(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ形又はｎ形半導体の球状結晶と、この球状結晶の表面近傍に形成され球状結晶とは異なる導電形の拡散層と、この拡散層と球状結晶とで形成されたほぼ球面状のｐｎ接合と、球状結晶と拡散層に電気的に接続され且つ球状結晶の中心を挟んで対称に位置する１対の正負の電極と、ほぼ球面状の受光面を有し且つ１対の電極を結ぶ導電方向を鉛直方向に向けた複数の球状光電変換素子と、
複数の球状光電変換素子の各々に導光又は集光するほぼ半球状のレンズ部材と、
前記複数の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、
複数の球状光電変換素子の下側に夫々配設されて球状光電変換素子の下面側に入射光を反射可能な部分球面状の反射部を有し且つ球状光電変換素子の正負の電極の一方の電極が電気的に接続されてリードフレームとして機能する薄金属板製の複数の反射部材と、
前記レンズ部材と一体形成され且つ複数の球状光電変換素子と発光体と複数の反射部材とを埋め込んだ状態にして一体化する透明な合成樹脂製の封止材とを備え、
前記各球状光電変換素子の正負の電極の他方の電極が隣接する球状光電変換素子の下側の反射部材に導電性線材を介して接続されて、前記複数の反射部材と複数の導電性線材を介して複数の球状光電変換素子が電気的に直列接続された、
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項１に記載の自発光装置。
【請求項３】
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項２に記載の自発光装置。
【請求項４】
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項３に記載の自発光装置。
【請求項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、
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項４に記載の自発光装置。
【請求項６】
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項２〜５の何れかに記載の自発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１９９５１３号公報
【特許文献２】
特開平９−０４９２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の装置では、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の自発光装置は、ｐ形又はｎ形半導体の球状結晶と、この球状結晶の表面近傍に形成され球状結晶とは異なる導電形の拡散層と、この拡散層と球状結晶とで形成されたほぼ球面状のｐｎ接合と、球状結晶と拡散層に電気的に接続され且つ球状結晶の中心を挟んで対称に位置する１対の正負の電極と、ほぼ球面状の受光面を有し且つ１対の電極を結ぶ導電方向を鉛直方向に向けた複数の球状光電変換素子と、複数の球状光電変換素子の各々に導光又は集光するほぼ半球状のレンズ部材と、前記複数の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、複数の球状光電変換素子の下側に夫々配設されて球状光電変換素子の下面側に入射光を反射可能な部分球面状の反射部を有し且つ球状光電変換素子の正負の電極の一方の電極が電気的に接続されてリードフレームとして機能する薄金属板製の複数の反射部材と、前記レンズ部材と一体形成され且つ複数の球状光電変換素子と発光体と複数の反射部材とを埋め込んだ状態にして一体化する透明な合成樹脂製の封止材とを備え、前記各球状光電変換素子の正負の電極の他方の電極が隣接する球状光電変換素子の下側の反射部材に導電性線材を介して接続されて、前記複数の反射部材と複数の導電性線材を介して複数の球状光電変換素子が電気的に直列接続されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
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す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。
【００１１】
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。各球状光電変換素子の下面側に部分球面状の反射部を有する反射部材を設けたので、光電変換素子の受光量を増すことができる。従って、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。
【００１２】
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で発電された電力を蓄電する為の蓄電器を備えている。
２）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。
３）前記発光制御回路に、光検知センサを組み込んでいる。
４）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。
５）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。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明する。
この実施例は、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場合の一例である。図１，図２に示すように、自発光装置１０１は、６つの球状の光電変換素子１０２と、発光ダイオード３と、封止材１０４と、リードフレーム３１，３２と、制御回路５とを備えている。
【００１４】
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、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。
【００１５】
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。
【００１６】
図１，図２に示すように、６個の光電変換素子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。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。
【００１７】
封止材４は、適当な透明合成樹脂、例えば、エポキシ樹脂で構成され、６つの球状光電変換素子２、発光ダイオード３、リードフレーム３１，３２、制御回路５などを埋め込んだ状態に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。
【００１８】
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。
【００１９】
５つのリードフレーム３１と１つのリードフレーム３２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３２は中心側へ延びた延長部３２ａを有する。合計６つのリードフレーム３１，３２の反射部の焦点の位置に、夫々光電変換素子２が位置している。そのため、光電変換素子２に入射されずに透過した光は、リードフレーム３１，３２の反射部で反射し、その反射部の焦点位置に配置された光電変換素子２に入射する。
【００２０】
光電変換素子２の正電極１３は対応するリードフレーム３１，３２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３２の延長部３２ａの下面には、発光ダイオード３の正電極３３が導電性接着剤により接続され、発光ダイオード３の負電極３４は銅線１８（導電性線材に相当する）により発光ダイオード３に近接した電極３５へ接続されている。その電極３５は銅線１８により１つの光電変換素子２の負電極１４に接続されている。各リードフレーム３１の端部付近の正電極３６は隣接する光電変換素子２の負電極１４に銅線１８により電気的に接続され、６つ光電変換素子２は図示のように、リードフレーム３１，３２と５本の銅線１８により直列接続されている。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、太陽光等の光の導入効率を向上させることができる。前記のように例えば、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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９，１０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９，図１０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。
【００４７】
例えば、発光ダイオード３が下面側（背面側）に投光するように配置され、発光ダイオード３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。
【００４８】
次に上述した実施例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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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）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。
【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】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】図１におけるII−II線断面図である。
【図３】球状光電変換素子の断面図である。
【図４】自発光装置の制御系を説明するブロック図である。
【図５】発光制御回路を説明する回路図である。
【図６】充電制御回路を説明する回路図である。
【図７】変更形態に係る発光制御回路の回路図である。
【図８】変更形態に係る球状光電変換素子の断面図である。
【図９】パネル状自発光装置の平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１      自発光装置
２      球状光電変換素子
３      発光ダイオード
４      封止材
５      制御回路
６      集光レンズ部
１０    球状結晶
１１    ｐｎ接合
１２    ｎ型拡散層
１３，１４Ａ    正電極
１４，１３Ａ    負電極
１８    銅線
３１，３２    リードフレーム
【図１】
0004046241.tif 000002
【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】
0004046241.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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