.
예를 들면, 장축방향에서의 단면에서도 단축방향에서의 단면에서도 광 반사부(20)의 단면이 원호(圓弧)라고 하면, 장축방향에서의 단면의 반경을 R1, 단축방향에서의 단면의 반경을 Rs로 하였을 때,
(1/R1) < (1/Rs)
즉, 장축방향 단면에 있어서의 반경 R1이 단축방향 단면에 있어서의 반경 Rs보다 크게 되어 있다(R1 > Rs).
또한 광 반사부(20)의 단면이 원호가 아닌 경우에는, 장축방향 단면에 있어 서도, 단축방향 단면에 있어서도, 곡율은 장소에 따라 다르기 때문에 퍼짐(분포)을 갖고 있다. 이러한 경우에는, 예를 들면 곡율 분포의 중심값에 의해 특징시킬 수 있다. 즉, 장축방향 단면에 있어서의 곡율의 최소치가 (ρ1)min, 최대치가 (ρ1)max라고 하고, 단축방향 단면에 있어서의 곡율의 최소치가 (ρs)min, 최대치가 (ρs)max라고 하면, 각각의 중심값 (ρ1)c, (ρs)c는,
장축방향 : (ρ1)c = {(ρ1)min + (ρ1)max}/2
단축방향 : (ρs)c = {(ρs)min + (ρs)max}/2
로 표시된다. 그리고 본 발명에 관한 발광 광원(65)에 이용되는 광 반사부(20)에서는, 장축방향 단면에 있어서의 곡율의 중심값 (ρ1)c을 단축방향 단면에 있어서의 곡율의 중심값 (ρs)c보다 작게 하여,
(ρ1)c < (ρs)c
로 하면 좋다.
또는 곡율의 분포의 양 끝, 즉 최소치와 최대치에 의해 특징시키고,
(ρ1)min ≤(ρs)min
(ρ1)max ≤(ρs)max
로 하여도 좋다. 단, 이 등호(等號)는 동시에 성립하지 않는 것으로 한다.
몰드 수지(13)의 전면 중앙부에는, 볼록 렌즈 형상을 이룬 직접 출사영역(18)이 형성되어 있고, 그 주위에는 직접 출사영역(18)을 둘러싸도록 하여 평면 형상을 이룬 전반사 영역(19)이 형성되어 있다. 또한 직접 출사영역(18)은 그 광축이 발광소자(12)의 광축과 일치되도록 형성되어 있고, 전반사 영역(19)은 발광소자 (12)의 광축과 수직한 평면으로 되어 있다. 발광소자(12)는 이 직접 출사영역(18)의 초점 또는 그 부근에 위치되어 있다. 또한 발광소자(12)로부터 직접 출사영역(18)과 전반사 영역(19)의 경계를 보는 방향이 광축과 이루는 각도는, 몰드 수지(13)와 공기간의 전반사의 임계각(θc)과 동등하거나, 그것보다 크게 되어 있다.
이 렌즈 형상을 이룬 직접 출사영역(18)에 있어서도, 정면에서 보면, 도 35(a)에 도시한 바와 같이 장축방향과 단축방향을 갖는 개략 타원 형상을 이루고 있어서, 장축방향 및 단축방향은 각각 광 반사부(20)의 장축방향 및 단축방향에 일치되어 있다. 직접 출사영역(18)도, 장축방향에서의 단면의 곡율의 분포 범위와, 단축방향에서의 단면의 곡율의 분포 범위는 서로 다르게 되어 있고, 특히, 장축방향에서의 단면의 곡율 분포는 단축방향에서의 단면의 곡율 분포보다 작은 값쪽으로 치우처져 있다. 여기서 직접 출사영역(18)에서 장축방향에서의 단면의 곡율 분포가 단축방향에서의 단면의 곡율 분포보다 작은 값쪽으로 치우처져 있다는 것은 광 반사부(20)의 경우와 같은 의미이다.
그리고 발광소자(12)로부터 출사된 광 중, 직접 출사영역(18)으로 방사된 광은 거의 평행광화 되어 직접 몰드 수지(13)의 전면으로부터 전방으로 출사된다. 또한 발광소자(12)로부터 출사된 광 중, 전반사 영역(19)으로 출사된 광은 수지계면에서 전반사되고, 수지계면에서 전반사된 광의 거의 모두가 광 반사부(20)에서 반사됨으로써, 전반사 영역(19)으로부터 전방으로 출사된다. 따라서 발광소자(12)로부터 전면측으로 출사된 거의 모든 광을(즉, 전반사 영역(19)으로 전반사된 광도) 발광 광원(65)의 전방으로 꺼낼 수 있어서 광 이용 효율을 높일 수 있다. 더구나 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광은 아무것에도 차단되는 일 없이 직접 출사영역(18)으로부터 출사되기 때문에, 상기 종래 예와 같이 광축상이 어둡게 되는 일이 없고 지향 특성이 개선된다.
또한 발광소자(12)로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광은 전반사 영역(19)에서 전반사되고, 광 반사부(20)에서도 반사되어 전방으로 출사되기 때문에, 광로 길이가 길게 되어, 그 몫만큼 수차(收差)를 작게 하여 발광 광원(65)을 고정밀도화 할 수 있다.
또한 광 반사부(20)는 개략 타원 형상을 이루고 있기 때문에, 이 때 광 반사부(20)에서 반사되어 전방으로 출사되는 광도, 도 36에 도시한 바와 같이 출사 프로파일이 개략 타원 형상의 빔으로 된다. 더구나 직접 출사영역(18)도 개략 타원 형상을 이루고 있어서 장축방향이 광 반사부(20)의 장축방향과 일치되어 있기 때문에, 직접 출사영역(18)으로부터 출사되는 광 빔도 단면 개략 타원 형상으로 되어, 도 37에 도시한 바와 같이, 직접 출사영역(18)으로부터 출사되는 광이 전반사 영역(19)으로부터 출사되는 광을 보완하여, 직접 출사영역(18)으로부터 출사되는 광과 전반사 영역(19)으로부터 출사되는 광을 합치면, 거의 강도가 균일한 타원 프로파일의 출사광이 실현된다.
또한 한 방향으로 퍼진 개략 타원 형상의 광을 출사시키고자 하면, 임의의 방향에서 곡율이 일정한 반구면 형상의 금속 부재를 준비하고, 그 좌우 양측을 커트하여 세로로 길게 한 광 반사부를 생각하면, 이 커트한 부분에서 몰드 수지의 전면과의 사이에 큰 빈틈이 발생하고, 여기에서 광이 누설되어 광의 이용 효율이 나 빠진다. 이에 대하여, 방향에 따라 곡율을 다르게 함으로서 이러한 빈틈을 작게 할 수 있어서 발광 광원(65)의 휘도를 높게할 수 있다. 또한 정면에서 보아 원형을 이룬 광 반사부(20)에 있어서, 직교 2방향에서 곡율을 다르게 한 경우에는, 반사된 광의 퍼짐을 다르게 할 수 있기 때문에, 한 방향으로 퍼진 개략 타원 형상 프로파일의 출사광을 얻을 수 있다. 다만, 광 반사부(20)도 타원 형상으로 함으로서, 광 반사부(20)의 설계는 용이하게 된다.
특히, 광 반사부(20)는, 비구면인 토릭(toric)면, 바이코닉(biconic)면으로서 실현할 수 있어서 보다 균일한 빔 프로파일의 설계가 가능하게 된다. 도 38(a)는 바이코닉면으로 형성된 광 반사부(20)를 도시하고 있어서 도 38(b)과 같이 광 반사부(20)의 장축방향에 X축, 단축방향에 Y축, 전방을 향해 Z축을 취할때, 이 바이코닉면을 갖는 광 반사부(20)의 광 반사면은 다음 식 1로 표시된다.
단, 이 바이코닉면의 XZ평면에 있어서의 단면의 형상을 Z= g1(X)로 나타낼 때, 이 곡선의 곡율을 cv, 코닉(conic)계수를 cc로 하고, YZ평면에 있어서의 단면의 형상을 Z= g2(Y)로 나타낼 때, 이 곡선의 곡율을 cvx(≠cv), 코닉계수를 ccx로 하고 있다. 또한 a, b, c, d는 어느것이나 고차항의 계수이다.
(제 23 바람직한 실시형태)
도 39(a)는 제 23 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(66)을 도시한 정면도, 도 39(b), 도 39(c)는 도 39(a)의 X2-X2선 단면도 및 Y2-Y2선 단면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 광 반사부(20)를 정면에서 보아 직사각형 형상으로 하고, 장축방향 및 단축방향의 단면이 오목모양으로 만곡되도록 형성되어 있고, 이것을 사각형 형상으로 성형된 몰드 수지(13) 내에 밀봉하고, 발광 광원(66)의 외형도 정면에서 보아 직사각형 형상이 되도록 하고 있다.
이러한 형상의 발광 광원(66)에서도 제 15 실시형태와 같이, 도 40에 도시한 바와 같이 개략 타원 형상 프로파일의 균일한 광 빔을 출사시킬 수 있다.
(제 24 바람직한 실시형태)
도 41(a)는 제 24 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(67)을 도시한 정면도, 도 41(b) 및 도 41(c)는 도 41(a)의 X3-X3선 단면도 및 Y3-Y3선 단면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 도 41(a), (b), (c)에 있어서 2점쇄선으로 도시한 바와 같이, 정면 형상이 타원을 이룬 광 반사부(68)의 4변을 커트하여 거의 직사각형 형상으로 만든 광 반사부(20)가 이용되고 있다. 그리고 이것을 사각형 형상으로 성형된 몰드 수지(13) 내에 밀봉하고, 발광 광원(67)의 외형도 정면에서 보아 직사각형 형상이 되도록 하고 있다.
이러한 구조의 발광 광원(67)에 의하면, 도 42에 도시한 바와 같이, 보다 직사각형 형상에 가까운 프로파일의 광 빔을 출사시킬 수 있다. 차량탑재용의 하이 마운트 스트랩 램프 등의 용도에서는, 어떤 한정된 사각형 영역 내로 균일한 빔을 조사하는 것이 소망되는 경우가 있기 때문에, 이 발광 광원(67)은 그와 같은 용도에 바람직한 것이다.
또한 종래의 발광 광원(LED)에서는, 빔 프로파일(지향 특성)의 설계에 있어서는, 렌즈면의 곡율과, LED 칩과 렌즈면 사이의 거리만을 파라미터로 하여 설계하고 있어서 광축 방향으로 발광 광원이 두텁게 되지 않을 수가 없지만, 본 발명에 관한 발광 광원에서는, 광 반사부의 형상에 의해 보다 자유로운 설계가 가능해지기 때문에, 결과로서, 광축 방향으로 얇은 발광 광원(67)을 얻을 수 있다. 즉, 제 22 내지 제 24와 같은 실시형태(도 34 내지 도 42)의 발광 광원에 의하면, 두께가 얇고 넓은 범위에 광을 출사시키는 것이 가능한 발광 광원이 실현될 수 있다. 예를 들면, 하이 마운트 스트랩 램프와 같이, 광학계에 허용되는 스페이스(특히, 깊이)는 좁지만, 폭넓은 면적에 광을 조사할 필요가 있는 애플리케이션에는, 이러한[관련되는] 실시형태에 의한 발광 광원(67)은 특히 유효하게 된다.
(제 25 바람직한 실시형태)
도 43(a)는 제 25 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(69)을 도시한 정면도, 도 43(b)는 도 43(a)의 X4-X4선 단면도, 도 43(c)는 도 43(a)의 Y4-Y4선 단면도이다. 도 43에 도시한 발광 광원(69)에서는, 직접 출사영역(18)의 주위에 테이퍼 형상을 이룬 테이퍼 형상부(19b)를 형성하고, 테이퍼 형상부(19b)의 주위에 평면부(19a)를 형성하고 있다. 이 테이퍼 형상부(19b)는, 발광소자(12)의 광축의 광 출사 방향과 이루는 각도가 90도보다 작게 되어 있고, 평면부(19a)는 광축에 수직하게 되어 있다. 여기서 발광소자(12)로부터 테이퍼 형상부(19b)와 평면부(19a)의 경계 를 보는 방향이, 발광소자(12)의 광축과 이루는 각도가 몰드 수지(13)의 계면에서의 전반사의 임계각(θc)보다 크게 되도록 하여 두면, 평면부(19a)에 입사된 광은 모두 전반사되고, 또한 테이퍼 형상부(19b)와 직접 출사영역(18)의 경계에 입사된 광도 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사되도록 테이퍼 형상부(19b)의 경사각을 설정해 두면, 테이퍼 형상부(19b)에 입사된 광은 모두 전반사된다. 따라서 테이퍼 형상부(19b) 및 평면부(19a)가 전반사 영역(19)으로 되어, 평면부(19a)에서는 전반사시킬 수 없는 영역의 광도 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사시킬 수 있게 되고, 이들의 광을 광 반사부(20)에서 반사시켜 전방으로 향하게 함으로서, 발광 광원(69)의 광 출사 효율이 향상된다.
또한 정면에서 보아 개략 타원형을 이룬 광 반사부(20)를 설계하는 경우, 특히 장축방향의 광 출사 프로파일이나 효율을 중시하여 설계한 경우에는, 단축방향에 관해서는, 발광소자(12)로부터 출사된 광이 몰드 수지(13)의 계면에서 전반사되게 하는 영역(전반사 영역(19))이 좁게 되거나 또는 없어져 버리는 경우가 있다.
이러한 경우에도 테이퍼 형상부(19b)를 형성하는 것이 유효하게 된다. 더구나 도 43과 같이 전반사 영역을 늘리기 위해 형성하는 테이퍼 형상부(19b)에 관해서는, 단축방향에서 테이퍼 형상부(19b)가 차지하는 비율을, 장축방향에서 테이퍼 형상부(19b)가 차지하는 비율보다 크게 하여, 발광 광원(69)을 정면에서 보았을 때, 테이퍼 형상부(19b)의 외형이 직접 출사영역(18)이나 광 반사부(20)의 외형과 상사(相似)관계가 아니도록 하면 좋다. 경우에 따라서는, 정면에서 본 테이퍼 형상부(19b)의 외형의 장축과 단축의 방향이 직접 출사영역(18)이나 광 반사부(20)와는 역전되는 경우도 있다. 이러한 구성으로 함으로서, 발광 광원(69)의 단축방향에서의 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한 단축방향의 광 출사 프로파일이나 효율을 중시하여 설계를 한 경우나, 발광 광원(69)의 외형이나 광 출사 프로파일로부터의 제한을 받는 경우에는, 도 44에 도시한 발광 광원(70)과 같이, 발광소자(12)를 수지계면에 가까이 할 필요가 있는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 도 45(a)에 도시한 바와 같이, 장축방향의 수지계면의 단부에서는, 발광소자(12)로부터 출사된 광의 출사각(광축과 이루는 각도)이, 예를 들면, 70도 이상이라는 큰 각도로 되는 경우가 있다. 이러한 각도의 광은 강도가 낮기 때문에, LED의 외주부분의 광강도가 작게 되고 발광 광원(69)의 휘도가 불균일하게 된다.
이러한 경우에는, 도 45(b)에 도시한 바와 같이, 장축방향의 단면(斷面)에 있어서 테이퍼 형상부(19b)의 각도를, 전반사각을 만족시킨 각 이상으로 설정하고, 테이퍼 형상부(19b)에서 전반사된 광을 수지계면의 단부에 도달시킴으로써, 수지계면의 단부에서의 휘도를 향상시켜, 발광 광원(69)의 휘도를 거의 균일하게 할 수 있다. 이 경우도, 발광 광원(69)을 정면에서 보았을 때의 테이퍼 형상부(19b)의 외형에 관해서는, 직접 출사영역(18)이나 광 반사부(20)의 외형과 반드시 상사관계는 아니고, 장축과 단축의 비가 보다 큰 형상으로 되는 경우도 있다.
또한 도 34이하에 도시한 바와 같은, 정면에서 보아 장축방향과 단축방향을 갖는 형상은, 도시하지 않지만, 수광기에도 적용할 수 있다.
(제 26 바람직한 실시형태)
도 46(a), (b)는 제 26 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(71)을 도시한 정면도 및 단면도이다. 이 발광 광원(71)은 회로 기판(73)에 실장된 LED 칩 등의 칩형 발광소자(12)에 원반 형상을 이룬 광 모듈(광학부품)(72)을 씌우도록 설치하여 구성되어 있다.
광 모듈(72)은 몰드 수지(13) 내에 광 반사부(20)를 인서트 성형한 것으로서, 몰드 수지(13)의 표면에는 볼록 렌즈 형상의 직접 출사영역(18)과 전반사 영역(19)이 형성되어 있다. 또한 몰드 수지(13)의 이면에는, 광 반사부(20)의 개구(20a)와 대응하는 위치에서 개구(20a) 내로 들어가도록 하여 오목모양을 한 소자 장착부(74)가 형성되어 있다. 이 소자 장착부(74)는, 발광소자(12)로부터 출사된 광이 광 모듈(72)에 입사될 때, 그 광축을 구부러지지 않도록, 각 방향의 광에 대하여 거의 수직하게 되어 있고, 개략 반구 형상으로 형성되어 있다. 이 광 모듈(72)을 회로 기판(73)에 실장된 표면 실장 타입의 칩형 발광소자(12)에 씌우고, 발광소자(12)를 소자 장착부(74) 내에 수납시키도록 하여 발광 광원(71)이 구성되어 있다. 이 때 소자 장착부(74)의 치수를 발광소자(12)의 외형 크기와 맞추어 두면, 발광소자(12)와 광 모듈(72)의 위치 맞춤이 용이하게 되어, 효율적으로 조립할 수 있다.
이러한 광 모듈(72)을 이용함에 의해서도, 지금까지 설명한 바와 같이 몰드 수지(13) 내에 발광소자(12)가 매립된 발광 광원과 같은 작용 효과를 이룰 수 있다. 즉, 도 46(b)에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광은 소자 장착부(74)로부터 몰드 수지(13) 내로 들어가고, 몰드 수지(13) 내를 진행하 여 직접 출사영역(18)으로부터 전방으로 출사된다. 또한 발광소자(12)로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광은 소자 장착부(74)로부터 몰드 수지(13) 내로 들어가고, 몰드 수지(13) 내를 진행하여 전반사 영역(19)에 도달하고, 전반사 영역(19)에서 전반사된 후 광 반사부(20)에서 반사되고 전반사 영역(19)을 투과하여 전방으로 출사된다. 따라서 발광소자(12)에 비하여 큰 광 모듈(72)을 이용함으로써, 발광소자(12)의 크기에 비하여 큰 면적에 발광소자(12)의 광을 넓혀서 광 모듈(72)로부터 출사시킬 수 있어서 발광면의 대면적화가 가능하게 된다.
또한 이 광 모듈(72)을 씌움에 의해 생기는 광 손실도, 광 모듈(72)에 입사될 때의 손실, 몰드 수지(13)의 전면으로부터 출사될 때의 프레넬 손실 및 광 반사부(20)에 의한 약간의 반사 손실뿐으로서, 발광소자(12)로부터 출사된 광의 약 90%의 광이 효율적으로 광 모듈(72)로부터 전방으로 출사된다.
또한 광 모듈(72)을 이용한 발광 광원(71)으로부터의 출사 방향도 자유롭게 설계 가능하게 되어, 렌즈를 이용하여 같은 효과를 얻으려고 한 경우보다 공간적으로 작게 구성할 수 있다. LED 칩을 사용하고 있는 애플리케이션의 대부분은, 공간적인 제약이 많은 사례가 많지만, 그와 같은 경우에도 해당 광 모듈(72)을 사용하는 것은 유효하다.
또한 이러한 광 모듈(72)에 의하면, 회로 기판(73)에 이미 실장되어 있는 발광소자(12)에 이용할 수 있어서, 후에 붙여서 발광소자(12)의 발광 면적의 대형화나 고 효율화를 도모할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는, LED 칩을 이용한 예를 나타내었지만, 광 모듈(72) 을 대형화하여 LED 칩을 전구나 형광등과 같은 광원에 적용하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.
(제 27 바람직한 실시형태)
도 47은 제 27 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(75)을 도시한 정면도이다. 이 발광 광원(75)에서는, 장축방향과 단축방향을 갖는, 예를 들면 직사각형 형상을 이룬 광 모듈(72)이 이용되고 있다. 이러한 광 모듈(72)을 이용하면, 장축방향과 단축방향에서 광의 퍼짐이 다르기 때문에, 직사각형 형상 내지 타원 형상의 프로파일의 출사광이 실현될 수 있고, 광 모듈(72)을 이용하여 제 22 실시형태(도 34)에 대응한 발광 광원(75)을 제작할 수 있다.
이 외에도, 광 모듈(72)의 구조를 변경함으로써, 지금까지 기술한 여러가지의 발광 광원과 같은 기능을 갖게 하는 것도 가능하게 된다.
(제 28 바람직한 실시형태)
도 48은 제 28 바람직한 실시형태에 의한 수광기(76)를 도시한 사시도, 도 49는 그 단면도이다. 본 실시형태에서는, 회로 기판(73)에 실장된 수광소자(52)에 광 모듈(77)을 씌우고, 소자 장착부(78) 내에 수광소자(52)를 수납하여 수광기(76)를 구성하고 있다. 수광소자(52)의 종류는 특히 한정되는 것은 아니고, 도 50(a)나 도 50(b)에 도시한 바와 같은 형태의 리드(50a)를 갖는 것 등, 일반적인 포토 다이오드나 포토 트랜지스터 등에 적용할 수 있다.
이 광 모듈(77)도, 몰드 수지(54) 내에 광 반사부(53)를 인서트 성형한 것으로서, 몰드 수지(54)의 표면에는 볼록 렌즈 형상의 직접 입사 영역(59)과 평면 영 역(60)이 형성되어 있다. 또한 몰드 수지(54)의 이면에는, 광 반사부(53)의 개구(61)와 대응하는 위치에서 개구(61) 내로 들어가도록 하여 오목모양을 한 소자 장착부(78)가 형성되어 있다. 이 소자 장착부(78)도, 광 모듈(77)로부터 수광소자(52)에 입사되는 광의 광축을 구부러지지 않도록, 각 방향의 광에 대하여 거의 수직하게 되어 있고 개략 반구 형상으로 형성되어 있다. 이 광 모듈(77)을 회로 기판(73)에 실장된 수광소자(52)에 씌우고, 수광소자(52)를 소자 장착부(78) 내에 수납되게 하여 수광기(76)가 구성되어 있다. 이 때 소자 장착부(78)의 치수를 수광소자(52)의 외형 크기와 맞추어 두면, 수광소자(52)와 광 모듈(77)의 위치 맞춤이 용이하게 되어 효율적으로 조립할 수 있다.
그리고 이 수광기(76)에 있어서는, 광 모듈(77)의 직접 입사 영역(59)에 입사된 광은 몰드 수지(54) 내를 진행하고, 소자 장착부(78)로부터 나가 수광소자(52)에 입사된다. 또한 광 모듈(77)의 평면 영역(60)에 입사되어 광은 몰드 수지(54) 내를 진행하여 광 반사부(53)에서 평면 영역(60)을 향해 반사되고, 평면 영역(60)에서 전반사된 후 소자 장착부(78)로부터 나가 수광소자(52)에 입사된다. 따라서 광 모듈(77)이 대면적 렌즈의 역할을 하여, 수광소자(52)에 비하여 큰 광 모듈(77)을 이용함으로써, 대면적의 광을 수광소자(52)에 수광시킬 수 있게 된다.
렌즈를 이용하여 같은 작용 효과를 얻으려고 한 경우에는 공간적으로 큰 영역이 필요하게 되지만 이 광 모듈(77)을 이용하면 박형화가 가능하게 된다.
수광기의 경우에도 광 모듈(77)의 구조를 변경함으로써 지금까지 기술한 여러가지 수광기와 같은 기능을 갖게 할 수 있게 된다.
또한 여기서는 발광 광원용의 광 모듈(72)과 수광기용의 광 모듈(77)은 따로따로 설명하였지만 이들은 서로 공용하는 것도 가능하다.
(제 29 바람직한 실시형태)
도 51은 제 29 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(79)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에서는, 발광소자(12)에 씌우는 광 모듈(72) 내에는 광 반사부(20)는 인서트되어 있지 않다. 그 대신에 몰드 수지(13)의 이면에 반사형 프레넬(Fresnel) 렌즈 형상의 패턴(80)을 형성하고, 그 패턴(80)의 표면에 금속 증착막으로 이루어지는 반사막(81)을 형성하고 있다. 또한 몰드 수지(13)의 외주부에는, 회로 기판(73)의 표면에서 안정시키기 위해 원통 형상의 지지부(82)가 일체로 성형되어 있다.
이러한 구조에 의해서도, 제 27의 실시형태(도 46)와 같은 효과가 얻어진다. 더구나 몰드 수지(13) 내에 광 반사부(20)를 인서트 성형할 필요가 없기 때문에, 부품 개수를 감소시킬 수 있어서 코스트를 저렴하게 할 수 있다. 또한 광 모듈(72)을 성형할 때에, 광 반사부(20)의 위치 결정이 불필요하게 되어 광 모듈(72)의 성형 공정을 효율화 할 수 있다.
(제 30 바람직한 실시형태)
도 52는 제 30 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(83)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에서는, 몰드 수지(13)의 표면의 중앙부에 약간 직접 출사영역(18)을 형성하고, 대부분을 전반사 영역(19)으로 하고 있다. 더구나 직접 출사영역(18)은 얕은 오목부에 의해 구성하고 있다.
본 실시형태에서는, 발광소자(12)로부터 전방으로 출사되는 광을 될 수 있는 한 전반사 영역(19)에서 전반사시키고, 광 반사부(20)에서 출사 방향을 제어할 수 있도록 하고 있다. 본 실시형태에 의하면, 출사광의 제어성을 높게 함으로서, 공간적 제약 때문에 볼록 렌즈 형상의 직접 출사영역(18)을 형성할 수 없는 경우, 발광소자(12)로부터 출사되는 광이 어떠한 치우처진 지향각을 갖고 있어서 람버트(Lambert) 분포에 가깝지 않은 경우, 볼록 렌즈 형상의 직접 출사영역(18)에서는 소망의 방향으로 광을 출사시키기 어려운 경우, 보다 대면적화가 필요하게 되어 광 모듈(72)의 단면(端面)방향으로 광을 배분하고자 하는 경우 등의 각 경우에도 대응 가능하게 된다.
(제 31 바람직한 실시형태)
도 53은 제 31 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(84)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 있어서는, 직접 출사영역(18) 및 전반사 영역(19)이 평면 형상으로 형성되어 있다. 또한 광 모듈(72)의 소자 장착부(74)는, 도 54에 도시한 바와 같이, 구면 형상 부분(74a)과, 그 중심에서부터 전방을 향하여 몰드 수지(13) 내로 들어간 폭이 좁은 구덩이(74c)로 이루어진다. 또한 구면 형상 부분(74a)과 구덩이(74c) 사이의 경계부(74b)는 매끈하게 만곡되어 있다. 구면 형상 부분(74a) 및 구덩이(74c)는, 어느것이나 발광소자(12)로부터 출사된 광의 방향에 대하여 거의 수직하게 되도록 형성되어 있지만, 경계부(74b)는, 발광소자(12)로부터 출사된 광의 방향에 대하여 경사되어 있다.
그리고 구덩이(74c)에서는, 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광은 광축 방향을 바꾸는 일 없이, 그대로 전방으로 진행하여 출사된다. 이로 인해 발광 광원(84)을 정면에서 보았을 때, 중심부로부터 광이 출사된다. 경계부(74b)에서는 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광이 굴절되어 전반사 영역(19)의 방향으로 구부러지고, 광 반사부(20)에서 출사 방향이 제어된다. 구면 형상 부분(74a)에서는, 발광소자(12)로부터 비스듬한 방향으로 출사된 광이, 광축 방향을 거의 바꾸는 일 없이, 전반사 영역(19)의 방향으로 진행되고, 광 반사부(20)에서 반사되어 출사 방향이 제어된다. 이러한 구성에 의하면, 제 30의 실시형태(도 52)와 같이 발광소자(12)로부터 전방으로 출사되는 광을 될 수 있는 한 전반사 영역(19)에서 전반사시키고, 광 반사부(20)에서 광의 출사 방향을 제어할 수 있다. 또한 구덩이(74c)에 의해, 정면에서 보았을 때에 발광 광원(84)의 중심부가 어둡게 되는 것을 방지하고 있다.
(제 32 바람직한 실시형태)
도 55는 제 32 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(85)을 도시한 단면도이다. 본 실시형태에 있어서도, 직접 출사영역(18) 및 전반사 영역(19)이 평면 형상으로 형성되어 있다. 또한 광 모듈(72)의 소자 장착부(74)는 원추대 형상으로 되어 있다.
이러한 형상의 소자 장착부(74)를 갖는 광 모듈(72)을 이용하면, 발광소자(12)로부터 소자 장착부(74)의 정상 면으로 출사된 광은 방향을 바꾸는 일 없이 전방으로 출사된다. 또한 도 56에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)로부터 소자 장착부(74)의 경사면으로 출사된 광 중, 정상 면에 가까운 광(L4)은 전반사 영역(19)측 으로 굴절되고(이 광(L4)은 구면 형상의 소자 장착부(74)의 경우에는, 파선과 같이 직진한다) 광 반사부(20)에서 출사 방향이 제어된다. 발광소자(12)로부터 소자 장착부(74)의 경사면에 수직하게 입사되는 광(L5)은 직진하여 전반사 영역(19)에서 전반사되고, 광 반사부(20)에서 출사 방향이 제어된다. 따라서 본 실시형태에서도 제 31의 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한 발광소자(12)로부터 측면방향으로(광축에 대하여 약 70° 이상의 각도로) 출사된 광(L6)은 구면 형상의 소자 장착부(74)의 경우에는, 파선으로 도시한 바와 같이, 광 반사부(20)에 직접 맞닿아 반사되어 외측으로 퍼져 버리지만, 원추대 형상의 소자 장착부(74)의 경우에는, 소자 장착부(74)의 경사면에서 굴절됨으로써 직진하여 전반사 영역(19)으로 입사되고, 전반사 영역에(19)에서 전반사된 후 광 반사부(20)에서 반사되어 전방으로 출사된다.
(제 33 바람직한 실시형태)
도 57은 제 33 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(91)의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원(91)에 있어서는, 한쪽의 리드 프레임(17)의 선단에 스템(15)이 마련되어 있고, 스템(15)에는 LED 칩 등의 발광소자(12)가 다이본드되고, 다른쪽의 리드 프레임(14)과 발광소자(12)는 본딩 와이어(16)에 의해 본딩되어 있다. 광 반사부(20)는 금속판에 의해 비구면 형상으로 성형되어 있고 금속판의 내면에는 금속 도금이나 에칭에 의해 경면 가공이 시행되고, 개략 중앙부에는 개구(20a)가 개구되어 있다.
발광소자(12)가 실장된 리드 프레임(17 및 14)의 선단부는, 광 반사부(20)의 개구(20a) 내에 삽입통과되어, 광 반사부(20)와 함께 고굴절율의 투광성 수지로 이루어지는 몰드 수지(13) 내에 밀봉되어 있다. 몰드 수지(13)의 전면에는 전반사 영역(19)이 형성되어 있고, 그 개략 중앙부에는 볼록 렌즈 형상의 직접 출사영역(18)이 형성되어 있다.
그리고 이 발광 광원(91)을 점등시키면, 발광소자(12)로부터 나온 광 중, 직접 출사영역(18)에 입사된 광은 직접 출사영역(18)에 의해 집광되어 전방으로 출사된다. 또한 발광소자(12)로부터 나온 광 중, 직접 출사영역(18) 주위의 전반사 영역(19)에 입사된 광은 전반사 영역(19)에서 후방을 향해 전반사되고, 전반사 영역(19)의 후방에 위치하는 광 반사부(20)에 의해 재차 반사되는 동시에 지향 특성이 좁게 되도록(바람직하기는 거의 평행광이 되도록) 조여진 후, 전반사 영역(19)을 투과하여 전방으로 출사된다. 따라서 발광소자(12)의 광축 방향에 대하여 큰 각도를 갖는 방향으로 출사된 광도 전방으로 출사시킬 수 있어서 광의 이용 효율이 대폭 향상된다. 또한 발광소자(12)의 전면에서 균일하게 발광시킬 수 있다.
또한 이 발광 광원(91)에 있어서는, 몰드 수지(13)의 전면(전반사 영역(19))은 발광소자(12)의 광축과 수직인 평면(E)에 대하여 φ만큼 경사되어 있다. 또한 직접 출사영역(18)은 비구면 렌즈로 구성되어 있고, 직접 출사영역(18)의 광축(중심)(F)은 전반사 영역(19)의 기하학적인 중심(G)보다 전반사 영역(19)의 비스듬한 방향(도 57의 위방향)으로 비키어져 있다. 발광소자(12)의 광축은, 직접 출사영역(18)의 광축(F)보다 전반사 영역(19)의 비스듬한 방향으로 더욱 비키어져 있다.
광 반사부(20)의 만곡 형상은 하나의 비구면식으로 표현되어 있고, 상기 구 성에 대응하여, 광 반사부(20)는 그 중심에서 비키어진 부분을 사용하여 작성된 것같은 비대칭 형상을 이루고 있다. 이 광 반사부(20)의 형상을 도 58에 의해 상세히 설명한다. 도 58(a), (b)에 있어서, 2점쇄선으로 나타낸 곡면판(92)은, H를 회전 대칭축으로 하는 비구면식으로 표현되는 곡면을 갖고 있다. 광 반사부(20)는 이 곡면판(92)의 언저리를 J방향으로 φ만큼 경사된 면으로 커트되어 있다. 광 반사부(20)의 개구(20a)는 거의 원형으로 개구되어 있고, 그 중심(K)이 곡면판(92)의 회전 대칭축(H)과 광 반사부(20)의 중심(G)의 중간에 위치하고 있다. 또한 개구(20a)의 중심(K)은, 직접 출사영역(18)의 광축과 거의 일치되어 있다. 또한 광 반사부(20)의 양측 테두리(93)는 약간 노치되어 있고, 그에 따라 발광 광원(91)을 정면에서 본 형상도 양 측면이 노치된 쌀가마형(俵型)으로 되어 있다. 이것은, 광 반사부(20)의 형상이 회전대칭이 아니고, 방향성을 가지기 때문에, 성형시에 있어서 금형 내에서 광 반사부(20)가 회전하여 위치가 어긋나지 않도록 하기 위해서이다.
또한 이 발광 광원(91)을 정면에서 보았을 때의 형상은, 도 77과 같은 쌀가마형에 한하지 않고, 도 78과 같은 일부 노치된 원형, 도 79와 같은 직사각형, 도 80과 같은 타원형 등이라도 좋다.
발광소자(12)의 광축도 광 반사부(20)의 중심(G)에서 벗어나 있고, 전반사 영역(19)의 비스듬한 방향으로 비키어져 있다.
이 발광 광원(91)은 상기한 바와 같이 전반사 영역(19) 및 광 반사부(20)가 경사되어 있기 때문에, 도 59에 도시한 바와 같이 전반사 영역(19)이 비스듬히 위쪽을 향하도록 하여 설치함으로써, 석양이나 아침 햇빛과 같은 외란광이 비스듬히 위쪽으로부터 입사되어 오더라도, 전반사 영역(19)이나 광 반사부(20)에서 반사된 광은 본래의 비스듬히 위쪽으로 되돌아가고 지상에는 도달되지 않는다. 따라서 발광 광원(91)이 소등되어 있을 때에도 반사광에 의해 점등되어 있는 것으로 보이는 부적당함을 회피할 수 있다.
또한 상기한 바와 같이 발광소자(12)는 직접 출사영역(18)의 광축(F)보다 위쪽으로 비키어져 있기 때문에, 발광소자(12)로부터 나와 직접 출사영역(18)을 통과한 광은 전반사 영역(19)이나 광 반사부(20)에 있어서의 반사광과 다른 영역, 즉 아래쪽을 향해 출사된다. 또한 광 반사부(20)를 비대칭적인 형상으로 하고, 발광소자(12)를 광 반사부(20)의 중심보다 위쪽으로 비키어 놓고 있기 때문에, 발광소자(12)로부터 나와 전반사 영역(19)에서 전반사되어 광 반사부(20)에서 반사된 후 전반사 영역(19)을 투과하여 출사되는 광도, 전반사 영역(19)이나 광 반사부(20)에 있어서의 반사광과 다른 영역, 즉 아래쪽을 향해 출사된다. 따라서 지상에서는 외란광에 방해되는 일 없이 발광 광원(91)의 광을 확실히 파악할 수 있어서 발광 광원(91)이 점등되어 있는지 소등되어 있는지를 분명히 판별할 수 있다.
도 60은 이 발광 광원(91)으로부터 출사된 광의 배광(配光) 특성의 예를 도시한 도면이다. 이 배광 특성은 발광소자(12)의 광축 내지 발광 광원(91)의 중심축에 대하여 아래쪽으로 ε의 경사를 갖고 있어, 전반사 영역(19)의 비스듬한 방향(위쪽)으로는 좁은 범위에, 그 반대측(아래쪽)으로는 넓은 범위에 배광된 비대칭적인 배향 특성으로 되어 있다.
이와 같은 배광 특성 때문에, 신호기에 이 발광 광원(91)을 사용한 경우에 는, 멀리로부터 보았을 때에는 밝게 보이고, 가까이부터 쳐다본 경우에는 보이지 않아, 신호기에 요구되는 이상적인 조사(照射)방식을 실현할 수 있게 된다.
또한 이 발광 광원(91)에서는, 직접 출사영역(18)을 비구면 렌즈로 하거나, 광 반사부(20)를 비구면식으로 표현하거나 함으로서, 발광 광원(91)의 설계를 용이하게 하고 있다.
도 57에 도시한 바와 같이, 광 반사부(20)의 외주언저리는 몰드 수지(13)의 전면 외주부에 형성된 면취부(25)에 위치하고 있다. 몰드 수지(13)를 성형하는 때는, 광 반사부(20)의 외주언저리를 성형 금형의 캐비티 내면에 당접시켜 광 반사부(20)를 위치 결정할 수 있고 또한 수지는 광 반사부(20)의 개구(20a)를 통하여 흐르기 때문에 광 반사부(20)를 용이하게 인서트 성형할 수 있다.
또한 직접 출사영역(18)으로서는, 비구면 렌즈에 한하지 않고, 구면 렌즈를 이용하더라도 지장이 없다.
(제 34 바람직한 실시형태)
도 61 및 도 62는 제 34 바람직한 실시형태를 도시한 도면으로서, 각각 상기한 바와 같은 구조의 발광 광원(91)을 사용한 신호기(101)의 정면도 및 측면도이다. 이 신호기(101)는, 빨강, 노랑, 초록의 신호등(102R, 102Y, 102G)을 배열한 것으로서, 위쪽이 후드(103)로 덮여 있다. 빨강, 노랑, 초록의 각 신호등(102R, 102Y, 102G)은, 도 63에 도시한 바와 같이, 대응하는 발광색의 발광 광원(91)을, 방향을 정돈하여 기판(104)에 다수 실장하고, 그 기판(104)을 케이싱(105) 내에 수납하고, 그 전면을 유백색 또는 반투명의 커버(106)로 덮은 것이다.
도 65는 종래의 LED(107)를 이용한 신호등의 구조를 도시한 비교를 위한 단면도이다. 종래의 LED(107)에서는, 전방으로 똑바르게 광을 출사하기 때문에, 이러한 LED(107)를 실장한 기판(104)을 신호등의 내부에 수납하여 아래쪽으로 광을 출사하고자 하면, 도 65과 같이 기판(104)을 경사지게 하여 케이싱(105) 내에 수납할 필요가 있다. 그 때문에, 신호등의 케이싱(105) 내에 기판(104)을 실장하기 위한 구조가 복잡하게 된다. 또한 기판(104)을 경사지게 하여 수납하여야 하기 때문에 신호등의 두께가 두텁게 된다.
이에 대하여, 본 발명에 관한 신호기(101)에서는, 도 64에 도시한 바와 같이, 발광 광원(91) 자체가 비스듬하게 아래방향으로 광을 출사시킬 수 있기 때문에, 도 63에 도시한 바와 같이 기판(104)은 케이싱(105)과 평행하게 수납할 수 있어서 신호등(102R, 102Y, 102G)의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한 기판(104)을 신호등(102R, 102Y, 102G) 내에 실장하기 위한 구조도 간단하게 된다. 또한 윗방향을 조사할 필요가 없다고 정해져 있는 신호기의 조사 규격 범위에, 출사광을 효율 좋게 배광할 수 있어서 발광 효율이 높은 발광 광원(91)을 사용한 신호기(101)가 실현될 수 있다. 또한 발광 광원(91)에서 반사된 광이 아래쪽으로 반사되지 않기 때문에, 신호등(102R, 102Y, 102G)의 시인성도 양호하게 된다.
또한 신호기(101)의 램프와 같이 빨강, 초록, 파랑 등의 비백색으로 점등시키는 경우에는, 투명한 몰드 수지(13) 내에 적색광 LED, 녹색광 LED, 청색광 LED 등의 발광소자(12)를 밀봉한 발광 광원을 이용하는 방법과, 백색광 LED와 같이 백색 발광하는 발광소자(12)를 적색 투명 수지, 녹색 투명 수지, 청색 투명 수지 등 으로 이루어지는 몰드 수지(13) 내에 밀봉한 발광 광원을 이용하는 방법이 생각된다. 그러나 전자의 방법에 의하면, 만일 태양광 등의 외란광이, 몰드 수지(13)의 표면이나 광 반사부(20)에서 지상을 향해 반사된 경우에도, 그 반사광은 발광 광원이 점등되어 있을 때와 같이 채색되어 보이는 일이 없기 때문에, 발광 광원이 소등되어 있음에도 불구하고, 반사광에 의해 발광 광원이 점등되어 있다고 오인하기 쉽지않게 된다.
(제 35 바람직한 실시형태)
도 66은 제 35 바람직한 실시형태에 의한 지주(支柱)(116)의 위에 설치된 발광 디스플레이(111)의 1예를 도시한 정면도로서, 예를 들면 도로 상황이나 기상 정보를 운전자에게 전하는 것으로서, 문자나 일러스트레이션 부분이 발광 광원(91)에 의해 구성되어 있다. 또한 도 67 및 도 68은 이 발광 디스플레이(111)를 구성하는 발광 디스플레이 유닛(112)의 정면도 및 측면도이다. 발광 디스플레이 유닛(102)은, 제 33의 실시형태에서 설명한 바와 같은 발광 광원(91)을 기판(113)에 실장하고, 그 기판(113)을 베이스(114)와 커버(115) 사이에 끼우고, 각 발광 광원(91)을 커버(115)의 구멍으로부터 노출시키도록 한 것이다. 발광 광원(91)은 표시하고자 하는 마크나 문자에 응해서 적당한 발광색의 것이 적당한 패턴으로 기판(113)에 배치된다.
종래의 LED(117)를 이용한 발광 디스플레이 유닛의 경우에는, 도 69에 도시한 바와 같이, LED(117)로부터의 광은 바로 전방으로 출사되기 때문에, 아래쪽에서 보기 쉽게 되도록 하여 벽이나 지주의 위 등에 설치하고자 하면, 발광 디스플레이 유닛을 하향으로 경사시켜 설치하지 않으면 안되었다.
이에 대하여, 본 발명에 관한 발광 광원(91)을 이용한 발광 디스플레이(111)에서는, 도 68에 도시한 바와 같이 발광 광원(91) 자체가 비스듬한 방향으로 광을 출사시킬 수 있기 때문에, 발광 디스플레이를 경사시켜 설치하지 않더라도, 비스듬히 아래쪽으로 광을 출사시켜 지상에서 보기 쉽게 할 수 있다. 따라서 발광 디스플레이(111)를 설치하기 쉽게 할 수 있고, 또한 발광 디스플레이(111)를 박형화하여 슬림(slim)하게 할 수 있다. 더구나 석양이나 아침 햇빛 등의 외란광의 반사에 의해 발광 디스플레이가 보이지 않게 되다거나 하는 것이 어렵기 때문에, 본 발명의 발광 광원(91)을 사용한 발광 디스플레이(111)에 의하면, 발광 효율이 높은 발광 광원(91)을 이용하며 더구나 표시를 선명히 인식할 수 있는 발광 디스플레이(111)가 실현될 수 있다.
(제 36 바람직한 실시형태)
도 70은 제 36 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(121)의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원(121)에서는, 선단에 발광소자(12)가 다이본드된 리드 프레임(17)과, 발광소자(12)와 와이어 본딩된 리드 프레임(14)이 밀봉되어 있는 몰드 수지(13)의 전면의 전반사 영역(19)을 발광소자(12)의 광축에 수직한 평면으로 형성하고 있다. 이 발광 광원(121)은 몰드 수지(13)의 전반사 영역(19)을 외란광의 방향을 향해 경사되게 설치되어 있다.
그리고 이 발광 광원(121)에서도 저공으로부터의 외란광, 예를 들면 석양이나 아침 햇빛이 발광 광원(121)에 입사되더라도, 발광 광원(121)의 전반사 영역 (19)에서 반사된 광은 원래의 방향(비스듬히 위쪽)으로 반사되기 때문에, 지상으로 도달되는 일이 없어, 발광 광원(121)이 소등되어 있을 때라도 점등되어 있는 것으로 보이는 일이 없게 된다.
한편, 이 발광 광원(121)으로부터 출사되는 광의 지향각을 넓게 하여 두면, 아래쪽으로 출사된 광을 아래쪽(지상)에서 분명히 볼 수 있기 때문에, 발광 광원(121)의 시인성이 희생이 되는 일은 없다. 또한 아래쪽에서 발광 광원(121)의 광을 보기 쉽게 하기 위해서는, 몰드 수지(13) 내의 발광소자(12)의 광축을 아래쪽을 향해 경사시켜 두어, 발광소자(12)로부터 나온 광이 전반사 영역(19)에서 굴절되어 아래쪽으로 출사되도록 하여도 좋다.
또한 도 71에 도시한 발광 광원(122A)과 같이, 몰드 수지(13)의 전반사 영역(19)의 중앙부에 직접 출사영역(18)을 마련하여도 좋다. 이 경우에도, 도 70의 발광 광원(121)과 같은 효과를 이룰 수 있다.
도 72에 도시한 발광 광원(122B)은, 도 70에 도시한 바와 같은 구조의 발광 광원(121)에 있어서, 전반사 영역(19)의 후방에 대칭 형상의 광 반사부(20)를 마련하고, 전반사 영역(19)에서 전반사된 광을 광 반사부(20)에서 전반사시켜 전방으로 출사되도록 한 것이다. 또한 도 73에 도시한 발광 광원(122C)은, 도 72의 발광 광원(122B)에 있어서, 전반사 영역(19)의 중앙부에는 직접 출사영역(18)을 마련한(또는 도 71의 발광 광원(122A)에 있어서 대칭 형상의 광 반사부(20)를 마련한) 것이다.
(제 37 바람직한 실시형태)
도 74는 제 37 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(123)의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원(123)에서는, 선단에 발광소자(12)가 다이본드된 리드 프레임(17)과, 발광소자(12)와 와이어 본딩된 리드 프레임(14)이 밀봉되어 있는 몰드 수지(13)의 전면의 전반사 영역(19)이 발광소자(12)의 광축에 대하여 비스듬히 경사되어 있다. 이 발광 광원(123)은 거의 수평으로 설치되고, 몰드 수지(13)의 전반사 영역(19)(경사면)이 비스듬히 위쪽을 향해 설치된다. 또한 발광소자(12)로부터 나온 광의 일부는, 전반사 영역(19)이 경사되어 있기 때문에, 아래쪽으로 굴절된다. 보다 많은 광을 비스듬히 아래쪽으로 출사시키기 위해서는, 발광소자(12)의 광축을 아래쪽을 향해 경사시켜 놓아도 좋다.
그리고 이 발광 광원(123)에서는, 저공으로부터의 외란광, 예를 들면 석양이나 아침 햇빛이 발광 광원(123)에 입사되더라도, 발광 광원(121)의 전반사 영역(19)에서 반사된 광은 원래의 방향(비스듬히 위쪽)으로 반사되기 때문에, 지상으로 도달되는 일이 없어, 발광 광원(121)이 소등되어 있을 때라도 점등되어 있는 것으로 보이는 일이 없게 된다.
또한 도 75에 도시한 발광 광원(124)과 같이, 몰드 수지(13)의 전반사 영역(19)의 중앙부에 직접 출사영역(18)을 마련하여도 좋다. 이 경우에도 도 74의 발광 광원(123)과 같은 효과를 이룰 수 있다.
(제 38 바람직한 실시형태)
도 76은 제 38 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(125)의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원(125)에서는, 선단에 발광소자(12)가 다이본드된 리드 프 레임(17)과, 발광소자(12)와 와이어 본딩된 리드 프레임(14)과, 광 반사부(20)가 밀봉되어 있는 몰드 수지(13)의 전면의 전반사 영역(19)이 비스듬히 경사되어 있다. 이에 따라, 광 반사부(20)의 외주언저리도 비스듬히 커트되어 있고, 광 반사부(20)의 형상은 상하로 비대칭으로 되어 있다. 제 33의 실시형태에서 설명한 발광 광원(91)으로부터 직접 출사영역(18)을 제외한 것이 본 실시형태에 포함된다.
이 발광 광원(125)은 거의 수평으로 설치되고, 몰드 수지(13)의 전반사 영역(19)(경사면)이 비스듬히 위쪽을 향해 설치된다. 발광소자(12)로부터 나와 전반사 영역(19)에서 전반사된 광은 광 반사부(20)에서 반사된 후 전반사 영역(19)에서 굴절되어 아래쪽으로 출사된다. 또한 발광소자(12)로부터 전방으로 출사된 광의 일부는, 전반사 영역(19)에서 아래쪽으로 굴절된다. 또한 발광소자(12)의 광축을 아래쪽으로 경사시켜 놓아도 지장이 없다.
그리고 이 발광 광원(125)에서는, 저공으로부터의 외란광, 예를 들면 석양이나 아침 햇빛이 발광 광원(125)에 입사되더라도, 발광 광원(125)의 전반사 영역(19)에서 반사된 광은 원래의 방향(비스듬히 위쪽)으로 반사되기 때문에, 지상으로 도달되는 일이 없어, 발광 광원(125)이 소등되어 있을 때라도 점등되어 있는 것으로 보이는 일이 없게 된다.
또한 이 발광 광원(125)에서는, 발광소자(12)로부터 주변방향으로 출사된 광도 전반사 영역(19)에서 전반사되고, 또한 광 반사부(20)에서 반사되어 전반사 영역(19)으로부터 아래쪽으로 출사되기 때문에, 광의 이용 효율이 높게 된다.
(제 39 바람직한 실시형태)
도 81은 제 39 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(126)의 구조를 도시한 단면도이다. 본 실시형태에서는, 몰드 수지(13)의 전면의 전반사 영역(19)은 발광소자(12)의 광축에 수직으로 되어 있기 때문에, 발광 광원(126) 자체를 경사시켜 설치하여, 석양이나 아침 햇빛 등의 저공으로부터 입사되는 외란광을 아래쪽으로 반사시키지 않도록 하고 있다. 한편, 몰드 수지(13) 내의 광 반사부(20)는 상반분과 하반분이 비대칭 또는 다른 비구면식으로 표현된 면으로 되어 있고, 그것에 의하여 전반사 영역(19)에서 전반사되고 광 반사부(20)에서 반사된 후 전반사 영역(19)으로부터 출사되는 광이 아래쪽을 향해 출사되도록 하고 있다.
따라서 이러한 구조의 발광 광원(126)에서도 소등되어 있는 발광 광원(126)에 석양이나 아침 햇빛 등의 외란광이 맞닿았을 때에, 외란광이 전반사 영역(19)이나 광 반사부(20)에서 아래쪽으로 반사되어 발광 광원(126)이 점등되어 있는 것으로 보이는 것을 방지할 수 있다.
마찬가지로, 도 82에 도시한 실시형태의 발광 광원(127)에서는, 직접 출사영역(18)을 상반분과 하반분으로 비대칭적인 프로파일로 하고 있어서 그것에 의해 직접 출사영역(18)으로부터 출사된 광이 아래쪽을 향해 출사되도록 하고 있다.
(제 40 바람직한 실시형태)
도 83은 제 40 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(128)의 단면도이다. 이 발광 광원(128)에서는, 직접 출사영역(18)의 중심이 전반사 영역(19)의 중심에 위치하고 있다. 본 실시형태의 발광 광원(128)과 같이, 직접 출사영역(18)의 중심이 전반사 영역(19)의 중심에 위치하고 있는 경우에도, 발광소자(12)의 위치를 움직여 적당한 위치(직접 출사영역(18)의 중심보다 높은 위치)에 배치시킴으로써, 직접 출사영역(18)으로부터 아래쪽을 향해 비스듬히 출사시킬 수 있다.
(제 41 바람직한 실시형태)
도 84는 제 41 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(129)의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원(129)에 있어서는, 전반사 영역(19) 전체를 곡면으로 형성하고 있다. 전반사 영역(19)은 발광소자(12)로부터 나온 광의 대부분을 전반사시키도록 설계되어 있어, 발광소자(12)로부터 출사된 광의 대부분을 전반사 영역(19)에서 후방으로 전반사시키고, 또한 광 반사부(20)에서 반사시켜 전반사 영역(19)으로부터 출사되게 한다. 전반사 영역(19)으로부터 출사된 광은 아래쪽을 향해 출사되도록 광 반사부(20)의 형상 또는 발광소자(12)의 위치를 설계한다. 또한 이 전반사 영역(19)은 비스듬히 위쪽을 향해 경사되어 있다. 즉, 전반사 영역(19)의 접평면(130)은 비스듬히 위쪽을 향해 경사되어 있다.
따라서 이 발광 광원(129)에 있어서도, 저공으로부터 입사된 석양이나 아침 햇빛 등의 외란광은 대부분이 거의 원래의 방향으로 반사되어 아래쪽으로 도달되기 어렵게 되어 있다. 한편, 발광소자(12)로부터 나온 광은 대부분이 복수회의 반사를 거쳐서 전반사 영역(19)으로부터 아래쪽을 향해 출사된다. 따라서 신호기용의 발광 광원 등으로 이용된 경우에는, 발광 광원(129)이 소등되어 있음에도 불구하고, 발광 광원(129)이 점등되어 있다고 오인할 우려가 적어진다. 또한 발광 디스플레이 등에서는, 경사시켜 설치하지 않더라도 분명한 화상을 볼 수 있게 된다.
또한 본 실시형태에서는, 몰드 수지(13) 전면의 전반사 영역의 면적이 커지 기 때문에, 람버트 분포로 발광하고 있는 발광소자(12)의 광 중에서도 발광소자(12)의 광축 부근의 강한 광을 전반사 영역(19)과 광 반사부(20)에서 반사시켜 발광 광원(129)으로부터 출사시킬 수 있기 때문에 발광 효율이 높은 발광 광원을 얻을 수 있다.
도 85는 전반사 영역(19)(또는 접평면(130))을 비스듬히 위쪽을 향해 경사시키는 대신에 발광 광원(131) 전체를 비스듬히 위쪽을 향해 경사시켜 배치한 것이다. 이러한 발광 광원(131)에서도 외란광이 아래쪽으로 반사되는 것을 방지하면서 발광 광원(131)으로부터의 출사광을 아래쪽을 향해 비스듬히 출사시킬 수 있다.
(제 42 바람직한 실시형태)
도 86은 제 42 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(132)의 단면도이다. 이 발광 광원(132)에서는, 몰드 수지(13)의 전면 개략 중앙부에 직접 출사영역(18)을 마련되고, 그 주위에 원추 형상의 전반사 영역(19)이 형성되어 있다. 전반사 영역(19)의 언저리에 접하는 접평면은 비스듬히 위쪽을 향해 경사되어 있고, 전반사 영역(19)이 해당 접평면(130)과 이루는 각도는, 전반사 영역(19)의 상부에서는 ζ1로 되고, 전반사 영역(19)의 하부에서는 ζ2로 되어 있다.
도 86에 도시한 실시형태에 의한 발광 광원(132)에서도 전반사 영역(19)이 비스듬히 위쪽으로 경사됨으로써 저공으로부터 입사된 석양이나 아침 햇빛 등의 외란광을 원래의 방향으로 반사시켜 아래쪽(지상)으로 도달되지 않도록 하고 있다. 또한 발광소자(12)의 위치나 광 반사부(20)의 형상에 의해 발광 광원(132)으로부터 비스듬히 아래쪽을 향해 광이 출사되도록 하고 있다. 따라서 발광 광원(132)이 소 등되어 있는 경우에도, 외란광의 반사에 의해 발광 광원(132)이 점등되어 있다고 오인할 우려가 적어진다.
도 87에 도시한 발광 광원(133)은 전반사 영역(19)(또는 접평면(130))을 비스듬히 위쪽을 향해 경사시키는 대신에 발광 광원(133)의 전체를 비스듬히 위쪽을 향해 경사시켜 배치한 것이다. 이러한 발광 광원(133)에서도 외란광이 아래쪽으로 반사되는 것을 방지하면서 발광 광원(133)으로부터의 출사광을 아래쪽을 향해 비스듬하게 출사시킬 수 있다.
(제 43 바람직한 실시형태)
도 88은 제 43 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(134)의 구조를 도시한 단면도이다. 이 발광 광원(134)에 있어서는, 발광소자(12)의 광축 방향에 수직한 평면으로부터 경사된 전반사 영역(19)을 마련하고, 그 거의 중앙부에 직접 출사영역(18)을 마련하고, 그 뒤쪽에 대칭 형상의 광 반사부(20)가 마련되어 있다. 또한 발광소자(12)는, 광 반사부(20) 및 직접 출사영역(18)의 중심에서 벗어난 위치에 배치되어 있고, 이에 의해 비스듬히 아래쪽으로 광이 출사되도록 하고 있다.
(제 44 바람직한 실시형태)
도 89(a), (b)는 제 44 바람직한 실시형태에 의한 옥외용 표시기기(141)를 도시한 정면도 및 측면도이다. 이 옥외용 표시기기(141)에 있어서는, 정면에서 본 외형 형상이 사각형으로 된 본 발명의 발광 광원(142)을 기판(143)에 매트릭스상으로 배열시킨 것이다. 이러한 옥외용 표시기기(141)에 의하면, 발광 광원(142)을 빈틈없이 배열시킬 수 있기 때문에, 표시기기의 발광면에 빈틈이 없어져, 점등시에 얼룩이 없고 깨끗이 보인다는 이점이 있다.
이 발광 광원(142)은 정면이 기판(143)과 평행하게 되어 있기 때문에, 외란광을 아래쪽으로 반사시키지 않도록, 옥외용 표시기기(141)는 도 90에 도시한 바와 같이 조금 비스듬히 위쪽을 향해 높은 위치에 설치된다. 발광 광원(142)으로부터는 비스듬히 아래쪽으로 향해 광이 출사되기 때문에, 옥외용 표시기기(141)가 비스듬히 위쪽을 향해 설치되어 있더라도, 아래쪽에서 표시를 분명히 볼 수 있다.
(제 45 바람직한 실시형태)
도 91(a), (b), (c)는, 제 45 바람직한 실시형태로서, 발광 광원의 제조방법의 한 예를 나타내고 있다. 여기서는 발광 광원에 관해 설명하지만, 수광기도 마찬가지로 하여 제조할 수 있다. 도 91에는 발광 광원을 제조하기 위한 금형(151)이 도시되어 있고, 금형(151)에는 몰드 수지(13)를 성형하기 위한 캐비티(152)가 형성되어 있고, 캐비티(152)의 저면에는 전반사 영역(19)을 성형하기 위한 패턴면(153)과 직접 출사영역(18)을 성형하기 위한 패턴면(154)이 형성되어 있다.
발광 광원의 제조에 있어서는, 우선 도 91에 도시한 바와 같이, 캐비티(152) 내에 광 반사부(20)를 수납한다. 광 반사부(20)의 외경 치수와 캐비티(152)의 내경은 거의 같기 때문에 광 반사부(20)를 캐비티(152) 내에 넣어 캐비티(152)의 저면에 광 반사부(20)를 놓음으로써 캐비티(152) 내에서 광 반사부(20)를 위치 결정할 수 있다.
도 91(b)에는, 리드 프레임(17)의 스템(15)에 발광소자(12)를 다이본드하고, 리드 프레임(14)과 발광소자(12)를 본딩 와이어(16)로 연결한 것을 도시하고 있지 만, 이것은 별도 공정에서 미리 제작되어 있다. 이것을, 도 91(b)에 도시한 바와 같이, 발광소자(12)를 밑으로 한 상태로 캐비티(152) 내에 수납하고, 리드 프레임(14, 17)의 상단을 지지함으로서 발광소자(12)를 캐비티(152) 내에서 소정 위치에 위치 결정한다.
이 상태로, 도 91(c)에 도시한 바와 같이, 캐비티(152) 내에 몰드 수지(13)를 주입하여 발광소자(12)나 광 반사부(20)를 인서트하는 동시에 직접 출사영역(18)이나 전반사 영역(19)을 성형하고, 몰드 수지(13)가 냉각되어 경화되면 캐비티(152)로부터 꺼내서 발광 광원을 얻는다.
이러한 제조방법에 의하면, 광 반사부(20)의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있고, 간단한 설비에 의해 발광 광원이나 수광기를 양산할 수 있다.
다음에, 본 발명에 관한 발광 광원, 예를 들면 도 3 내지 도 21에 도시한 바와 같은 실시형태에 의한 발광 광원의 응용예에 관해 몇가지 설명한다.
(제 46 바람직한 실시형태)
도 92에 도시한 것은, 제 46 바람직한 실시형태로서, 본 발명에 관한 발광 광원(162)을 배열하여 구성한 발광 디스플레이(161)이다. 이러한 발광 디스플레이(161)를 형성함에 있어서, 도 93(a)에 도시한 바와 같은 포탄형의 발광 광원(163)을 이용하면, 빔 프로파일이 중심 부근에서 밝고 주변 부근에서 어둡게 되기 때문에(도 4(b) 참조), 시인성에 있어서 불균일로 되어 있었다. 또한 이러한 포탄형의 발광 광원(163)을 배열하면, 도 93(b)에 도시한 바와 같이 발광 광원(163) 사이에 빈틈이 생겨서 암부(暗部)로 되어 시인성이 저하된다.
이에 대하여, 본 발명의 발광 광원(162)에서는, 도 94에 도시한 바와 같이 사각형 형상으로 할 수 있기 때문에, 도 92와 같이 빈틈없이 발광 광원(162)을 나열할 수 있어서 발광 광원(162) 사이에 암부가 생기지 않고 시인성이 양호하게 된다. 또한 본 발명의 발광 광원(162)에서는, 렌즈 형상의 직접 출사영역(18)으로부터의 광과 광 반사부(20)로부터의 광을 합성함으로써, 도 4(a)에 도시한 바와 같은 균일한 빔 프로파일을 얻을 수 있다. 따라서 발광 광원(162)의 집합으로서 화상이나 문자를 그렸을 때에 발광점이 이어지기 쉬워서 매끄러운 화상이나 문자를 표시할 수 있다.
또한 도 95과 같이, 각각 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 발광소자를 내장한 각 발광 광원(162)을 델타 배열함으로써, 풀 컬러 발광 디스플레이로 할 수도 있다.
또한 도시하지 않지만, 도 21에 도시한 바와 같은 2색 또는 그 이상의 발광색을 갖는 발광 광원(36)을 배열하여 다색 발광 디스플레이를 구성하면 색 분리가 적은 디스플레이를 제작할 수 있다.
(제 47 바람직한 실시형태)
도 96에 도시한 것은, 본 발명의 제 47 바람직한 실시형태로서, 본 발명에 관한 발광 광원(162)을 이용한 광파이버 결합 장치(164)를 도시하고 있다. 이 광파이버 결합 장치(164)에서는, 발광 광원(162)과 광파이버(167)의 단면(端面) 사이에 렌즈(165)를 배치하고, 렌즈(165)에 의해 발광 광원(162)으로부터 출사된 광을 광파이버(167)의 단면에 집광시켜, 광파이버(167)와 결합시키고 있다. 여기서 이용되 고 있는 렌즈(165)는, 발광 광원(162)의 직접 출사영역(18)에 대응하는 개소와 전반사 영역(19)에 대응하는 개소에서 렌즈 정수(定數)가 다르게 되어 있고, 2종류의 볼록 렌즈(166a, 166b)를 합성한 형상으로 되어 있다. 그리고 발광 광원(162)의 직접 출사영역(18)으로부터 출사된 광은 렌즈(165)의 중앙부에서 광파이버(167)의 단면에 결합되고, 전반사 영역(19)으로부터 출사된 광은 렌즈(165)의 주변부에서 광파이버(167)의 단면에 결합된다.
이와 같이 직접 출사영역(18)으로부터 방사된 중심 부근의 광과 전반사 영역(19)으로부터 방사된 주변 부근의 광은, 따로따로의 렌즈부분에서 광파이버(167)의 단면으로 효율적으로 집광될 수 있기 때문에, 지금까지 발광 다이오드 등을 이용한 시스템에서 과제로 되어 있었던 파이버 결합 효율의 향상이 실현될 수 있다.
(제 48 바람직한 실시형태)
도 97에 도시한 것은, 제 48 바람직한 실시형태로서, 본 발명에 관한 발광 광원(162)을 이용한 신호등이다. 도 97은 발광색이 빨강의 발광 광원(162)을 배열하여 빨강신호 램프를 구성하고, 발광색이 초록의 발광 광원(162)을 배열하여 초록신호 램프를 구성하고, 발광색이 노랑의 발광 광원(162)을 배열하여 노랑신호 램프를 구성한 신호등(168)의 측면도이다. 여기서 신호등(168)은 비스듬히 위쪽을 향해 배치되어 있어, 신호등(168)에 의한 석양의 반사광이 차량 위치로 향하지 않도록 하고 있다. 따라서 신호기에 있어서 과제로 되어 있는 석양의 반사에 의한 신호기의 보기 어려움이 개선될 수 있다.
또한 발광 광원(162)으로서는, 도 19, 도 20에 도시한 발광 광원(34, 35)과 같이 비스듬한 방향으로 광을 출사시키는 것을 이용하여, 비스듬히 아래쪽의 도로측을 향해 광이 출사되도록 하고 있다. 따라서 석양에 의한 시인성의 저하를 방지하면서 도로에서 신호등(168)을 보기 쉽게 할 수 있다. 신호기의 규격에 의하면, 위쪽으로의 광 방사는 불필요하기 때문에, 아래쪽으로 광을 집중시킴으로써 광 이용 효율을 향상시켜 신호등의 고휘도화가 실현될 수 있다.
또한 종래 이용되고 있는 포탄형의 발광 광원에서는, 렌즈 형상만에 의한 설계이기 때문에, 비대칭적인 빔 프로파일을 얻기위해서는 한계가 있다. 따라서 석양의 반사 예방을 위해 신호등을 위로 향하게 하면 지상에서 보이지 않게 되지만, 본 발명에서는 미러 형상을 비대칭으로 하거나, 발광소자의 위치를 광축으로부터 비키어 놓음으로써 용이하게 실현 가능하게 된다.
(제 49 바람직한 실시형태)
도 98은 제 49 바람직한 실시형태로서, 본 발명에 관한 발광 광원을 이용한 광고 간판 등을 나타내고 있다. 도 98과 같이, 빌딩(169)의 벽면 등에 설치되어 있는 광고 간판(전장(電裝)간판)(170) 등에서도 광의 출사 방향을 아래쪽으로 향하게 함으로서, 지상에서의 시인성이 양호하게 된다, 또한 수평면 내에 있어서도, 도 99에 도시한 바와 같이 광고 간판의 광이 빌딩의 벽면으로 출사되지 않도록 하면, 쓸데 없는 광을 감하여 광고 간판의 고휘도화를 도모할 수 있다.
(제 50 바람직한 실시형태)
도 100은 제 50 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원(173)을 이용한 하이 마운트 스트랩 램프(171)를 도시한 사시도이다. 이 하이 마운트 스트랩 램프(171)는, 옆으로 긴 기판(174)상에 도 101에 도시한 바와 같은 개략 타원 형상을 이룬 발광 광원(173)을 복수 개 일렬로 나열하여 실장한 것이다.
이 하이 마운트 스트랩 램프용의 발광 광원(173)은 도 8 내지 도 10에 도시한 발광 광원(24)과 같은 구조를 갖는 것이지만, 전체가 약간 길다란 원 형상, 타원 형상, 직사각형 형상 등 옆으로 긴 정면 형상을 이루고 있기 때문에, 원반 형상을 이룬 광 반사부(20)의 양측을 접어 몰드 수지(13) 내에 인서트하고 있다. 그리고 이 발광 광원(173)은 그 장축방향이 기판의 길이 방향과 평행하게 되도록 하여 기판(174)상에 실장되어 있다.
이 하이 마운트 스트랩 램프(171)는, 차량(172)의 리어 윈도(175)의 내부에 부착되고, 차량(172)의 브레이크를 밟았을 때에 모든 발광 광원(173)이 일제히 점등되어, 후속의 차량에 통보하는 것이다.
이러한 하이 마운트 스트랩 램프(171)에 있어서, 옆으로 긴 발광 광원(173)을 이용하면, 효율적으로 옆으로 긴 광을 출사시는 것이 가능하게 된다. 또한 발광 광원(173)을 옆으로 길게 함으로서 필요한 발광 광원(173)의 수를 적게 할 수 있기 때문에, 하이 마운트 스트랩 램프(171)의 코스트를 염가로 할 수 있다.
다음에, 정면에서 보았을 때에 장축방향과 단축방향을 갖는 발광 광원, 예를 들면 도 22 내지 도 33에 도시한 바와 같은 실시형태에 의한 발광 광원의 응용예에 관해서 몇가지 설명한다.
(제 51 바람직한 실시형태)
도 102는 제 51 바람직한 실시형태에 의한 하이 마운트 스트랩 램프(184)를 도시한 사시도이다. 이 하이 마운트 스트랩 램프(184)는, 본 발명에 관한 발광 광원을 옆으로 1렬로 나열하여 실장한 것으로서, 도 103에 도시한 바와 같이, 차량(187)의 리어 윈도(188)의 안쪽에 부착되는 것으로서, 차량(187)의 브레이크가 밟히면 점등되게 되어 있다. 이 하이 마운트 스트랩 램프(184)를 구성하는 발광 광원에는, 상기 각 실시형태와 같은 발광 광원을 이용할 수 있지만, 특히, 도 41에 도시한 바와 같은 발광 광원(67)이 바람직하다.
종래부터 이용되고 있는 하이 마운트 스트랩 램프(189)에서는, 도 105(a)에 도시한 바와 같이, 발광 다이오드(190)를 복수 개 옆으로 일렬로 배열하고, 램프 전면에 마련된 확산 렌즈(191)를 통해 출사시킴으로써 옆으로 긴 광 빔을 실현하고 있다. 이러한 하이 마운트 스트랩 램프(189)에서는, 한 개의 발광 다이오드(190)로서는 도 105(b)의 정사각형 영역 밖에 광을 출사시킬 수 없기 때문에, 다수의 발광 다이오드(190)를 필요로 하고 있다.
이에 대하여, 본 발명의 하이 마운트 스트랩 램프(184)에서는, 도 104(a)에 도시한 바와 같이, 예를 들면 장축 길이:단축 길이 = 2:1의 빔이 출사되는 발광 광원(185)을 이용하고, 그 전방에 해당 발광 광원(185)의 빔 프로파일에 응한 확산 렌즈(186)를 배치하면, 도 104(b)에 도시한 바와 같이, 한 개의 발광 광원(185)으로 종래 예의 발광 다이오드(190)의 2배의 영역으로부터 광을 출사시킬 수 있다. 따라서 발광 광원(185)의 배열 피치를 종래 예에 있어서의 발광 다이오드(190)의 배열 치의 1/2배로 하는 것이 가능하게 된다.
또한 본 발명의 발광 광원(185)에서는, 종래의 발광 다이오드(190)에 비하 여, 2배 이상의 광 이용 효율이 실현 가능하기 때문에, 배열 피치를 발광 다이오드(190)의 2배로 하여도, 각 발광 광원(185)이 출사하는 광 파워가 2배이기 때문에, 하이 마운트 스트랩 램프(184)로서 출사하는 광 파워는 종래와 같게 된다. 따라서 본 발명의 발광 광원(185)을 이용한 하이 마운트 스트랩 램프(184)에 의하면, 광원 수를 반감할 수 있어, 부품 수를 감함에 따라 조립도 용이하게 되고, 대폭적인 코스트 다운이 가능하게 된다.
(제 52 바람직한 실시형태)
도 106은 제 52 바람직한 실시형태에 의한 발광 광원을 이용한 디스플레이 장치(201)를 도시한 사시도이다. 이 디스플레이 장치(201)에 있어서는, 다수의 발광 광원(202)을 매트릭스 형상 내지 하니컴 형상 등으로 배열하고 있고, 각 발광 광원(202)은 장축방향이 수평방향을 향하도록 배치되어 있다. 도 106에서는 스탠드형의 것을 도시하고 있지만, 벽걸이식이나 가옥의 외벽 부분 등에 부착되는 것이라도 좋다.
사람 눈의 높이 정도로 설치되는 디스플레이 장치의 경우에는, 디스플레이 장치의 지향각으로서는, 수평방향으로 넓고 여러 각도에서 표시가 보이는 것이 요망된다. 이 디스플레이 장치(201)에서는, 장축방향이 수평방향을 향하도록 배치한 본 발명의 발광 광원(202)을 이용하고 있기 때문에, 도 107에 도시한 바와 같이, 개개의 발광 광원(202)으로부터 출사되는 광 자체가 가로방향으로 퍼진 지향 특성을 갖고 있고, 그 결과 디스플레이 장치(201)로서도, 도 108에 도시한 바와 같이 옆으로 넓은 지향 특성을 갖게 된다. 따라서 시각 효과가 우수한 디스플레이 장치 를 제작하는 것이 가능하게 된다.
다음에 본 발명에 관한 수광기를 이용한 응용예에 관해 몇가지 설명한다.
(제 53 바람직한 실시형태)
도 109는 제 53 바람직한 실시형태에 의한 확산반사형의 물체의 유무 검지를 행하는 광전 센서(211)의 구성을 도시한 개략도이다. 이 광전 센서(211)는, 발광 다이오드를 이용한 투광기(212), 발광 다이오드 구동회로(213), 본 발명에 관한 수광기(예를 들면, 도 30 및 도 31에 도시한 바와 같은 구조의 수광기)(214), 수광기(214)로부터의 출력을 증폭하는 증폭회로(215), 발광 다이오드 구동회로(213)를 제어하여 증폭회로(215)로부터의 수광 신호를 받아 물체 유무의 판별 등을 행하는 처리회로(216)로 구성되어 있다.
그리고 광전 센서(211)의 전방에 광을 확산반사시키는 물체(217)가 존재하여, 광전 센서(211)의 투광기(212)로부터 출사된 광이 물체(217)의 표면에 맞닿으면, 물체(217)의 표면에서 반사된 광 중, 도 109에서 사선을 그은 영역의 반사광이 수광기(214)에서 수광됨에 의해, 처리회로(216)에서 물체가 있다고 판단되어, 검출신호가 출력된다.
이러한 광전 센서(211)에서는, 물체의 검출 거리는, 센서 내부의 노이즈와 물체(217)로부터의 반사광을 구별할 수 있는 최소의 수광량(S/N비)에 의해 결정된다. 투광기(212)로부터 출사되는 광의 강도가 같다면, 물체(217)로부터의 반사광의 강함은 변하지 않지만, 본 발명의 수광기(214)를 이용함으로써 수광 효율이 향상되어 수광량이 증가하기 때문에, 검출에 여유가 생긴다. 따라서 이러한 광전 센서 (211)를 이용함으로서, 더욱 멀리 있는 물체도 검출 가능하게 되고, 수광량이 커지기 때문에, 검출 거리를 연장시킬 수 있다. 예를 들면, 수광량이 2배가 되면 검출거리는 약 √2배로 연장된다.
종래의 광전 센서에서는, 이러한 효과를 얻기 위해서는, 수광기의 앞에 큰 렌즈를 배치하여, 도 109에 사선을 그은 영역의 반사광을 작은 수광기 내로 집광시킬 필요가 있었다. 이에 대하여, 본 발명과 같은 구성의 광전 센서(211)에 의하면, 렌즈 등을 실장하는 일 없이 실현되기 때문에, 수광기(214)의 박형화, 광전 센서(211)의 소형화, 부품 개수의 삭감 등에 의해, 수광계의 편차를 감소시키고, 더구나 광전 센서(211)를 저 코스트화 하는 것이 가능하게 된다.
또한 이 광전 센서는, 반사형에 한하지 않고, 투과형 광전 센서로서도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 물체 유무의 검지에 한하지 않고, 물체까지의 거리(아날로그 량)의 검출도 가능하다.
(제 54 바람직한 실시형태)
도 110은 제 54 바람직한 실시형태에 의한 도로압정(221)을 도시한 단면도이다. 도로압정은, 일반적으로 도로의 중앙분리대나 교차점 등에서 도로에 매립하고 있지만, 종래의 도로압정은 자동차의 헤드라이트를 반사시킬 뿐이었다.
도 110에 도시한 도로압정((221)은 내부에, 본 발명에 관한 발광 광원(222), 본 발명에 관한 수광기(223), 충전전지(224) 및 구동회로(225)를 구비하고, 표면이 투명 커버(227)에 의해 덮여진 것이다. 이 도로압정(221)에 있어서는, 주간(晝間)에 수광기(223)에 의해 태양의 광을 수광하여 충전전지(224)에 충전해 두고, 야간 이 되면, 충전전지(224)의 전력을 사용하여 구동회로(225)에 의해 발광 광원(222)을 발광시키게 되어 있다.
이러한 도로압정(221)에 의하면, 본 발명에 관한 수광기(223)를 이용하여 주간에 효율적으로 충전전지(224)를 충전할 수 있게 된다. 또한 수광기(223) 등의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에, 도로압정(221)도 박형화할 수 있어서 도로(226)에의 매립이 용이하게 된다.
또한 상기 실시형태에서는 도로압정에 관해 구체적인 실시형태를 기재하였지만, 도로압정에 한하지 않고, 델리니에이터, 시선유도등 등, 주간에 수광기에 의해 충전전지에 축적된 전기 에너지를 사용하여, 야간에 발광기를 점등시키는, 자발광(自發光)기기에 널리 응용하는 것이 가능하다.
(제 55 바람직한 실시형태)
다음에, 광 모듈을 이용한 발광 광원의 응용예로서 조광형(照光型) 스위치에 관해 설명한다. 종래의 조광형 스위치(241)에서는, 도 114에 도시한 바와 같이, 투입(投入) 스위치를 겸한 투명 내지 반투명의 캡(242)의 뒷편에서, 발광 유닛(243)에 마련된 오목한곳(244) 내에 복수 개의 LED(245)가 실장되고, 그 위쪽에 확산판(246)이 배치되어 있다. 그리고 캡(242)이 눌리어져 온으로 되면, LED(245)가 점등되어, 확산판(246)의 기능으로 캡(242) 전체가 빛나게 되어 있었다. 그러나 이와 같은 조광형 스위치(241)에서는, 캡(242) 전체를 대면적으로 빛나게 하기 위해, 복수 개의 LED(245)와 확산판(246)을 필요로 하고 있었기 때문에, 부품 개수가 많아져, 코스트가 높게 되는 동시에 소비 전력도 많고, 대형화되고 있었다.
도 111은 제 55 바람직한 실시형태에 의한 조광형 스위치(231)를 도시한 사시도, 도 112는 그 분해 사시도, 도 113은 그 개략 단면도이다. 이 조광형 스위치(231)에서는, 발광 유닛(232)의 상면에 마련된 오목부(233) 내에 한 개의 발광소자(12)가 실장되어 있고, 그 위에 도 47에 도시한 바와 같은 광 모듈(72)을 씌워 발광소자(12)를 덮고 있다. 이 오목부(233)의 위에는, 투명 내지 반투명의 캡(234)(이면에 커트 패턴 등을 형성하여 두어도 좋다)이 배치되고, 캡(234)을 스프링(도시 생략)으로 위쪽으로 탄성적으로 가세하는 동시에 캡 누름(235)에 의해 캡(234)을 보호 지지하고 있다. 또한 이 발광 유닛(232)은 스위치 본체(236)의 상면에 장착되어 있다.
이와 같은 조광형 스위치(231)에서는, 투입 스위치를 겸한 캡(234)을 눌러 온으로 하면, 발광소자(12)로부터 출사된 광은 광 모듈(72)에 의해 광 모듈(72) 전체로 퍼져서 캡(234)을 조사하여, 캡(234) 전체를 빛나게 한다.
따라서 이와 같은 조광형 스위치(231)에 의하면, 부품 개수를 감소시킬 수 있어 코스트를 저감시키는 동시에 점등시의 소비 전력도 적게 할 수 있고, 또한 소형화도 가능하게 된다.
또한 도시 생략된, 상기 태양전지(도 33), 도로압정(도 110) 등의 자발광기기, 도 6과 같은 발광 광원 등에도, 일반적인 수광소자나 광전변환 소자와 도 46 내지 도 49, 도 50 내지 도 56에 도시한 바와 같은 광 모듈과의 조합을 이용할 수 있다.
본 발명은 광을 출사시키기 위한 광원이나, 반대로 외부에서의 광을 수광하기 위한 수광기, 광을 출사하는 동시에 광(스스로 발생한 광이라도, 타로부터의 광이라도 좋다)을 수광하는 자발광기기 등에 이용할 수 있는 것으로서, 그 응용으로서는 광에 의한 표시 장치나 광고탑, 도로압정, 태양전지 등 넓은 분야에 응용될 수 있는 것이다.
Claims (3)
- 광을 반사시키는 광 반사부재와, 상기 광 반사부재의 광 반사면측에 배치된 수지층과, 상기 수지층으로 향하여 광을 출사하는 발광소자를 구비한 발광 광원을 복수 개 배열시킨 디스플레이 장치에 있어서,상기 수지층의 광 출사측의 면은, 상기 발광소자로부터 발광된 광을 투과시켜 수지층의 외부로 출사시키는 직접 출사영역과, 상기 발광소자로부터 발광된 광을 전반사시켜 상기 광 반사부재의 방향으로 향하게 하고, 또한 상기 광 반사부재에서 반사한 광을 투과시켜 상기 수지층의 외부로 출사시키는 전반사 영역을 구비하고,상기 광 반사부재의 광 반사면 중 상기 전반사 영역에서 반사된 광을 반사시키는 영역은, 광 반사부재에서 반사되고 상기 전반사 영역으로부터 출사하는 광을 평행광선으로 하는 것과 같은 곡면으로 되어 있으며,광이 상기 수지층의 외부로 출사되기까지의 상기 전반사 영역 및 상기 광 반사부재에서의 반사회수는 각각 1회이며,광 출사방향에서 본 경우, 상기 광 반사부재의 외형이 원형 또는 구형(矩形)이며,상기 광 반사부재의 외형의 직경 또는 단변의 길이보다 상기 수지층의 두께가 작고,상기 발광소자의 광축을 통과하는 단면에 있어서, 상기 전반사 영역의 상기 광축의 양측 폭의 합이 상기 직접 출사영역의 폭보다도 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 광을 반사시키는 광 반사부재와, 상기 광 반사부재의 광 반사면측에 배치된 수지층과, 상기 수지층으로 향하여 광을 출사하는 발광소자를 구비한 발광 광원을 복수 개 배열시킨 차량탑재 램프용 광원에 있어서,상기 수지층의 광 출사측의 면은, 상기 발광소자로부터 발광된 광을 투과시켜 수지층의 외부로 출사시키는 직접 출사영역과, 상기 발광소자로부터 발광된 광을 전반사시켜 상기 광 반사부재의 방향으로 향하게 하고, 또한 상기 광 반사부재에서 반사한 광을 투과시켜 상기 수지층의 외부로 출사시키는 전반사 영역을 구비하고,상기 광 반사부재의 광 반사면 중 상기 전반사 영역에서 반사된 광을 반사시키는 영역은, 광 반사부재에서 반사되고 상기 전반사 영역으로부터 출사하는 광을 평행광선으로 하는 것과 같은 곡면으로 되어 있으며,광이 상기 수지층의 외부로 출사되기까지의 상기 전반사 영역 및 상기 광 반사부재에서의 반사회수는 각각 1회이며,광 출사방향에서 본 경우, 상기 광 반사부재의 외형이 원형 또는 구형(矩形)이며, 상기 광 반사부재의 외형의 직경 또는 단변의 길이보다 상기 수지층의 두께가 작고,상기 발광소자의 광축을 통과하는 단면에 있어서, 상기 전반사 영역의 상기 광축의 양측 폭의 합이 상기 직접 출사영역의 폭보다도 큰 것을 특징으로 하는 차량탑재 램프용 광원.
- 광을 반사시키는 광 반사부재와, 상기 광 반사부재의 광 반사면측에 배치된 수지층과, 상기 수지층으로 향하여 광을 출사하는 발광소자를 구비한 발광 광원을 복수 개 배열시킨 옥외용 표시 기기에 있어서,상기 수지층의 광 출사측의 면은, 상기 발광소자로부터 발광된 광을 투과시켜 수지층의 외부로 출사시키는 직접 출사영역과, 상기 발광소자로부터 발광된 광을 전반사시켜 상기 광 반사부재의 방향으로 향하게 하고, 또한 상기 광 반사부재에서 반사한 광을 투과시켜 상기 수지층의 외부로 출사시키는 전반사 영역을 구비하고,상기 광 반사부재의 광 반사면 중 상기 전반사 영역에서 반사된 광을 반사시키는 영역은, 광 반사부재에서 반사되고 상기 전반사 영역으로부터 출사하는 광을 평행광선으로 하는 것과 같은 곡면으로 되어 있으며,광이 상기 수지층의 외부로 출사되기까지의 상기 전반사 영역 및 상기 광 반사부재에서의 반사회수는 각각 1회이며,광 출사방향에서 본 경우, 상기 광 반사부재의 외형이 원형 또는 구형(矩形)이며, 상기 광 반사부재의 외형의 직경 또는 단변의 길이보다 상기 수지층의 두께가 작고,상기 발광소자의 광축을 통과하는 단면에 있어서, 상기 전반사 영역의 상기 광축의 양측 폭의 합이 상기 직접 출사영역의 폭보다도 큰 것을 특징으로 하는 옥외용 표시 기기.
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