(57)【要約】自発光装置１は、ほぼ球面状の受光面を有する球状光電変換素子２と、球状光電変換素子２により発電された電力により発光する発光ダイオード３と、制御回路５と、球状光電変換素子２と発光ダイオード３と制御回路５と一体化する封止材４とを有する。制御回路５は、光検知センサ２３が組み込まれた発光制御回路と、充電制御回路と、蓄電器とを備えている。球状光電変換素子２は受光面がほぼ球面状のためあらゆる角度からの入射光により発電することができる。封止材４により構成部材を一体化するので破損しにくくなる。
2004095590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ球面状の受光面を有する球状光電変換素子と、この球状光電変換素子に導光又は集光するレンズ部材と、前記球状光電変換素子で発電された電力で発光する発光体と、全体を固着して一体化する封止材とを備えたことを特徴とする自発光装置。
【請求項２】
前記球状光電変換素子として、直列接続された複数の球状光電変換素子を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の自発光装置。
【請求項３】
前記球状光電変換素子で発電された電力を蓄電する為の蓄電器を備えたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の自発光装置。
【請求項４】
前記発光体への通電を制御する発光制御回路を備えたことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の自発光装置。
【請求項５】
前記発光制御回路に、光検知センサを組み込んだことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の自発光装置。
【請求項６】
前記発光制御回路は、２つのトランジスタと複数の抵抗とを含む無安定マルチバイブレータを備え、
前記光検知センサは、一端をアースに、他端をトランジスタのベースに接続され、
前記２つのトランジスタのベースに夫々接続された抵抗は、コレクタに接続された抵抗に比べ非常に大きい抵抗値を有することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の自発光装置。
【請求項７】
前記蓄電器への充電を制御する充電制御回路を設けたことを特徴とする請求の範囲第３項〜第６項の何れかに記載の自発光装置。
【請求項８】
前記レンズ部材と前記封止材とを同種の合成樹脂材料で構成したことを特徴とする請求の範囲第２項〜第７項の何れかに記載の自発光装置。
【請求項９】
前記各球状光電変換素子の下面側に入射光を反射可能な金属製の部分球面状の反射部材が設けられたことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の自発光装置。
【請求項１０】
前記反射部材はリードフレームであることを特徴とする請求の範囲第９項に記載の自発光装置。
【請求項１１】
前記光検知センサは紫外線センサであって、前記発光制御回路に、前記紫外線センサにより検知された紫外線強度に応じた電圧を増幅して出力する直流増幅回路を設けたことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の自発光装置。
【請求項１２】
前記発光体が複数設けられ、前記発光制御回路は前記紫外線センサからの出力に基づいて、前記各発光体のうち何れかを発光させることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の自発光装置。
【請求項１３】
前記発光制御回路に、前記発光体を点滅させるためにシュミットトリガーインバーターと抵抗とを並列に組み込んだことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の自発光装置。
【請求項１４】
前記蓄電器は、二酸化マンガン・リチウム二次電池であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の自発光装置。
【請求項１５】
前記球状光電変換素子と前記発光体に近接するように、光を反射可能な透明樹脂からなる反射部材を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項の何れかに記載の自発光装置。
【請求項１６】
前記光検知センサは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の自発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光電変換素子により発電された電力により発光体を発光させる自発光装置に関するものである。
【背景技術】  従来、太陽電池などの光電変換素子により発電された電力により発光体を発光させる自発光装置が種々提案されている。例えば、特開平９−４９２１３号公報には、平面型の太陽電池と、その太陽電池の周囲に設けられた複数の発光ダイオードと、太陽電池により発電された電力を蓄電する蓄電池などを有する路面設置型の信号装置が提案されている。この信号装置においては、装置全体を道路に埋没させて設置し、昼間は太陽電池で発電された電力が蓄電池に蓄電され、夜間はその蓄電池に蓄電された電力により発光ダイオードが点滅される。
特開平８−１９９５１３号公報には、平面型の太陽電池と、発光ダイオードと、蓄電池と、電気回路などを備え、それらの構成部材が透明なエポキシ樹脂内に埋没された発光標識装置が提案されている。この発光標識装置においても、昼間、太陽電池により発電された電力が蓄電池に蓄電され、夜間、その電力により発光ダイオードが点滅される。また、構成部材をエポキシ樹脂内に埋没させることで、耐候性を向上させている。
しかし、特開平９−４９２１３号公報と特開平８−１９９５１３号公報に記載の装置では、平面型の太陽電池により発電しているため、昼間の間、常に高出力の発電をすることができる訳ではなく、太陽光が太陽電池に小さな入射角で略垂直に入射する数時間しか高出力の発電をすることができない。即ち、当該数時間の間に夜間必要な電力を蓄電池に蓄電しなければならないため、太陽電池の受光面積を大きくしなければならず、装置全体が大型化する問題が生じている。
特開平９−４９２１３号公報と特開平８−１９９５１３号公報の装置を、平坦な道路などに設置する場合は蓄電池に蓄電することができるが、坂道、例えば、北側の斜面に形成された坂道などに上述の装置が設置されると、多くの太陽光が太陽電池表面で反射されるため、所望の電力を蓄電池に蓄電することができず、夜間、発光ダイオードが発光することができず、道路を走行する自動車のドライバーは安全な状況で運転しにくくなる。
近年、自転車、かばん、帽子などに取り付けて夜間の安全のために使用する低価格で且つ小型軽量の自発光装置が望まれている。これらの装置を取り付ける場合には、鉛直に近い状態で自発光装置を取り付けることも多くなり、このように取り付けられた場合には、平面型の太陽電池では、太陽光が受光面に対して略平行に入射するため蓄電池に蓄電できる電力がほとんど発電されず、実用に供するのは到底不可能である。
本発明の目的は、発電電力が設置場所などに左右されず、低コストで製造可能で、小型軽量な自発光装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明の自発光装置は、ほぼ球面状の受光面を有する球状光電変換素子と、この球状光電変換素子に導光又は集光するレンズ部材と、前記球状光電変換素子で発電された電力で発光する発光体と、全体を固着して一体化する封止材とを備えたことを特徴とする。この自発光装置によれば、入射光が自発光装置に入射すると、入射光がレンズ部材により導光又は集光され、球状光電変換素子が有するほぼ球面状の受光面によりその入射光が受光されて電力が発電され、その電力により発光体が発光する。この自発光装置は、球状光電変換素子の受光面がほぼ球状に形成されているため、入射光の入射角度に依存することなく、入射光が入射する間は平均して電力を発電することができる。従って、屋外に設置した場合、太陽光の入射角度に関係なく、日中の間平均して電力を発電することができ、更に、発電された電力を蓄電器などに蓄電されるように構成した場合に、日中の間、数時間天気がよければ太陽の位置に関係なく、蓄電器に十分な電力を蓄電することができる。
自転車、かばん、帽子などに取り付けた場合にも、取り付けられた角度に影響されることなく、常に十分な電力を発電することができ、発光体を発光させることができる。レンズ部材により入射光が導光又は集光されるので、球状光電変換素子の受光面積が小さくても、受光面において強い入射光が受光されることになるので、球状光電変換素子の小型化及び軽量化が実現でき、それに伴い、自発光装置の小型化及び軽量化を実現することができる。封止材により全体が固着して一体化されているので、雨などによる球状光電変換素子や発光体の破損を防ぐことができる。また、各構成部材に安価なものを適用することができるため製造コストを削減することができる。
ここで、前記の構成に加えて、次のような構成を適宜採用してもよい。
１）前記球状光電変換素子として、直列接続された複数の球状光電変換素子を設けている。
２）前記球状光電変換素子で発電された電力を蓄電する為の蓄電器を備えている。
３）前記発光体への通電を制御する発光制御回路を備えている。
４）前記発光制御回路に、光検知センサを組み込んでいる。
５）前記発光制御回路は、２つのトランジスタと複数の抵抗とを含む無安定マルチバイブレータを備えている。
６）前記蓄電器への充電を制御する充電制御回路を設けている。
７）前記レンズ部材と前記封止材とを同種の合成樹脂材料で構成される。
８）前記各球状光電変換素子の下面側に入射光を反射可能な金属製の部分球面状の反射部材が設けられる。
９）前記反射部材はリードフレームである。
１０）前記光検知センサは紫外線センサであって、前記発光制御回路に、前記紫外線センサにより検知された紫外線強度に応じた電圧を増幅して出力する直流増幅回路を設けている。
１１）前記発光体が複数設けられ、前記発光制御回路は前記紫外線センサからの出力に基づいて、前記各発光体のうち何れかを発光させる。
１２）前記発光制御回路に、前記発光体を点滅させるためにシュミットトリガーインバーターと抵抗とを並列に組み込んでいる。
１３）前記蓄電器は、二酸化マンガン・リチウム二次電池である。
１４）前記球状光電変換素子と前記発光体に近接するように、光を反射可能な透明樹脂からなる反射部材を設けている。
１５）前記光検知センサは、硫化カドミウム（ＣｄＳ）である。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の実施例１に係る自発光装置の平面図である。図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は球状光電変換素子の断面図である。図４は自発光装置の制御系を説明するブロック図である。図５は発光制御回路を説明する回路図である。図６は充電制御回路を説明する回路図である。図７は変更形態に係る発光制御回路の回路図である。図８は変更形態に係る球状光電変換素子の断面図である。図９は実施例２の自発光装置の平面図である。図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図である。図１１はパネル状自発光装置の平面図である。図１２は図１１におけるＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。図１３は実施例３の紫外線モニター装置の平面図である。図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。図１５は図１３の紫外線モニター装置の発光制御回路の回路図である。
図１６は実施例４の自発光立方体の斜視図である。図１７は実施例４の自発光ネームプレートの平面図である。図１８は図１７の自発光ネームプレートの断面図である。図１９は図１７の自発光ネームプレートの発光制御回路の回路図である。図２０は実施例６の４色自発光装置の平面図である。図２１は図２０のＸＸＩ−ＸＸＩ線断面図である。図２２は図２０の４色自発光装置の発光制御回路の回路図である。図２３は実施例７の自発光ペンダントの平面図である。図２４は図２３のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  実施例１（図１〜図７参照）
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
この実施の形態は、夜間など光が少ない状況でのみ発光ダイオードが点滅する携帯可能な自発光装置に本発明を適用した一例である。
図１，図２に示すように、自発光装置１は、６個の球状光電変換素子２と、発光ダイオード３と、封止材４と、制御回路５とを備えている。
球状光電変換素子２は、特開２００１−１６８３６９号公報などに詳細に記載されているものと同様のものであるので、簡単に説明する。図３に示すように、球状光電変換素子２は、直径が約１．５ｍｍで、抵抗率が１Ωｃｍ程度のｐ型シリコン半導体製の球状結晶１０と、ほぼ球面状のｐｎ接合１１を形成するために球状結晶１０の表面近傍に形成されたｎ型拡散層１２と、球状結晶１０のｐ型シリコンに電気的に接続された正電極１３と、正電極１３とは球状結晶１０の中心に対して点対称状に対向する位置に形成されｎ型拡散層１２に電気的に接続された負電極１４と、電極１３，１４が形成されていない球状結晶１０の表面に形成された絶縁被膜１５とを備えている。更に、正電極１３の表面には、厚さ約２０μｍのＡｌペースト膜１６が被膜され、負電極１４の表面には厚さ約２０μｍのＡｇペースト膜１７が被膜されている。球状光電変換素子２に太陽光などの光が入射すると、入射光はｎ型拡散層を透過してｐｎ接合１１に入射し、そのｐｎ接合１１で光起電力が発生する。この球状光電変換素子２の起電力は約０．６Ｖであり、３〜３．５ｍＡ程度の電流を出力することができる。
図１，図２に示すように、６個の球状光電変換素子２は、発光ダイオード３の周囲に約６０°間隔で配設されている。夫々の球状光電変換素子２の正電極１３は、隣接する球状光電変換素子２の負電極１４に銅線１８により電気的に接続され、６個の球状光電変換素子２は直列接続されている。但し、６個の球状光電変換素子２の正電極１３，負電極１４のうち、直列接続の両端に当たる正電極１３ａと負電極１４ａは、発電した電力を充電するために、制御回路５に接続されている。
発光ダイオード３は、ＡｌＧａＡｓ系のヘテロ構造を有するものであり、図１に示すように、自発光装置１の略中央に配設されている。この発光ダイオード３は、後述する発光制御回路２２により、球状光電変換素子２により発電され蓄電器２１に充電された電力により夜間など光の少ない状況でのみ点滅発光する。
封止材４は、適当な合成樹脂、例えば、エポキシ樹脂で構成され、球状光電変換素子２、発光ダイオード３、制御回路５など全体を固着して一体化している。封止材４の上面には、各球状光電変換素子２の外表面側に対応する位置に導光または集光する集光レンズ部６が、発光ダイオードに対応する位置に投光レンズ部７が一体的に形成されている。図２に示すように、集光レンズ部６の表面は、球状光電変換素子２を中心とする半球面状に形成され、集光レンズ部６の表面に入射した光は、球状光電変換素子２へと集光される。投光レンズ部７の表面は、部分回転楕円面状に形成され、発光ダイオード３が発光した光は、投光レンズ部７により拡散されて外部に出射される。尚、レンズ部６，７を含む封止材４を構成するエポキシ樹脂は、少なくとも球状光電変換素子２が光電変換可能な光を透過させることができるものである。
次に、この自発光装置１の制御系について説明する。
図４に示すように、制御回路５は、充電制御回路２０と、キャパシタからなる蓄電器２１と、発光制御回路２２とを備えている。これら充電制御回路２０と蓄電器２１と発光制御回路２２とは、同一の基板上に実装され、図２に示すように、球状光電変換素子２及び発光ダイオード３の下方に設けられている。制御回路５について簡単に説明すると、昼間など球状光電変換素子２により発電する状態では、発光制御回路２２により発光ダイオード３の発光が禁止されて発電された電力が充電制御回路２０により蓄電器２１に充電され、夜間など光の少ない状態では発光制御回路２２により蓄電器２１に蓄えられた電力を用いて発光ダイオード３が点滅駆動される。
充電制御回路２０は、蓄電器２１への充電を制御し、蓄電器２１への過電流を防止し、また、球状光電変換素子２への逆電流をも防止するためのものである。図６に示すように、充電制御回路２０は、逆流防止用のダイオードＤと、定電圧素子ＺＤとで構成されている。
次に、充電制御回路２０の動作について説明する。
６個の球状光電変換素子２を直列接続した発電デバイス２Ａにより発電された電力は、ダイオードＤを経由して蓄電器２１に充電される。ダイオードＤは、発電デバイス２Ａへの入射光が減少し、球状光電変換素子２の出力電圧よりも蓄電器２１の出力電圧の方が大きい場合に、蓄電器２１から発電デバイス２Ａへ電流が逆流するのを防ぐためのものである。定電圧素子ＺＤは、蓄電器２１に蓄電された電力が所定電圧になると、発電デバイス２Ａで発電された電力をアースへと流し、蓄電器２１への過電流を防止して、蓄電器２１の寿命を延ばすことができる。尚、発電デバイス２Ａの最大出力が、蓄電器２１の最大許容電圧とダイオードＤの閾値電圧との和よりも小さい場合には、定電圧素子ＺＤを省略してもよい発光制御回路２２は、発光ダイオード３への通電を制御し、夜間など光の少ない状態で発光ダイオード３を点滅させるためものである。図５に示すように、発光制御回路２２は、２つのトランジスタＱ１，Ｑ２と、４つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを有する無安定マルチバイブレータ回路に光検知センサ２３を組み込んだものである。光検知センサ２３は、主にＣｄＳからなる光応答抵抗素子であって、受光した光量に応じて抵抗値が変化するものである。尚、各抵抗の抵抗値は、例えば、Ｒ１＝３．３ＫΩ、Ｒ２＝１ＭΩ、Ｒ３＝５１０ｋΩ、Ｒ４＝５１ｋΩである。
以下、この発光制御回路２２の動作について説明をする。
まず、昼間など光検知センサ２３により光が検知されている状態での動作を説明する。光検知センサ２３により光が検知されている状態では、光検知センサ２３の抵抗値が低下しトランジスタＱ１のベースがアースに短絡された状態になっているため、トランジスタＱ１のベース電位が閾値以下に低下し、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間が導通せず、抵抗Ｒ１には電流が流れない。一方、トランジスタＱ２のベース電位は閾値以上になり、抵抗Ｒ４からアースに電流が流れるが、抵抗Ｒ４の抵抗値５１ｋΩ及び抵抗Ｒ４にかかる最大電圧３Ｖより、抵抗Ｒ４に流れる最大電流は数１０μＡにしかならず、一方、発電デバイス２Ａから蓄電器２１に流れる電流が数ｍＡのため、蓄電器２１への充電にはほとんど影響がない。
次に、夜間など光検知センサ２３により光が検出されず、この発光制御回路２２により発光ダイオード３が点滅駆動される動作について説明する。
夜間など光が少ない状態では、光検知センサ２３により光が検出されなくなると、光検知センサ２３の抵抗値が増加し、Ｑ１のベース電位が徐々に上昇する。トランジスタＱ１のベース電位の上昇に伴い、抵抗Ｒ２を流れる電流がコンデンサＣ２を経由して流れるので、コンデンサＣ２に電荷が溜められる。
Ｑ１のベース電位が閾値に達すると、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間は、遮断状態から瞬間的に導通状態となる。光検知センサ２３により光が検知されている状態では、コンデンサＣ１の抵抗Ｒ１側の電極には正電荷が、抵抗Ｒ３側の電極には負電荷が溜められている。従って、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間が導通することにより、発光ダイオード３と抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１との接続点Ｐ１の電位が瞬間的に下がるため、コンデンサＣ１に溜められた電荷によりトランジスタＱ２のベース電位は閾値以下になり、トランジスタＱ２は遮断される。
一方、トランジスタＱ１が導通することで、発光ダイオード３、抵抗Ｒ１、トランジスタＱ１のコレクタ、エミッタ間の経路で電流が流れ、発光ダイオード３が発光する。コンデンサＣ１には抵抗Ｒ３を経由して電流が流れるので、コンデンサＣ１に溜められた電荷が所定量だけ放電される。コンデンサＣ２には抵抗Ｒ４を経由して流れる電流により電荷が放電された後溜められる。
抵抗Ｒ３に流れる電流によりコンデンサＣ１が徐々に充電されるので、トランジスタＱ２のベース電位が徐々に上昇する。トランジスタＱ２のベース電位が閾値に達すると、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間は遮断状態から瞬間的に導通状態にされる。トランジスタＱ２の導通によってトランジスタＱ２のコレクタがアースと短絡された状態になると、コンデンサＣ２に溜められた電荷により、トランジスタＱ１のベース電位は閾値以下に瞬間的に下がり、Ｑ１のコレクタ−エミッタ間は導通状態から瞬間的に遮断される。
トランジスタＱ２が導通すると、発光ダイオード３、コンデンサＣ１、トランジスタＱ２のベース−エミッタの経路、および、抵抗Ｒ３、トランジスタＱ２のベース−エミッタの経路で電流が流れる。コンデンサＣ１が発光ダイオード３を経由して流れる電流により所定量充電されると、発光ダイオード３には電流が流れなくなり、発光ダイオード３が消灯する。コンデンサＣ２には抵抗Ｒ２を経由して流れる電流により、溜められていた電荷が徐々に放電され、その後、充電される。コンデンサＣ２が充電されるに連れて、トランジスタＱ１のベース電位が徐々に上昇して閾値に達すると、トランジスタＱ１が導通される一方でトランジスタＱ２は遮断されて、発光ダイオード３は再び発光する。この後、上述の動作が繰り返されて、発光ダイオード３が点滅駆動される。
コンデンサＣ１やコンデンサＣ２の充電経路となる発光ダイオード３の内部抵抗や抵抗Ｒ４の抵抗値に比べ、放電経路となる抵抗Ｒ３や抵抗Ｒ２の抵抗値が十分大きくされているため、発光ダイオード３の点滅の間隔の時間はそれぞれＣ１およびＣ２の放電時間によって決定される。即ち、発光している時間及び消灯している時間は、（コンデンサＣ１の電気容量）×（抵抗Ｒ３の抵抗値）、（コンデンサＣ２の電気容量）×（抵抗Ｒ２の抵抗値）に依存する。
次に、実験結果について説明する。蓄電器２１として静電容量２Ｆのキャパシタを適用した自発光装置１の場合は、前記サンプルをソーラーシュミレーター内１００，０００ｌｘの照度下で充電したところ、１時間で蓄電器２１に蓄電され、発光輝度１〜３ｍｃｄ、デューティ比３０％の発光パターンで発光ダイオード３を８時間以上点滅発光することが可能である。尚、この自発光装置１は、平面視にて直径が約２０ｍｍ、厚さが約３ｍｍ、重量が約５ｇで構成されている。蓄電器２１として０．４７Ｆのキャパシタを適用した自発光装置１の場合は、ソーラーシュミレーター内１００，０００ｌｘの照度下で充電したところ、２０分で蓄電器２１に蓄電され、発光輝度１〜３ｍｃｄ、デューティー比３０％の発光パターンで発光ダイオード３を２時間以上点滅発光させることが可能である。尚、この構成による自発光装置１は、平面視にて直径が約１２ｍｍ、厚さが約３ｍｍ、重量が約３ｇで構成されている。
次に、自発光装置１の作用及び効果について説明する。
この自発光装置１によれば、電力を発電する球状光電変換素子２の受光面（ｐｎ接合１１）がほぼ球面状に形成されているため、本実施例の場合、上方のあらゆる角度からの入射光に対しても発電可能であり、設置場所や設置する角度などを選ぶことなく発電し、蓄電器２１に蓄電することができるので、設置場所や設置する角度の自由度を向上させることができる。６個の球状光電変換素子２を備えることで１個の球状光電変換素子２により発電する場合に比べ発電電圧を６倍に高めることができ、充電時間の短縮を実現することができる。集光レンズ部材６が形成されているので、光を集光させて球状光電変換素子２に受光させることができ、太陽光などの光の導入効率を向上させることができる。上述したように例えば、１時間の蓄電で発光ダイオード３を８時間点滅させることが可能であるため、日中少々天気が悪くても夜間発光ダイオード３が発光しなくなるような状態を防ぐことができる。
自発光装置１は、上述したように非常に小型化及び軽量化を実現することができるので、容易に携帯することができ、かばん、帽子などに装着してもユーザーへの負担がほとんどない。レンズ部６，７を含む封止材４により球状光電変換素子２、発光ダイオード３、制御回路５などが固着されて一体化されているので雨や埃に非常に強く、耐候性に優れ、あらゆる場所に設置することができ、携帯しても破損することがない。レンズ部６，７を封止材４と同じエポキシ樹脂で構成することで更に、強度を向上させることができる。
蓄電器２１を備えているので、夜間など球状光電変換素子２により発電不可能な状態で発光ダイオード３を発光させることができる。発光制御回路２２に無安定マルチバイブレータを適用することで発光ダイオード３を点滅させることができ、周囲からの視認性を向上させることができる。光検知センサ２３が図５に示す位置に組み込んでいるので、光の多い状況において、蓄電器２１からアースに流れる電流を最小限に抑え充電時間を短縮し、且つ、発光ダイオード３の発光を禁止することができる。図６に示す充電制御回路２０を備えているので、蓄電器２１への過電流を防止することができ、また、蓄電器２１から球状光電変換素子２への逆電流を防ぐことができ、蓄電器２１及び球状光電変換素子２の寿命を延ばすことができる。
次に、前記発光制御回路２２の変形例について説明する。
発光制御回路２２には、トランジスタを用いた無安定マルチバイブレータを適用したが、図７に示すように、ＩＣを用いた無安定マルチバイブレータを有する発光制御回路２２Ａを適用してもよい。尚、光検知センサ２３、発光ダイオード３、蓄電器２１には、上述の実施の形態と同じものを適用しているので、同じ符号を付け、説明は省略する。
以下、この発光制御回路２２Ａの動作について説明するが、この発光制御回路２２は、一般的なＩＣ型の無安定マルチバイブレータ２５に光検知センサ２３などを適用したものであるため簡単に説明する。
昼間など光検知センサ２３により光が検知されている状態では、蓄電器２１から出力される電流は、抵抗Ｒ５と光検知センサ２３を介してアースに流れ、ＮＡＮＤ回路ＮＤ４の入力端子Ｉ２は常にローレベルに保たれるので、ＮＡＮＤ回路ＮＤ４の出力がハイレベルになる。従って、発光ダイオード３に電流が流れることもないため、発光ダイオード３が発光することもない。但し、抵抗Ｒ５には非常に大きい抵抗値のものを適用しているため、光検知センサ２３により光が検知されていても、蓄電器２１から抵抗Ｒ５を経由して出力される電流は小さく、蓄電器２１の充電に影響を与えることはほとんどない。
次に、夜間など光検知センサ２３により光が検知されず、光検知センサ２３の抵抗値が大きくなり、光検知センサ２３にほとんど電流が流れない状況での発光制御回路２２Ａの動作について説明をする。この状態では、光検知センサ２３に電流がほとんど流れないためＮＡＮＤ回路ＮＤ４の入力端子Ｉ２は常にハイレベルである。初めＮＡＮＤ回路ＮＤ１の入力側がローレベルで且つコンデンサＣ４に電荷が溜まっていないとすると、ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の出力側がハイレベルであるため、ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の出力，コンデンサＣ４，抵抗Ｒ７，ダイオードＤ２，ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の出力に電流が流れ、コンデンサＣ４に電荷が溜められる。
コンデンサＣ４に電荷が溜まり始めた状態ではコンデンサＣ４が短絡した状態と同じため、ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の入力はハイレベルになり、その結果ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の出力はローレベルになる。この状態では、ＮＡＮＤ回路ＮＤ３の入力がローレベルになり、出力がハイレベルになるためＮＡＮＤ回路ＮＤ４の入力端子Ｉ１もハイレベルになり、その結果、ＮＡＮＤ回路ＮＤ４の入力端子Ｉ２もハイレベルのためＮＡＮＤ回路ＮＤ４の出力がローレベルになり、発光ダイオード３に蓄電器２１から電流が流れ、発光ダイオード３が発光する。
次に、コンデンサＣ４に電荷が溜まると、コンデンサＣ４を流れる電流が減少し、ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の入力側の電圧も徐々に下がり、ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の入力側の電圧が閾値電圧になると、ＮＡＮＤ回路ＮＤ２は入力が瞬間的にローレベルになり、それに伴い出力がハイレベルになる。ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の出力がハイレベルになるとＮＡＮＤ回路ＮＤ３の入力はハイレベルになり、出力はローレベルになり、ＮＡＮＤ回路ＮＤ４の入力端子Ｉ１がローレベルになり、その結果、ＮＡＮＤ回路ＮＤ４の出力はハイレベルになるため発光ダイオード３に電流が流れなくなり、発光ダイオード３が発光しなくなる。
次に、ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の出力がハイレベルになると、ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の入力もハイレベルになる。ダイオードＤ２に電流が流れなくなり、ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の出力，コンデンサＣ３，抵抗Ｒ６，ダイオードＤ１，ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の出力へと電流が流れる。ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の出力がローレベルのため、コンデンサＣ４に溜められた電荷が放電される。ＮＡＮＤ回路ＮＤ２の出力からの電流によりコンデンサＣ３に電荷が溜められると、ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の入力の電圧が徐々に下がり、その電圧が閾値電圧以下になると、ＮＡＮＤ回路ＮＤ１の出力がハイレベルになるので、発光ダイオード３が発光する。以上、上記の動作を繰り返すことで、発光ダイオード３が点滅駆動される。
図７に示す発電制御回路２２Ａに静電容量２Ｆの蓄電器２１を適用し、ソーラーシュミレーター内１００，０００ｌｘの照度下で蓄電すると、１時間で完全に蓄電され、発光輝度１〜３ｍｃｄ、デューティ比３０％の発光パターンで１６時間以上点滅発光することがわかった。尚、上記構成による自発光装置１は、平面視にて直径が約２０ｍｍ、厚さが約８ｍｍ、重量約７ｇで構成することができる。
実施例２（図９〜図１２参照）
次に実施例２の自発光装置について説明する。
この実施例は、太陽光のうちの赤外光を受光してそれを可視光に変換して発光させるようにした波長変換表示機能を有する自発光装置に本発明を適用した場合の一例である。
図９，１０に示すように、自発光装置１０１は、６つの球状光電変換素子１０２（変換素子）と、可視光ＬＥＤチップ１０３と、封止材１０４と、リードフレーム１３１，１３２とを備えている。尚、６つの変換素子１０２、封止材１０４、６つの変換素子１０２を直列接続する回路、レンズ部１０６などは前記実施例とほぼ同様であるので、異なる構成についてのみ説明する。尚、変換素子１０２は、太陽光の可視光によっても発電するが特に赤外線による発電特性に優れるものである。
ＬＥＤチップ１０３は、変換素子１０２で発電された電力により有色の可視光を発光する。封止材１０４は例えばエポキシ樹脂などの透明合成樹脂で構成され、６つの変換素子１０２と、ＬＥＤチップ１０３と、リードフレーム１３１，１３２などの全体を埋設状に固着して一体化している。
封止材１０４の上部には、６つの変換素子１０２に対応する６つの集光レンズ部１０６が形成され、各集光レンズ部１０６は半球状に形成されている。封止材１０４の下部には、１つの投光レンズ部１０７がＬＥＤチップ１０３を中心として半球状に形成されている。
５つのリードフレーム１３１と１つのリードフレーム１３２は、入射光を反射可能な部分球面状の反射部を夫々有し、リードフレーム１３２は中心側へ延びた延長部１３２ａを有する。合計６つのリードフレーム１３１，１３２の反射部の焦点の位置に、夫々変換素子１０２が位置している。そのため、変換素子１０２に入射されずに透過した赤外光は、リードフレーム１３１，１３２の反射部で反射し、その反射部の焦点位置に配置された変換素子１０２に入射する。
変換素子１０２の正電極１１３は対応するリードフレーム１３１，１３２の反射部に導電性接着剤により接続されている。リードフレーム１３２の延長部１３２ａの下面には、ＬＥＤチップ１０３の正電極１３３が導電性接着剤により接続され、ＬＥＤチップ１０３の負電極１３４は銅線１１８によりＬＥＤチップ１０３に近接した電極１３５へ接続されている。その電極１３５は銅線１１８により１つの変換素子１０２の負電極１１４に接続される。各リードフレーム１３１の端部付近の正電極１３６は隣接する変換素子１０２の負電極１１４に銅線１１８により電気的に接続され、６つ変換素子１０２は図示のように、リードフレーム１３１，１３２と５本の銅線１１８により直列接続されている。
この自発光装置１０１は、６つの変換素子１０２により赤外光を受光すると発電し、ＬＥＤチップ１０３に電力を供給して有色光を発光させる。従って、目に見えない赤外光を、目に見える可視光に変換する波長変換デバイスに相当するものである。
この自発光装置１０１はそれ自体単独でも使用可能であるが、図１１，１２に示すように、２枚の透明パネル１３７の間に複数の自発光装置１０１を配置して透明合成樹脂で埋設状に封止することより、パネル状自発光装置１３８に構成することもできる。図１１，図１２の自発光装置１３８の場合、自発光装置１０１が３行４列のマトリックス状に配列されている。
例えば、ＬＥＤチップ１０３が赤色光を発するものとすると、対向車のヘッドライトが照射された場合に、危険表示を示す赤色光を出力する表示装置として用いることができる。また、多数のＬＥＤチップ１０３を所定の図形や文字の形に配置することによりその図形や文字を表示させることができる。また、多数のＬＥＤチップ１０３をドット・マトリックス状に配置し、そのオン・オフを制御することにより種々の図形や文字を表示させることもできる。その他の構成、作用、効果については前記実施例と同様である。
実施例３  （図１３〜図１５参照）
次に実施例３に係る自発光装置について説明する。
この実施例は、発光色の異なる３つの発光ダイオードを設け、紫外線の強度に応じて選択された発光ダイオードを発光させる自発光装置である紫外線モニター装置に、本発明を適用した一例である。前記実施例１と異なる構成についてのみ説明する。
図１３，１４に示すように、紫外線モニター装置２０１は、２４個の球状光電変換素子２０２（変換素子）と、ＲＧＢの３色に発光する３つの発光ダイオード２０３と、紫外線センサ２２３と、封止材２０４と、プリント基板２０６と、発光制御回路２０５などを備えている。
図１５に示すように、３つの発光ダイオード２０３は、赤色（Ｒ）発光ダイオードＬＥＤ１  黄色（Ｙ）発光ダイオードＬＥＤ２、緑色（Ｇ）発光ダイオードＬＥＤ３である。この紫外線モニター装置２０１においては、紫外線センサ２２３により検知される紫外線強度をレベル１（弱）、レベル２（中位）、レベル３（強）の３段階に分け、レベル１，２，３に対応してＧ，Ｙ，Ｒの発光ダイオードが点灯する。２４個の変換素子２０２は、プリント基板２０６の表面に６行４列のマトリックス状に配置されている。変換素子２０２は、実施例１の球状光電変換素子２と同様のものであるが、正負の電極を結ぶ導電方向を列方向に揃えてプリント基板２０６の表面に配置され、例えばワイヤボンディングにより、各列の変換素子２０２が直列接続され、各行の変換素子２０２が並列接続されている。
つまり、２４個の変換素子２０２は直並列接続されて発電デバイス２２１を構成している。この発電デバイス２２１は快晴時には約３．６Ｖの光起電力を発生する。紫外線センサ２２３はフォトダイオードで構成され、受光した紫外光の紫外線強度に応じた電圧を発生する。例えば透明エポキシ樹脂からなる封止材２０４は、２４個の変換素子２０２と、３つの発光ダイオード２０３と、プリント基板２０６と、発光制御回路２０５と、紫外線センサ２２３などの全体を覆って一体化している。プリント基板２０６の表面には入射光を変換素子２０２の方へ反射させる反射膜が形成されている。尚、封止材２０４の表面部分に、変換素子２０２に対応するレンズ部を一体形成してもよい。プリント基板２０６の裏面側には発光制御回路２０５が組み込まれ、前記封止材２０４により覆われている。
図１５に示すように、発光制御回路２０５は、直流増幅回路２４１と、ダイオード駆動回路２４２とを備え、紫外線センサ２２３の出力に応じた何れかの発光ダイオード２０３を発光させるように発光ダイオード２０３を駆動する。
直流増幅回路２４１は紫外線センサ２２３に接続されており、直流増幅回路２４１は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２、抵抗Ｒ９〜Ｒ１５、コンデンサＣ５〜Ｃ７を備え、紫外線センサ２２３で検知された紫外線強度に応じて発生した電圧を増幅して出力する。
オペアンプＯＰ１，ＯＰ２は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１５による帰還がかけられた反転増幅器であり、太陽電池出力による単極性電源で動作可能なものである。オペアンプＯＰ１，ＯＰ２の＋入力端子には、発電デバイス２２１から、分圧抵抗Ｒ９，Ｒ１０；Ｒ１３，Ｒ１４により、基準電圧が印加されている。紫外線センサ２２３の出力端子はオペアンプＯＰ１の−入力端子に接続されている。
紫外線センサ２２３が太陽光を受光すると、太陽光の紫外線強度に応じた電圧を発生させる。オペアンプＯＰ１においては、抵抗Ｒ１１による帰還の作用により、−入力端子の電圧が＋入力端子の電圧と同電位となるように、入力電圧が反転増幅されるので、紫外線強度が増すほどオペアンプＯＰ１の出力端子の電位は低下する。同様に、オペアンプＯＰ２においても、入力電圧が反転増幅される。そのため、紫外線センサ２２３の出力は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２による２回の反転増幅の繰り返しにより非反転増幅が行なわれ、紫外線強度が強くなる程オペアンプＯＰ２の出力電圧は高くなる。
オペアンプＯＰ２の出力電圧は、ダイオード駆動回路２４２のコンパレータＣＰ１，ＣＰ２の−入力端子に印加される。３つの発光ダイオード２０３（ＬＥＤ１〜ＬＥＤ３）を駆動するためのダイオード駆動回路２４２は、発電デバイス２２１に接続されており、このダイオード駆動回路２４２は、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２と抵抗Ｒ１６〜Ｒ２１を有する。
コンパレータＣＰ１，ＣＰ２には、発電デバイス２２１から分圧抵抗Ｒ１６〜Ｒ１８を介して基準電圧Ｖ１，Ｖ２が印加されている。コンパレータＣＰ１，ＣＰ２は、＋入力端子の基準電圧Ｖ１，Ｖ２と−入力端子の電圧とを比較し、基準電圧Ｖ１，Ｖ２の方が高い場合には、「Ｈ」レベル信号を出力し、基準電圧Ｖ１，Ｖ２の方が低い場合には、「Ｌ」レベル信号を出力する。
紫外線の強度に応じて発光色の異なる発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３を駆動する動作について説明する。直流増幅回路２４１の出力電圧Ｖ０がコンパレータＣＰ２に印加される基準電圧Ｖ２よりも低い場合（紫外線の強度が弱；レベル１）は、コンパレータＣＰ２の出力が「Ｈ」レベルとなり、発光ダイオードＬＥＤ３は緑色に発光する。但し、コンパレータＣＰ１の出力端子からも「Ｈ」レベル信号が出力されるので、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ２においては、入力端子と出力端子が同電位となるためこれらは発光しない。
次に、直流増幅回路２４１の出力電圧Ｖ０が、コンパレータＣＰ１の基準電圧Ｖ１と、コンパレータＣＰ２の基準電圧Ｖ２との間の値である場合（紫外線の強度が中位；レベル２）は、コンパレータＣＰ２からは「Ｌ」レベル信号が出力され、コンパレータＣＰ１からは「Ｈ」レベル信号が出力される。そのため、発光ダイオードＬＥＤ２が黄色に発光する。但し、発光ダイオードＬＥＤ１，ＬＥＤ３においては、入力端子と出力端子が同電位となるためこれらは発光しない。
次に、直流増幅回路２４１の出力電圧Ｖ０が、コンパレータＣＰ１の基準電圧よりも高い場合（紫外線の強度が強；レベル３）は、コンパレータＣＰ１，ＣＰ２の出力は共に「Ｌ」レベルとなるので、発光ダイオードＬＥＤ１が赤色に発光する。但し、発光ダイオードＬＥＤ２，ＬＥＤ３においては、入力端子と出力端子が同電位となるためこれらは発光しない。
このように、この紫外線モニター装置２０１は、紫外線センサ２２３が受光する紫外線強度に応じて、紫外線が弱い場合は緑色の発光ダイオードを作動させ、紫外線が中位の場合は黄色の発光ダイオードを作動させ、紫外線が強い場合は赤色の発光ダイオードを作動させることにより３段階に分けて表示させることができる。
次に、回路に組み込む抵抗の抵抗値やコンデンサの容量の例は、次のとおりである。Ｒ９＝７５０ｋΩ、Ｒ１０＝２２０ｋΩ、Ｒ１１＝２２０ｋΩ、Ｒ１２＝１０ｋΩ、Ｒ１３＝７５０ｋΩ、Ｒ１４＝２２０ｋΩ、Ｒ１５＝８２ｋΩ、Ｒ１６＝１ＭΩ、Ｒ１７＝４７０ｋΩ、Ｒ１８＝１ＭΩ、Ｒ１９＝５６Ω、Ｒ２０＝２２Ω、Ｒ２１＝２２Ω、Ｃ５＝６８ｐＦ、Ｃ６＝６８ｐＦ、Ｃ７＝１０μＦ。
尚、紫外線の強度に応じた３段階表示に限らず、コンパレータを３系統以上に増やすことによって、４段階以上の表示も可能である。発光ダイオード２０３の数も各色１個ではなく各色複数個発光させることもできるし、発光ダイオードの発光色も、適用可能な種々の発光ダイオードの中から適宜選択するすることができる。この実施例では、発電デバイス２２１を電源として直接適用したが、図１５の発電デバイス２２１の代わりにコンデンサ又は２次電池を設け、図１３の発電デバイス２２１の発電電力を前記のコンデンサ又は２次電池に供給するように構成してもよい。
実施例４（図１６参照）
次に実施例４に係る自発光装置について説明する。
この実施例は、複数の球状光電変換素子３０２で発電し、透明な立方体の中心部の白色発光ダイオードを発光させる自発光立方体３０１に本発明を適応した場合の一例である。球状光電変換素子３０２（変換素子）とその直列接続回路は前記実施例１とほぼ同様であるので説明を省略し、異なる構成について説明する。図１６に示すように、自発光立方体３０１は、上面側の８個の変換素子３０２と、下面側の８個の変換素子３０２と、白色発光ダイオード３０３と、立方体状の封止材３０４とを備えている。
封止材３０４は、上下の変換素子３０２や白色発光ダイオード３０３を埋め混んだ状態にして、透明なエポキシ樹脂を立方体に形成したものである。封止材３０４の中心部には白色発光ダイオード３０３が配置され、その封止材３０４の全体が光を透過させる光透過部材として機能する。
上下の８個の球状光電変換素子３０２は、円形状の半透明ガラスエポキシ基板３０６の表面の外周内側に周方向に約４５°間隔で配設され、８つの変換素子３０２は銅線（図示略）により直列接続され、上側の基板３０６ではその上面に８つの変換素子３０２が配設され、下側の基板３０６ではその下面に８つの変換素子３０２が配設され、上側の変換素子直列接続体と下側の変換素子直列接続体は並列接続されている。
発光制御回路について説明を省略するが、変換素子３０２による発電電力で白色ダイオード３０３を直接発光させるようになっている。そのため、立方体形状の封止材３０４の上下何れかの８個の球状光電変換素子３０２に受光すると、その光起電力により白色ダイオード３０３を発光させるので、白熱灯下や屋外の曇天下でも発光が明瞭に視認できる。その他の構成、作用、効果については、前記実施例と同様である。
実施例５（図１７〜図１９参照）
次に、実施例５に係る自発光装置について説明する。
この実施例は、複数の球状光電変換素子で発生する光起電力によりネームプレートに設けた白色発光ダイオードを発光させる自発光ネームプレート（自発光装置に相当する）に、本発明を適応した一例である。
球状光電変換素子４０２は、実施例１の球状光電変換素子２と同様のものであるので、詳細な説明は省略し、異なる構成についてのみ説明する。
図１７，１８に示すように、自発光ネームプレート４０１は、２１個の球状光電変換素子４０２（変換素子）と、プリント基板４０６と、白色発光ダイオード４０３と、封止材４０４と、発光制御回路４０５とを備えている。
各変換素子４０２は正電極４１３と負電極４１４とを有する。２１個の変換素子４０２は、矩形状のプリント基板４０６の上面の外周部内側に沿うように等間隔に配設され、変換素子４０２は７個ずつの３群に分けられ、各群の変換素子４０２は銅線４１８により直列接続され、３つの直列接続体は銅線４１９により並列接続されている。
基板４０６の裏面側には発光制御回路４０５が設けられ、これらプリント基板４０６、２１個の変換素子４０２、発光ダイオード４０３、発光制御回路４０５は、封止材４０４に埋設状に覆われて一体的に固定され、この自発光ネームプレート４０１は全体として薄い厚さの矩形板状に構成されている。
図１９に示すように、２１個の変換素子４０２からなる発電デバイス４０２Ａから逆流防止ダイオードＤ３を介して給電される蓄電器としての電気二重層キャパシタ４２１（容量１Ｆ）が設けられている。発光制御回路４０５は、抵抗Ｒ２２、白色発光ダイオード４０３に接続されたシュミットトリガーインバーターＩＶ１と、これに並列接続された抵抗Ｒ２３、インバーターＩＶ１と抵抗Ｒ２３に接続されたコンデンサＣ８などを備えている。
インバーターＩＶ１は、「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに移行する場合の閾値を、「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに移行するときの閾値よりも大きくしたものであり、ノイズによる誤動作が少なく安定して動作する。
次に、発光制御回路４０５の動作について説明する。
初期状態においてはコンデンサＣ８には電荷が充電されていないので、インバーターＩＶ１の入力端子は「Ｌ」レベルであり、インバーターＩＶ１の出力端子からは「Ｈ」レベルが出力される。その結果、白色発光ダイオード４０３の入出力端子の電位が同電位となるので、白色発光ダイオード４０３は発光しない。インバーターＩＶ１の出力端子から出力された「Ｈ」レベルの電圧が抵抗Ｒ２３を経てコンデンサＣ８に充電される。その充電に伴い、インバーターＩＶ１の入力端子の電位が上昇し閾値に達すると、インバーターＩＶ１の出力端子には「Ｌ」レベル信号が出力され、ダイオード４０３に電流が流れ、白色発光ダイオード４０３は発光する。このとき、コンデンサＣ８から抵抗Ｒ２３を経てインバーターＩＶ１の出力端子へ電流が流れるので、インバーターＩＶ１の入力端子の電位は低下し、ダイオード４０３は消灯する。
以下同様にして、ダイオード４０３は点灯・消灯を繰り返し、点滅動作する。この繰り返しの周期は、抵抗Ｒ２３とコンデンサＣ８によって決まり、白色発光ダイオード４０３に流れる電流、発光強度は抵抗Ｒ２２によって決まる。
次にこの発光制御回路４０５に設けた抵抗の抵抗値やコンデンサの容量を次のように設定して実験した結果は次のとおりである。Ｒ２２＝２２Ω、Ｒ２３＝２２０ｋΩ、コンデンサＣ８＝１０μＦ。屋外の晴天下で発光が明瞭に視認でき、３時間後に暗所に移動した後も３時間点滅発光が継続した。
実施例６（図２０〜図２２参照）
次に実施例６に係る自発光装置について説明する。
この実施例は、１２個の球状光電変換素子５０２で発電した電気を２次電池に充電し、その電力により４色の発光ダイオードを点滅発光させる４色自発光装置に、本発明を適応した一例である。球状光電変換素子５０２（変換素子）は、実施例１のものと同様であり、発光制御回路５０５には、実施例５の発光制御回路４０５と同様のものが４組設けられる。
図２０，２１に示すように、４色自発光装置５０１は、１２個の変換素子５０２と、発光色の異なる４つの発光ダイオード５０３と、プリント基板５０６と、封止材５０４と、発光制御回路５０５と、スイッチ５４１などを備えている。
封止材５０４は例えば透明なエポキシ樹脂で構成され、１２個の変換素子５０２と、発光ダイオード５０３と、プリント基板５０６と、発光制御回路５０５と、スイッチ５４１などの全体を固着して一体化している。その封止材５０４の表面側は凸レンズ形状に形成されレンズ機能を奏する。
４個の発光ダイオード５０３は、赤色発光ダイオード（Ｒ）、青色発光ダイオード（Ｂ）、黄色発光ダイオード（Ｙ）、緑色発光ダイオード（Ｇ）である。これらは、発光制御回路５０５が実装された基板５０６の上面の中央部に２行２列のマトリックス状に配置されている。１２個の変換素子５０２は、円形な基板５０６上の外周近くに約３０°間隔で配設されて、これら変換素子５０２は銅線５１８により直列に接続され、発電デバイス５０２Ａを構成している。スイッチ５４１は発光制御回路５０５の下端部付近に設置されている。基板５０６の裏面側には、逆流防止用のダイオードＤ４と、蓄電器としての二酸化マンガン・リチウム二次電池５２１と、スイッチ５４１と、発光制御回路５０５とが実装されている。
図２２に示すように、発光制御回路５０５は、赤色発光ダイオードＬＥＤ４、青色発光ダイオードＬＥＤ５、黄色発光ダイオードＬＥＤ６、緑色発光ダイオードＬＥＤ７を発光させるための４系統の発光制御部が設けられている。
各発光制御部は、実施例５の発光制御回路４０５と同様のものであり、赤色発光ダイオードＬＥＤ４の為の発光制御部は、抵抗Ｒ２４と、シュミットトリガーインバーターＩＶ２と、このインバーターＩＶ２に並列接続された抵抗Ｒ２８と、これらインバーターＩＶ２と抵抗Ｒ２８に接続されたコンデンサーＣ９を有し、実施例５の発光制御回路４０５と同様に作動する。その他の３つの発光制御部も同様の構成であり、同様に作動する。
前記発電デバイス５０２Ａで発電した電力は二次電池５２１に充電され、スイッチ５４１をオンにすると、二次電池５２１からインバーターＩＶ２〜ＩＶ５の電源入力部と４組の発光制御部に供給電され、４色の発光ダイオードＬＥＤ４〜ＬＥＤ７が点滅発光する。
次に、抵抗の抵抗値とコンデンサーの容量を次のように設定して行った実験結果について説明する。Ｒ２４＝２７０Ω、Ｒ２５＝２２Ω、Ｒ２６＝１８０Ω、Ｒ２７＝５６Ω、Ｒ２８＝２２０ｋΩ、Ｒ２９＝５００ｋΩ、Ｒ３０＝７５０ｋΩ、Ｒ３１＝１ＭΩ、Ｃ９，Ｃ１０，Ｃ１１，Ｃ１２＝１０μＦ。日中屋外での６時間の充電と、夜間１時間点滅発光を繰り返し行ない、１ヶ月後も引き続き発光が継続された。
実施例７（図２３，図２４）
次に実施例７について説明する。
この実施例は、自発光ペンダントに本発明の自発光装置を適応した一例である。図２３，２４に示すように、自発光ペンダント６０１は、６個の球状光電変換素子６０２と、発光ダイオード６０３と、円形のプリント基板６０６と、封止材６０４と、発光制御回路６０５と、光検知センサ６２３と、１２個のビーズ６５１と、フック６５２とを備えている。
球状光電変換素子６０２（変換素子）は実施例１のものと同様であり、プリント基板６０６上に配置され、導線６０７により直列接続されている。発光ダイオード６０３と１２個のビーズ６５１もプリント基板６０６上に配置され、プリント基板６０６の裏面には発光制御回路６０５が実装されている。
封止材６０４は透明なエポキシ樹脂から構成され、６つの変換素子６０２と、発光ダイオード６０３と、１２個のビーズ６５１の下部と、発光制御回路６０５と、光検知センサ６２３が封止材６０４に埋設され、全体が封止材６０４により一体化されて固定されている。封止材６０４の表面は凸の部分球面状に形成されてレンズ部として機能する。１２個のビーズ６５１の下部以外の部分は、封止材６０４の表面外へ露出している。
ビーズ６５１は、淡く着色された透明合成樹脂から構成され、光を反射可能な反射部材として機能する。フック６５２は、封止材６０４と一体形成され、自発光ペンダント６０１の側部の下部に突設されている。
発光ダイオード６０３は、自発光ペンダント６０１の中心部に配置され、６個の変換素子６０２は、発光ダイオード６０３の周囲に円形状に配置されている。１２個のビーズ６５１は、自発光ペンダント６０１の表面側の全域に配置され、変換素子６０２と発光ダイオード６０３に近接させて配置されている。
発光制御回路６０５は、例えば実施例１の図５の回路と同じ回路であり、光検知センサ６２３は硫化カドミウム（ＣｄＳ）の素子を有するものである。光検知センサ６２３の検出信号から日中や夜間を判別し、日中６個の変換素子６０２の発電電力を充電して夜間のみ発光ダイオード６０３を点滅発光させるためである。受光時には、ビーズ６５１の表面で反射された光が変換素子６０２に達し発電に寄与する。発光ダイオード６０３の発光時には、発光ダイオード６０３から出た光がビーズ６５１で乱反射され美しく光る。
変換素子６０２は、大きさは小さいが、ビーズ６５１とよく似た形状を有するため、ビーズ６５１と共に装飾機能も発揮する。
プリント基板６０６の表面側の封止部材６０４中に微小なビーズを分散してもよく、その場合、それらビーズの表面で光を散乱させることにより多くの光が６個の変換素子６０２に達して、発電効率が高まる。発光ダイオード６０３の発光時には、そこから出た光がビーズの表面で散乱されて美しく光る。
フック６５２には、鎖や紐を取り付けペンダントとして利用できるし、フック６５２のかわりに裏面にブローチ用の台や安全ピンなどを取り付けて、ブローチとして用いることもできる。
次に、この自発光ペンダント６０１は、屋外晴天下において１時間で電気二重層キャパシタ（２Ｆ）を満充電し、夜間３時間点滅発光した。
以上説明したように、光検知センサ６２３を設けたため、夜になると自動的に発光を開始するが、光検知センサ６２３の代わりにスイッチを設けて、スイッチをオンにした時だけ発光させることができる。複数の発光色の異なる発光ダイオード６０３を設けて、スイッチをオンにした時だけ発光させることもできる。
また、複数の発光色の異なる発光ダイオード６０３を設けて、実施例６のような発光制御回路５０５により複数の発光ダイオードを点滅させることもできる。ブローチやペンダントに限らず、より小型にして、携帯電話用ストラップ、指輪又はボタン等に構成することもでき、発光するアクセサリーの分野で多様な用途が期待できる。
次に上述した実施例１〜７の形態を部分的に変更する例について説明する。
１）上述の実施の形態においては、発光ダイオードが点滅されるように構成したが、発光ダイオードが常時点灯するように構成してもよい。このように構成する場合には、発光制御回路に、電流制御用ＩＣ、オペアンプ等の集積回路やバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ、ダイオードをはじめとする種々の能動素子と、抵抗体、コンデンサ、コイル等の受動素子とを用いた各種の定電流回路や定電圧回路を適用することができる。これらの電子部品にはディップタイプのＩＣをはじめ通常の基板実装用の電子部品を用いることができるが、小型軽量化の点では、表面実装型ＩＣやチップ抵抗、チップコンデンサをはじめとする表面実装用の電子部品を用いることが望ましい。また、発光制御回路、充電制御回路、蓄電器を夫々別の基板に設けてもよい。例えば、発光制御回路と充電制御回路は一枚の基板上に設け、蓄電器のみ別に設け基板から銅線などで接続してもよい。特に、２次電池を蓄電器として適用する場合には、２次電池が劣化した場合に、その２次電池のみを交換すればよいので、自発光装置の寿命を簡単なメンテナンスにより延ばすことができる。
２）上述の実施の形態においては、ｐ型シリコン半導体を球状結晶１０に球状光電変換素子２を構成したが、図８に示すように、ｎ型シリコン半導体の球状結晶１０Ａにより球状光電変換素子２Ｂを構成してもよい。この球状光電変換素子２Ａは、ｐｎ接合１１Ａを形成するために球状結晶１０Ａの表面近傍に形成されたｐ型拡散層１２Ａと、球状結晶のｎ型シリコンに電気的に接続された負電極１３Ａと、負電極１３Ａとは球状結晶１０Ａの中心に対して対向する位置に形成された正電極１４Ａと、電極１３Ａ，１４Ａが形成されていない表面に形成された絶縁皮膜１５Ａとを備えている。更に、負電極１３Ａ，正電極１４Ａの表面には、金属のペースト膜１６Ａ，１７Ａが被膜されている。
３）上述の実施の形態においては、球状光電変換素子がシリコンにより構成したが、シリコンに限定されるものではなく、ゲルマニウムなどのＩＶ族半導体や、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体などにより球状光電変換素子を構成してもよい。
４）上述の実施の形態においては、発光ダイオードをＡｌＧａＡｓ系で構成したが、視認性などを考慮し、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＡｌＧａＩｎＮ系などで構成されている発光ダイオードを適用してもよく、また、樹脂モールドされた発光ダイオードや表面実装型の発光ダイオードを適用してもよい。特に、樹脂モールドされた発光ダイオードを適用する場合には、投光レンズを形成せずに、発光ダイオードを露出させた状態で設けてもよい。更に、このように構成する場合には発光ダイオードを取り外し可能に構成することで、所望の色の発光ダイオードをユーザーが装着することができ、装飾性を向上させることができる。更に、発光ダイオード以外の光源を適用してもよい。但し、少ない電流で高輝度の発光を得られる発光体を適用することが望ましい。
５）発光ダイオードの周りに反射膜などを形成してもよい。このように構成することで、発光ダイオードの光を外部に反射させて出射させることができるので、夜間など外部からの視認性を向上させることができる。
６）上述の実施の形態においては、レンズ部材を含む封止材をエポキシ樹脂で構成したが、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルブチル樹脂、エチレンビニルアセテート樹脂、ナフトラン樹脂、酢酸セルロースをはじめ、球状光電変換素子が発電可能な所定波長の光を透過させることができる材質により構成すればよい。例えば、可撓性を有する合成樹脂などで構成することで、自発光装置を変形させることができ、外部からの衝撃に対して非常に強い構成とすることができる。また、合成樹脂に拡散剤を混合することで発光の均一性を向上させることもできる。
７）上述の実施の形態においては、レンズ部材と封止材とを同じエポキシ樹脂で一体的に構成したが、レンズ部材と封止材とを別々に製造し、夫々を接着材で接着してもよい。このように構成する場合には、レンズ部材と封止材とを同じ材質で構成することで接着材による接着の強度を高めることができる。
一方、レンズ部材と封止材とを別々の材質で構成してもよい。このように構成する場合には、集光レンズ部材には、球状光電変換素子により発電可能な特定波長の光を透過させることができればよく、投光レンズ部材と封止材を構成する材質は特に限定されるものではない。例えば、投光レンズ部材の材質を着色してもよく、蛍光体や燐光体などを含有させることで装飾性に優れた自発光装置を提供することができる。また、封止材は、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニール樹脂、ウレタン樹脂などの可塑性の樹脂で構成してもよい。
８）集光レンズ部材の形状は、半球面状や平面状など適宜変更可能である。集光レンズを変形する場合には、球状光電変換素子の一部が集光レンズよりも下に位置することが望ましい。このように構成することで、真上からの入射光に対して発電効率を向上させると共に、斜め方向からの入射光に対しても一定の発光効率を維持することができる。また、集光レンズ部材の反射膜を設け球状光電変換素子に光が導光されるように構成してもよい。
９）蓄電器としては、マンガン・リチウム二次電池、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池、ニッカド電池をはじめとする種々の二次電池や、電気二重層キャパシタをはじめとする比較的容量の大きなキャパシタを適用することができる。装置全体の小型軽量化を考える場合、蓄電器にはコイン型のマンガン・リチウム二次電池や電気二重層キャパシタを用いることが望ましい。但し、繰り返し蓄電及び放電することによる劣化を考えると二次電池よりも電気二重層キャパシタのようなキャパシタを適用することがより望ましい。
１０）光検知センサとして、光の受光量により出力電圧あるいは電流が変化するフォトダイオードのような光電変換素子をはじめとする種々のセンサを用いることができる。更に、球状光電変換素子を光検知センサとして設けることできる。このように構成すると、小型化及び軽量化の面で更に向上させることができ、また、製造コストを削減することができる。
１１）自発光装置が備える球状光電変換素子と発光ダイオードの個数は、適宜変更可能である。球状光電変換素子の個数は、所望の発電量及び集光レンズ部材の集光率などを考慮して決定することが望ましい。また、球状光電変換素子及び発光ダイオードの配置も特に上記実施の形態に限定されるものでなく、球状光電変換素子を直線状に配列することや、多数行多数列に配設してもよい。
１２）球状光電変換素子の下方に反射膜を設けてもよい。このように構成することで、球状光電変換素子に受光されない光を、球状光電変換素子へと反射させることができ、発光効率を上げることができる。
１３）自発光装置の形状は、平面視にて円形や矩形や星形など種々の形状に構成してもよい。
本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施の形態に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更形態をも包含するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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