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zoom RSS 光学要素(その2、光路変換素子)

<<   作成日時 : 2014/02/02 16:30   >>

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 前回のコリメータの中にも反射面を使って光路を折り曲げている例がありましたが、今回取り上げるのは、このような光路を折り曲げる光学素子です。これを光路変換素子と呼ぶのが一般的かどうかはわかりません。偏向素子という言い方もあるかと思います。

 図A(特開2003-8081より)に示すように基板などに固定した発光ダイオードチップ38の上方に円筒状の透明光学素子を取り付けます。図は断面図ですが、円筒の上面には中心部が凹んだじょうごのような形の凹部37が設けられています。発光ダイオードを出射し上方に向かう光P1はこの光学素子の上面で全反射されて方向を変え、横方向に向かって出射します。しかし他の方向に進む光も多く存在します。
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 多くの光が横方向に揃うように改良したのが図Bのような複雑な形の光学素子です。この素子の上面58は図Aと同様にじょうご形になっていて発光ダイオードの光が全反射され、横方向に向きを変えます。一方側面にはのこぎり状の凹凸が設けられ、低い角度の光は屈折によって横方向へ向かいます。
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 図Cの例(特開2009-27199)も同様です。この例の発光素子8はリードフレーム5a、5bに接続され樹脂で封止されており、砲弾型パケージと同様の構造になっていますが、封止樹脂の上部が半球形でなく光を反射するような形に加工されています。この発光部3の外側に特殊な形のリフレクタ部14と呼ぶ素子を嵌め込んであります。
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 発光素子から上方に出射される光はリフレクタ部の上面14aで反射され、横方向から出射します。下方に出射される光もリフレクタ部下面14bで反射され、横方向へ導かれます。リフレクタ部は縦方向には薄く横方向へは長い形になっているので、発光素子から出射する光の多くを横方向へ導くことができます。

 このように出射光を横方向に向ける目的は何でしょうか。横方向とはパッケージを取り付けた基板に平行な方向のことで、この方向に光を向かわせたい用途があります。図D(特開2008-108994より)に示す光学装置は、発光素子(パッケージ)30a〜cからの光を透明な平板40の端から導入すると、光はこの平板内を伝わり、最後には矢印Lのように平板表面から上方に出ます。
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 この透明な平板は周囲の空気より屈折率が高いので、中の光は全反射で中に閉じ込められます。この板は導光体とか導光板と言われ、光を導波する機能をもっています。下の面に光を上方に反射する加工を施しておけば、光は上の面から一様に出射するので、面状の光源となります。この上に液晶セルを重ねるとこの光源は液晶表示装置のバックライトとして応用ができます。

 例えば携帯電話などの厚さの薄い装置の表示装置では厚さが薄いことが必要です。発光素子を導光体の端面に取り付けることができれば、液晶表示装置全体の厚さを薄くできます。パッケージを取り付ける基板が導光体と平行な方向であるならば、出射光をこれに沿って出射する必要が出てきます。そこで上記のような光路変換素子が必要になります。

 ただし別の考え方もできます。発光ダイオードチップを基板と垂直にしてしまえば、光路変換素子はなくても光は基板に沿った方向に出せます。図Eはそのようなパッケージの例(再表2007/03735)です。このパッケージから横方向に出たリードフレーム30は、取り付け基板(図示されてない)に実装すると発光素子10のチップが、この取り付け基板と垂直になるように曲げられています。チップはパッケージ内のリードフレーム30の表面に配置されます。このようなパッケージをサイドビュー型と呼ぶことがあります、
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 このタイプのパッケージはチップの外側の枠の部分20の厚さがあるので、この部分をできるだけ薄くする必要があります。光路変換素子もそれ自体に高さがありますが、サイズ的には薄くできると思われます。ただし光の反射を利用するので、その分、光の減衰があり光出力の点では不利になり、どちらがよいかは一概には言えません。




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