專利名稱：發(fā)光裝置、面光源裝置、顯示裝置以及光束控制部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置以及使用了該發(fā)光裝置的面光源裝置、顯示裝置、以及在這些裝置中所使用的光控制部件。本發(fā)明可應(yīng)用于例如液晶面板的背光照明和在室內(nèi)等一般照明等的各種照明裝置、顯示面板等組合了被照明部件和照明裝置的顯示裝置。
背景技術(shù)：
迄今為止，作為個(gè)人電腦或電視機(jī)等所使用的液晶顯示器的照明機(jī)構(gòu)，所知的有使用多個(gè)發(fā)光二極管(LED)作為點(diǎn)光源的面光源裝置。該面光源裝置具有與液晶顯示面板幾乎相同形狀的板狀的光束控制部件，在其背面?zhèn)染仃嚑畹嘏渲枚鄠€(gè)LED。來自這些LED的光從光束控制部件的背面?zhèn)热肷涞焦馐刂撇考膬?nèi)部，從面對該背面的出射面出射。并且，利用該出射光使液晶顯示面板被背光照明。
展示這種技術(shù)的幾篇文獻(xiàn)如下。
(第一原有例)這是特開2002-49326號公報(bào)公布的原有例。根據(jù)該原有例，如圖12所示，在面光源100配置與多個(gè)LED101分別一一對應(yīng)的微透鏡陣列102，來自LED101的光通過微透鏡陣列102向垂直于平面的方向(上方)出射。
(第二原有例)這是特開昭59-226381號公報(bào)公布的原有例。根據(jù)該原有例，如圖13所示，發(fā)光顯示裝置103具備LED104、凹透鏡105、凸透鏡106。來自LED104的光被凹透鏡105發(fā)散后，被凸透鏡106會(huì)聚，向幾乎平行于LED104的“光軸”的方向出射。在此，所謂“光軸”是指光在來自點(diǎn)光源的立體的出射光束的中心前進(jìn)的方向。
(第三原有例)這是特開昭63-6702號公報(bào)公布的原有例。根據(jù)該原有例，如圖14所示，提供以LED108為光源的顯示裝置107。來自LED108的光被會(huì)聚透鏡110會(huì)聚而被導(dǎo)向前方，接下來被發(fā)散透鏡111發(fā)散。
(第四原有例)該原有例提供如圖15所示的顯示裝置121。顯示裝置121由多個(gè)LED芯片125、光發(fā)散部件126、被透過了光發(fā)散部件126的光照明的被照明部件(例如，液晶顯示面板)127構(gòu)成。各LED芯片125把具有半球狀出射面122的光束控制部件123固定在LED124的出射面?zhèn)?，以例如等間距配置。從各LED芯片125出射的光在透過光發(fā)散部件126后被供給被照明部件127。
然而，這些原有例具有以下問題。
(1)第1原有例對于面光源裝置100來說，在相鄰的LED101的中間部分，存在微透鏡陣列102的形狀不連續(xù)的部分。由于在該部分，光的出射量急劇變化，從而在各微透鏡陣列102的邊界部分出射光的明暗起伏增變大，并且變得很明顯。
(2)第2原有例發(fā)光顯示裝置103中的多個(gè)凹透鏡105難以連續(xù)連接形成平面。此外，多個(gè)凸透鏡106也難以連續(xù)連接形成平面。因此，難以對例如像大型液晶顯示面板那樣面積大的被照明部件供給均勻的面狀照明。
(3)第3原有例對顯示裝置107來說，在來自LED108的光被會(huì)聚透鏡110會(huì)聚后，被發(fā)散透鏡111發(fā)散。因此，與原有例1相比的話，光的明暗的差別不明顯。但是，來自相鄰的多個(gè)LED108的光之間混合不好，易于產(chǎn)生各LED108之間的發(fā)光顏色的起伏明顯的問題。
(4)第4原有例第4原有例的顯示裝置121是如圖10所示那樣，與各LED124對應(yīng)而出現(xiàn)的照明光的亮度的起伏以波形形狀變大。因此，在各LED124間的照明光之間產(chǎn)生暗部，難以進(jìn)行均勻的面狀照明。此外，在第四原有例中，如圖10的曲線B所示那樣，從各LED芯片125出射的光的光量(光強(qiáng)度)有在LED124的光軸L附近局部地方變大的傾向。因此，來自相鄰的多個(gè)LED124的光之間混合不好，易于產(chǎn)生各LED124之間的發(fā)光顏色的起伏明顯的問題。
發(fā)明內(nèi)容
對此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，對發(fā)光裝置、使用了該發(fā)光裝置的面光源裝置、以及使用該面光源裝置的顯示裝置，使得沒有亮度起伏的均勻的面狀照明成為可能。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是，對上述各裝置，即使在使用一個(gè)發(fā)光元件作為光源的場合也能夠使來自發(fā)光元件的光效率高，能夠順暢地?cái)U(kuò)大到所希望的范圍。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的是，對使用配置了多個(gè)發(fā)光元件的發(fā)光裝置的面光源裝置和使用該面光源裝置的顯示裝置，各發(fā)光元件的發(fā)光顏色的起伏不易明顯。
并且，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供在上述各裝置可以使用的光控制部件。
本發(fā)明首先應(yīng)用于具備具有凹部和光控制出射面的光控制部件、和收放在上述凹部的發(fā)光元件，使上述發(fā)光元件的光在上述光控制部件內(nèi)部傳播后從上述光控制出射面出射的發(fā)光裝置。
根據(jù)本發(fā)明的1個(gè)特征，上述光控制出射面的表面形狀，對從上述發(fā)光元件出射的光之中，至少在從其最大強(qiáng)度的光出射的方向到出射光的強(qiáng)度成為最大強(qiáng)度的一半的值的光出射的方向的角度范圍內(nèi)出射的光滿足下述條件1以及條件2。
●條件1從上述發(fā)光元件出射的光之中除上述發(fā)光裝置的基準(zhǔn)光軸附近的光以外，滿足(θ5/θ1)＞1。
●條件2(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加逐漸減小。
(這里，θ1是從上述發(fā)光元件出射的任意光的出射角；θ5是具有出射角θ1的光之后從上述光控制出射面出射時(shí)的出射角)。
還有，上述基準(zhǔn)光軸附近(在圖3中的光軸L附近)較好是例如使θ1在±5°以內(nèi)。
在此，上述凹部提供的凹面可以與上述發(fā)光元件的發(fā)光面緊密接觸，也可以在上述凹面和上述發(fā)光面之間設(shè)置間隙。
此外，上述光控制出射面具有與上述基準(zhǔn)光軸相交的第1出射面區(qū)域和位于該第1出射面區(qū)域周圍的第2出射面區(qū)域，在上述第1出射面區(qū)域和上述第2出射面區(qū)域的連接部分存在變曲點(diǎn)。
并且，根據(jù)本發(fā)明，上述發(fā)光裝置能夠與使來自該發(fā)光裝置的光發(fā)散、透過的光發(fā)散部件組合來提供面光源裝置。此外，使該面光源裝置與被來自該面光源裝置的光照射的被照明部件組合能夠提供顯示裝置。
以上，在任一個(gè)情況下，上述發(fā)光元件被密封部件密封都可以。該場合，從上述發(fā)光元件出射的光在透過上述密封部件后入射到上述光控制部件。此外，上述凹部提供的凹面可以與上述密封部件的外側(cè)面緊密接觸，也可以在上述凹面和上述外側(cè)面之間設(shè)置間隙。
本發(fā)明還可應(yīng)用于具有用于收放發(fā)光元件的凹部的光控制部件。根據(jù)本發(fā)明的光控制部件具備用于使上述發(fā)光元件的光在上述光控制部件內(nèi)部傳播后出射的光控制出射面，上述光控制出射面的表面形狀對在從上述發(fā)光元件出射的光之中至少從其最大強(qiáng)度的光出射的方向到出射光的強(qiáng)度成為最大強(qiáng)度的一半的值的光出射的方向的角度范圍內(nèi)出射的光滿足下述條件1以及條件2。
●條件1從上述發(fā)光元件出射的光之中除上述光控制部件的基準(zhǔn)光軸附近的光以外，滿足(θ5/θ1)＞1。
●條件2(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加逐漸減小。
(這里，θ1是從上述發(fā)光元件出射的任意光的出射角；θ5是具有出射角θ1的光之后從上述光控制出射面出射時(shí)的出射角)。
在此，上述凹部可以同時(shí)收放被密封部件密封的發(fā)光元件和上述密封部件。
采用本發(fā)明的話，從發(fā)光元件發(fā)出的光的光束利用滿足上述條件1、2的光束控制部件的光控制出射面有效且大范圍地光滑地?cái)U(kuò)大。結(jié)果，能夠通過光束控制部件使照明光在大范圍出射。
此外，即使在使用多個(gè)發(fā)光元件作為光源的場合，來自個(gè)發(fā)光元件的光也易于混合。因此，即使各發(fā)光元件的發(fā)光顏色不同，也可以通過光束控制部件使出射的各發(fā)光元件的發(fā)光顏色變化不明顯，同時(shí)使得出射光亮度均勻高品質(zhì)的照明成為可能。
圖1是表示可應(yīng)用本發(fā)明的面光源裝置以及具備該裝置的俯視圖，省略了被照明部件以及光發(fā)散部件的標(biāo)示。
圖2是沿圖1中的線X1-X1的剖面圖。
圖3是放大圖2的一部分來展示的圖，對于圖1所示的顯示裝置表示在沿LED的光軸的平面的局部剖面。
圖4是展示光束控制部件的第1方式的詳細(xì)圖，(a)為平面圖；(b)為沿(a)中的線X2-X2的剖面圖；(c)為分解光束控制部件和LED來表示的圖。
圖5是說明從LED的出射角(LED出射面一般為發(fā)光元件出射角)θ1和從光束控制部件的出射角(控制部件出射角)θ5的關(guān)系的圖。
圖6是說明LED出射角θ1和透鏡面傾斜角θ3的關(guān)系的圖。
圖7是本發(fā)明的第2方式的光束控制部件的詳細(xì)圖，(a)為平面圖；(b)為沿(a)中的線X3-X3的剖面圖；(c)為分解光束控制部件和LED來表示的圖。
圖8是以與圖2同樣的標(biāo)示方式展示采用了本發(fā)明的第3方式的光束控制部件的顯示裝置的剖面的剖面圖。
圖9是光發(fā)散部件的各例(a)～(f)和放大顯示裝置的局部剖面(g)來展示的圖，(a)為表示光發(fā)散部件的第1例的側(cè)視圖；(b)為表示光發(fā)散部件的第2例的側(cè)視圖；(c)為表示光發(fā)散部件的第3例的側(cè)視圖；(d)為表示光發(fā)散部件的第4例的側(cè)視圖；(e)為表示光發(fā)散部件的第5例的側(cè)視圖；(f)為表示光發(fā)散部件的第6例的側(cè)視圖；(g)為顯示裝置的局部放大剖面圖。
圖10是對于根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置，把照射到被照明部件的光的強(qiáng)度分布與第4原有例(比較例)中的強(qiáng)度分布同時(shí)表示的圖。
圖11是展示可應(yīng)用本發(fā)明的彩色發(fā)光用面光源裝置以及具備該裝置的顯示裝置的圖，(a)是去除被照明部件繪制的俯視圖；(b)是沿(a)中的線X4-X4的剖面圖。
圖12是示意第1原有例的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是示意第2原有例的結(jié)構(gòu)圖。
圖14是示意第3原有例的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是示意第4原有例的顯示裝置的剖面圖。
圖中1-顯示裝置；2-面光源裝置；3-被照明部件(液晶顯示面板)；4-發(fā)光元件；5-光束控制部件；6-光控制出射面；6a-第1出射面區(qū)域；6b-第2出射面區(qū)域；7-光發(fā)散部件；8、17-光出射面；9-密封部件；10、18、23-凹部；19-LED；20-光入射面(凹面)；29-發(fā)光裝置；L-光軸(基準(zhǔn)光軸)；Po-變曲點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1～圖3表示在本實(shí)施方式的顯示裝置1以及該顯示裝置中采用的面光源裝置2。還有，圖1是俯視圖，是取下被照明部件(例如，液晶顯示面板)3等來繪制的，是面光源裝置的俯視圖。圖2是表示顯示裝置1的大概的剖面圖，表示沿圖1中的X1-X1的剖面。圖3是顯示裝置1沿發(fā)光元件4的基準(zhǔn)光軸L的局部剖面圖，為了說明光束控制部件5的光控制出射面6的表面形狀而把圖2的局部放大來描述。
在此，所謂基準(zhǔn)光軸是指在來自發(fā)光裝置的立體的出射光束中心的光的前進(jìn)方向。還有，在本說明書中，該稱呼也適合轉(zhuǎn)用于光束控制部件。即，把在來自光控制部件的立體的出射光束中心的光的前進(jìn)方向稱為“光束控制部件的基準(zhǔn)光軸”。
在本實(shí)施方式中，作為典型例，對發(fā)光元件4的光軸(在來自發(fā)光元件4的立體的出射光束中心的光的前進(jìn)方向)與基準(zhǔn)光軸一致的情況進(jìn)行說明。因此，在以下的說明中，把基準(zhǔn)光軸L換成光軸L來說明。
參照圖1～圖3，顯示裝置1具備平面形狀大致為矩形的光發(fā)散部件7、作為點(diǎn)狀光源的發(fā)光元件4、被照明部件(顯示面板)3。
發(fā)光元件4以幾乎相等的間隔(間距P)配置有多個(gè)。發(fā)光元件4如在這里所示，可以被密封部件9密封，以例如發(fā)光元件4和密封部件9構(gòu)成LED19。
這些點(diǎn)狀光源(發(fā)光元件4、或者LED19)、光束控制部件5以及光發(fā)散部件7構(gòu)成面光源裝置2。此外，點(diǎn)狀光源(發(fā)光元件4，或者LED19)和光束控制部件5構(gòu)成發(fā)光裝置2。
(第1方式)光束控制部件5例如以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、EP(環(huán)氧樹脂)等透明樹脂材料或透明的玻璃構(gòu)成，做成圖1至圖3所示的形狀。平面形狀大致是圓形。此外，光束控制部件5如圖4(b)所示那樣，在背面?zhèn)?圖4(b)中為下面?zhèn)?形成有與發(fā)光元件4的光出射面8緊密接觸的凹部10。凹部10如圖4(b)、(c)所示那樣，位于光束控制部件5的背面?zhèn)鹊闹行模纬膳c發(fā)光元件4的半球狀光出射面8緊密接觸的半球狀。
光束控制部件5背面?zhèn)鹊钠矫娌?1粘接在發(fā)光元件4的安裝基板12上而固定，同時(shí)，凹部10粘接在發(fā)光元件4的光出射面8上而固定。
此外，光束控制部件5在其外表面?zhèn)刃纬捎泄饪刂瞥錾涿?。光控制出射面6由第1出射面區(qū)域6a、與第1出射面區(qū)域6a的周圍連續(xù)而形成的第2出射面區(qū)域6b組成。光軸L與第1出射面區(qū)域6a相交，第1出射面區(qū)域6a在以該交點(diǎn)為中心的所定范圍延伸。
第1出射面區(qū)域6a如圖4(b)所示那樣，是向下凸的光滑的曲面形狀，為切掉球的一部分那種凹形。此外，第2出射面區(qū)域6b如圖4(b)所示那樣，與第1出射面區(qū)域6a連續(xù)而形成，具有向上凸的光滑的曲面形狀。第2出射面區(qū)域6b能夠形成包圍第1出射面區(qū)域6a的空心圓板形狀。
第1、第2出射面區(qū)域6a、6b光滑地連接，在這些連接部分(邊界部分)存在變曲點(diǎn)Po。此外，在第2出射面區(qū)域6b的外周側(cè)，如圖4(b)所示，形成有連接第2出射面區(qū)域6b和背面的平面部11的第3出射面區(qū)域6c。
還有，對圖4(b)的截面形狀，所示的是由幾乎直線狀的傾斜面組成的第3出射面區(qū)域6c，但它僅是例示。即，只要不妨礙從光束控制部件5的擴(kuò)大范圍且均勻的出射，也可以是曲線形狀。
在此，使從光軸L到出射面區(qū)域6b和6c的連接點(diǎn)Pa的角度為δ1，從光軸L到變曲點(diǎn)Po的角度為δ2。
基于圖3來說明光控制出射面6的詳細(xì)。在圖3中，把與發(fā)光元件4的光軸L正交的水平面稱為基準(zhǔn)面C。此外，使從發(fā)光元件4出射并在光束控制部件5內(nèi)傳播的光H從光控制出射面6出射的位置為Px。位置Px在圖3中也是光控制出射面6和光H的交點(diǎn)。并且，使通過位置Px而與基準(zhǔn)面C平行的直線為A。
此外，在圖3中，使在位置Px相對于光控制出射面6的輪廓線的切線B和線A所成的角度為θ3。并且，使在光束控制部件5內(nèi)部傳播的光H從光控制出射面6出射的出射角為θ5。出射角θ5以從光控制出射面6出射的光H與光軸L所成的角定義。
在此，定義“半值強(qiáng)度角度范圍”。從發(fā)光元件4出射的光一般在沿光軸L的方向出射最大強(qiáng)度的光。該方向也是沿基準(zhǔn)面C的法線方向的方向。發(fā)光元件4的出射光強(qiáng)度從該最大強(qiáng)度的方向隨著角度朝外而降低。
對此，把該出射光強(qiáng)度直到成為最大強(qiáng)度的一半的值的角度范圍稱為“半值強(qiáng)度角度范圍”。
圖3所示的光控制出射面6的表面形狀(輪廓形狀)在從發(fā)光元件4出射的光之中，至少在包括半值強(qiáng)度角度范圍的“所定范圍”內(nèi)，滿足下述條件1、2而形成。還有，上述“所定范圍”在圖5中以θ1＜δ1的角度范圍來例示。
●條件1從上述發(fā)光元件出射的光之中除上述光控制部件的基準(zhǔn)光軸附近的光以外，滿足(θ5/θ1)＞1。
●條件2(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加而逐漸減小。
(但是，θ1是從發(fā)光元件5出射的任意光的出射角；θ5是具有出射角θ1的光之后從光控制出射面6出射時(shí)的出射角)。
還有，上述基準(zhǔn)光軸附近(圖3中的光軸L附近)較好是取為θ1在±5°以內(nèi)。
在圖5中，虛線15表示(θ5/θ1)＝1的關(guān)系。在此，使光束控制部件5的發(fā)散程度的系數(shù)為α的話，在θ1＜δ1的范圍內(nèi)，θ5能夠以下述數(shù)式1表示，θ3能夠以下述數(shù)式2表示。
(數(shù)式1)θ5=[1+(δ1-θ1)×αδ1]×θ1]]>(其中，θ1＜δ1)。
(數(shù)式2)
θ3=tan-1[(sinθ5-n·sinθ1)(cosθ5-n·cosθ1)]]]>(其中，n是光束控制部件的折射率)。
這樣來求得的θ3如圖6中的曲線16所示那樣，從光軸L附近直到θ1＝δ2，θ3隨著θ1的增加而逐漸減小。此外，在θ1＞δ2的范圍，θ3隨著θ1的增加而逐漸增加。并且，θ1等于δ1的話，θ3＝θ1。
其次，基于圖2以及圖3來說明光束控制部件5的光控制出射面6的作用。如這些圖所示，來自發(fā)光元件4的光H在光束控制部件5內(nèi)部傳播后，從光控制出射面6依照斯涅耳法則入射到外部(空氣中)。此時(shí)，從本發(fā)明的光束控制部件5出射的光束與從圖15所示的原有的半球狀光束控制部件123出射的光束相比，朝向照射范圍內(nèi)均勻地且光滑地?cái)U(kuò)大而出射。并且，避免了在發(fā)光元件4的正上方局部地出射的現(xiàn)象。
(第1方式的例子)其次，參照圖1至圖4對使用了本發(fā)明的第1方式的光束控制部件5的發(fā)光裝置29的例子進(jìn)行說明。這些圖中所示的光束控制部件5的光控制出射面6的第1出射面區(qū)域6a以及第2出射面區(qū)域6b的形狀等是根據(jù)各因素來設(shè)計(jì)的。在上述各因素中包括例如以下因素。
(a)發(fā)光元件4的發(fā)光特性(特別是在半值強(qiáng)度角度范圍代表光束的發(fā)散角度)(b)光束控制部5在光軸L方向的厚度d(特別是從發(fā)光元件4的發(fā)光部4a到光控制出射面6在光軸方向的距離d1)(c)各發(fā)光元件4的排列間距P(d)光束控制部件5的外徑尺寸Do(e)從光控制出射面6到光發(fā)散部件7在光軸方向的距離L1(f)光束控制部件5的折射率n(g)光束控制部件5的入射面凹部形狀(凹部10提供的凹面的形狀)(h)從發(fā)光元件4出射的光入射到光束控制部件5之間所通過的介質(zhì)(空氣或密封部件)的折射率根據(jù)一個(gè)例子的話，光束控制部件5由凹部形狀為半球狀、折射率n＝1.49的透明樹脂材料形成，設(shè)定L1＝13.89mm、p＝24.25mm、d＝3.31mm、d1＝2.11mm、Do＝7.85mm。此外，光束控制部件5和發(fā)光元件4之間以與光束控制部件5折射率相同的材質(zhì)構(gòu)成。
該光束控制部件5以如下方式形成在第1出射面區(qū)域6a和第2出射面區(qū)域6b的連接部分的θ1為θ1＝δ2＝16°，此外，在第2出射面區(qū)域6b和第3出射面區(qū)域6c的連接部分的θ1為θ1＝δ1＝85°。第3出射面區(qū)域6c能夠看作第2出射面區(qū)域6b的外周端的切線環(huán)繞光軸L周圍旋轉(zhuǎn)360°形成。
在此，在圖4(b)中，θ1≤δ2的范圍是第1出射面區(qū)域6a的范圍，δ2≤θ1≤δ1的范圍是第2出射面區(qū)域6b的范圍。此外，δ1≤θ1的范圍是第3出射面區(qū)域6c的范圍。
還有，在本方式中，對密封部件9和光束控制部件5的材料使用實(shí)際上折射率相同的材料的話，從發(fā)光元件4出射的光H無折射地到達(dá)光控制出射面6。例如，以相同的透明樹脂或透明玻璃形成密封部件9和光束控制部件5即可。
但是，本發(fā)明并不限定于該方式，密封部件9和光束控制部件5的各材料也可以是折射率不相同。還有，在密封部件9不存在的場合、空氣層介于發(fā)光元件4和光束控制部件5之間。
(第2方式)圖7所示的是使用了本發(fā)明的光束控制部件5的發(fā)光裝置29的第2方式。該第2方式的光束控制部件5除了與發(fā)光元件4的配合結(jié)構(gòu)以外，與第1實(shí)施方式的光束控制部件5相同。
即，該光束控制部件5是如圖7所示那樣，用于LED19的截面具有矩形的光出射面17的場合。與矩形的光出射面17緊密結(jié)合的矩形凹部18形成于背面?zhèn)鹊闹醒氩?。光束控制部?，其背面?zhèn)鹊钠矫娌?1粘接在發(fā)光元件4的安裝基板12上而固定，同時(shí)，凹部18粘接在發(fā)光元件4的光出射面17上而固定。
這種結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的光束控制部件5發(fā)揮與第1方式的光束控制部件5同樣的作用。還有，在圖7中所示的是密封發(fā)光元件4的密封部件9(LED19)的截面形狀為矩形的場合，但本發(fā)明并不限定于此。例如，LED19的形狀也可以是半球形或其他不同的形狀。
(第3方式)圖8所示的是本發(fā)明的光束控制部件5的第3方式。第3方式的光束控制部件5除了與發(fā)光元件4的配合結(jié)構(gòu)以外，與第1實(shí)施方式的光束控制部件5相同。
即，該第3方式的光束控制部件5是如圖8所示那樣，從基準(zhǔn)面C向圖中上方側(cè)形成與發(fā)光元件4具有間隙而配合的半球狀光入射面(凹部23的凹面)20。在半球狀光入射面20的圖中下方側(cè)形成與發(fā)光元件4具有間隙而配合的圓筒狀LED收放部21。
發(fā)光元件4粘接在基板22上而被固定。并且，光束控制部件5使罩蓋在發(fā)光元件4上，把發(fā)光元件4收放在LED收放部21內(nèi)的所定位置后，在基板22上粘接固定下面?zhèn)鹊钠矫娌?1。
采用這種結(jié)構(gòu)的話，從發(fā)光元件4出射的光H通過空氣層從光束控制部件5的半球狀的光入射面20入射到光束控制部件5的內(nèi)部。在光束控制部件5內(nèi)部傳播了的光從光控制出射面6出射到外部。
在本方式中，空氣層和光束控制部件5的折射率不同，以及進(jìn)行了光束控制部件5的入射面凹部形狀反映的光束控制。發(fā)揮與方式1的光束控制部件5同樣的作用效果。
還有，上述第2方式以及第3方式也可以代替使發(fā)光元件4和密封部件9一體化的LED19通過變形而僅使用發(fā)光元件4。此外，在第1以及第2方式的發(fā)光裝置29中，也可以省略密封部件9?；蛘?，密封部件9兼作光束控制部件5也可以。并且，密封部件9和光束控制部件5既可以是粘接狀態(tài)也可以是僅接觸的狀態(tài)。
(其它方式)另外，還容許下述那種變形。
(1)在上述第1至第3方式的光束控制部件5中，在光控制出射面6形成局部收縮(シボ)面，使從光控制出射面6出射的光發(fā)散。
(2)上述第1至第3方式的光束控制部件5也可以以包含硅粒子或氧化鈦等光發(fā)散物質(zhì)的材料形成。
圖9所示的是本實(shí)施方式的顯示裝置1的光發(fā)散部件7。在該圖中，(a)～(f)的各光發(fā)散部件7是用光透過性優(yōu)良的PMMA或PC等樹脂材料形成片狀或平板狀，形成與被照明部件3的平面形狀幾乎同樣大小(面積)。被照明部件3例如是液晶顯示面板、廣告顯示面板、標(biāo)志顯示面板等。
圖9(a)的光發(fā)散部件7是在片狀母材7a的表里兩面施以壓花加工或細(xì)微玻璃珠涂層(ビ一ズコ一ト)等發(fā)散處理，在片狀母材7a的表里兩面形成微細(xì)的凹凸7b、7b。
圖9(b)的光發(fā)散部件7是在片狀母材7a中混入發(fā)散材料7c，在片狀母材7a的表里兩面施以壓花加工或細(xì)微玻璃珠涂層等發(fā)散處理，在片狀母材7a的表里兩面形成微細(xì)的凹凸7b、7b。
圖9(c)的光發(fā)散部件7是在片狀母材7a面對光束控制部件5的一側(cè)施以壓花加工或細(xì)微玻璃珠涂層等發(fā)散處理，形成凹凸7b，在與實(shí)施了該壓花加工或細(xì)微玻璃珠涂層等發(fā)散處理的面相反的一側(cè)的片狀母材7a的表面，連續(xù)形成多個(gè)沿垂直于紙面的方向延伸的棱形突起7d。
圖9(d)的光發(fā)散部件7呈使擴(kuò)散材料7c混入圖9(c)的光擴(kuò)散部件7的片狀母材7a的結(jié)構(gòu)，與圖9(c)的光發(fā)散部件7同樣，在面對光束控制部件5的一側(cè)施以壓花加工或細(xì)微玻璃珠涂層等發(fā)散處理，形成凹凸7b，在與實(shí)施了該壓花加工或細(xì)微玻璃珠涂層等發(fā)散處理的面相反的一側(cè)的片狀母材7a的表面，連續(xù)形成多個(gè)沿垂直于紙面的方向延伸的棱形突起7d。
還有，圖9(c)、圖9(d)所示的棱形突起7d的截面形狀大致呈等腰三角形，但也可以采用其它大致三角形的截面形狀。
此外，如圖9(e)所示，光發(fā)散部件7在片狀母材7a的出射面?zhèn)刃纬啥鄠€(gè)圓錐狀的突起7e，也可以用該突起7e使透過片狀母材7a的光發(fā)散。
并且，如圖9(f)所示，光發(fā)散部件7在片狀母材7a的出射面?zhèn)刃纬啥鄠€(gè)角錐(三角錐、四角錐、六角錐等角錐)狀的突起7f，也可以用該突起7f使透過片狀母材7a的光發(fā)散。
這種結(jié)構(gòu)的光發(fā)散部件7使從光束控制部件5的光控制出射面出射的光透過后發(fā)散，使照射到被照明部件3的光均勻。
此外，這種光發(fā)散部件7也可以安裝在被照明部件3的發(fā)光元件4側(cè)那面?；蛘咭部梢圆煌诒徽彰鞑考?的狀態(tài)(以分離的狀態(tài))配置在被照明部件3在發(fā)光元件4側(cè)那面。
圖10是表示應(yīng)用了本發(fā)明的顯示裝置1的照射到被照明部件3上的光的強(qiáng)度分布圖。
(單個(gè)LED燈的場合)在圖10中，曲線A表示使用了本發(fā)明的光束控制部件5的場合的強(qiáng)度，所示的是從1個(gè)光束控制部件5出射的發(fā)光元件4的光透過光發(fā)散部件7后的光強(qiáng)度(光量，以下同樣)。此外，曲線B表示使用了圖15所示的原有的光束控制部件123的場合的光強(qiáng)度，表示從1個(gè)光束控制部件123出射的發(fā)光元件124的光透過光發(fā)散部件126后的光強(qiáng)度。
如圖10所示，比較使用了本發(fā)明的光束控制部件5的場合的強(qiáng)度(曲線A)和使用了圖15所示的原有的光束控制部件123的場合的強(qiáng)度(曲線B)后，可以得到以下判斷。
即，曲線A與在光軸L附近急劇地上升的曲線B相比呈平緩的山形。曲線A在光軸L附近強(qiáng)度比曲線B更小，直到離開光軸L的位置所分配的光量(光強(qiáng)度)才增加(僅增加曲線A和曲線B的差Δ)。這樣，使用本發(fā)明的光束控制部件5的話，能夠使來自發(fā)光元件4的光比原有例更加均勻地分布。
(多個(gè)LED燈的場合)此外，在圖10中，曲線C所示的是使本發(fā)明的光束控制部件5與發(fā)光元件4對應(yīng)而配置多個(gè)，從這些多個(gè)光束控制部件5出射的來自發(fā)光元件4的光在透過光發(fā)散部件7后測量的光強(qiáng)度(參照圖1至圖2)。在圖10中，曲線D表示使圖15所示的原有的光束控制部件123與發(fā)光元件124對應(yīng)而配置多個(gè)，從這些多個(gè)光束控制部件123出射的來自發(fā)光元件124的光在透過光發(fā)散部件126后測量的光強(qiáng)度。
如圖10所示，比較使用了本發(fā)明的光束控制部件5的場合的光強(qiáng)度(曲線C)和使用了圖15所示的原有的光束控制部件123的場合的光強(qiáng)度(曲線D)后，可以得到以下判斷。
即，相對于曲線D與LED124相應(yīng)亮度的起伏，其波形大且重復(fù)出現(xiàn)，曲線C與發(fā)光元件4相對應(yīng)，出現(xiàn)亮度起伏極少。
這是由于如圖10的A線所示，使用本發(fā)明的光束控制部件5的話，在從發(fā)光元件4發(fā)出的光從光束控制部件5的光控制出射面6出射時(shí)，光軸附近的強(qiáng)度受到抑制，同時(shí)離開光軸L的位置的強(qiáng)度增加，來自相鄰發(fā)光元件4的光混合，透過了光發(fā)散部件7的光的光量(光強(qiáng)度)在光發(fā)散部件7的出射面?zhèn)染鶆蚧?br>
如上那樣，采用本申請發(fā)明的顯示裝置的話，利用光束控制部件5的光控制出射面6的作用，從光束控制部件5出射的光平滑且充分地放大，與從周圍的多個(gè)發(fā)光元件4發(fā)出的光混合，得到圖10的C線所示那種亮度均勻的照明光。
并且，本發(fā)明的顯示裝置1即使在各LED(例如發(fā)白光的LED)4產(chǎn)生的光的顏色有不同(例如，帶黃色的顏色的濃淡)，多個(gè)發(fā)光元件4的光也很好地混合。因此，發(fā)光元件4的發(fā)光顏色差別不明顯，可得到高品質(zhì)的照明。
圖11表示應(yīng)用了本發(fā)明的彩色發(fā)光用面光源裝置2以及具備它的顯示裝置1。其中，圖11(a)表示彩色發(fā)光用面光源裝置2以及具備它的顯示裝置1的俯視圖。此外，圖11(b)是沿圖11(a)中的X4-X4的剖面圖。
如圖11所示，R、G、B各色的發(fā)光元件4R、4G、4B交互配置。來自這些發(fā)光元件4R、4G、4B的光從光束控制部件5的光控制出射面6出射，通過光發(fā)散部件7使該出射光照射到被照明部件3上，進(jìn)行彩色照明。
在使發(fā)光元件4R、4G、4B全部發(fā)光的場合，當(dāng)然，在使發(fā)光元件4R、4G、4B中的某些單一發(fā)光的場合，出射光越過相鄰的LED到達(dá)距離更遠(yuǎn)的LED，來自各LED的光混合。因此，可以實(shí)現(xiàn)亮度均勻的高品質(zhì)的照明。
還有，在本發(fā)明的發(fā)光裝置29中，在第3出射面區(qū)域6c的部分連接2個(gè)以上的發(fā)光裝置29并一體化也可以。在LED19(或發(fā)光元件4)的間距短的場合，用于做成面光源裝置2的組裝變得容易。
此外，在制作大型發(fā)光裝置29的場合，可以將一個(gè)發(fā)光元件4使用的光束控制部件5預(yù)先分割成幾個(gè)方塊分別形成各方塊，通過組裝它們來做成1個(gè)光束控制部件。并且，在上述的各實(shí)施方式中，例如，如圖3例示的那樣，對從發(fā)光元件4出射的光的光軸L與法線方向一致的情況進(jìn)行了說明。但是，這并不限定本發(fā)明。例如，在因發(fā)光元件4的品質(zhì)的差別、包含發(fā)光元件4的各部件的組裝誤差等，而使得從發(fā)光元件4出射的光的光軸L和法線方向產(chǎn)生微小偏離的場合也能夠應(yīng)用本發(fā)明，能夠得到與上述各實(shí)施方式同樣的作用效果。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光裝置，具備具有凹部和光控制出射面的光控制部件，和收放在上述凹部的發(fā)光元件，使上述發(fā)光元件的光在上述光控制部件內(nèi)部傳播后從上述光控制出射面出射，其特征在于上述光控制出射面的表面形狀，是對從上述發(fā)光元件出射的光之中至少從其最大強(qiáng)度的光出射的方向到出射光的強(qiáng)度為最大強(qiáng)度的一半的值的光出射的方向的角度范圍內(nèi)出射的光滿足下述條件1以及條件2條件1，從上述發(fā)光元件出射的光之中除去上述發(fā)光裝置的基準(zhǔn)光軸附近的光以外，滿足(θ5/θ1)＞1；條件2，(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加逐漸減小，這里，θ1是從上述發(fā)光元件出射的任意光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光之后從上述光控制出射面出射時(shí)的出射角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于上述凹部提供的凹面與上述發(fā)光元件的發(fā)光面緊密連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于在上述凹部提供的凹面和上述發(fā)光元件的發(fā)光面之間設(shè)有間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于上述光控制出射面具有與上述基準(zhǔn)光軸相交的第1出射面區(qū)域和位于該第1出射面區(qū)域周圍的第2出射面區(qū)域，在上述第1出射面區(qū)域和上述第2出射面區(qū)域的連接部分存在變曲點(diǎn)。
5.一種面光源裝置，具備發(fā)光裝置和使來自該發(fā)光裝置的光發(fā)散、透過的光發(fā)散部件，其特征在于上述發(fā)光裝置是權(quán)利要求1至3之中任何一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置。
6.一種面光源裝置，具備發(fā)光裝置和使來自該發(fā)光裝置的光發(fā)散、透過的光發(fā)散部件，其特征在于上述發(fā)光裝置是權(quán)利要求4所述的發(fā)光裝置。
7.一種顯示裝置，具備面光源裝置和被來自該面光源裝置照射的被照明部件，其特征在于上述面光源裝置是權(quán)利要求5所述的面光源裝置。
8.一種顯示裝置，具備面光源裝置和被來自該面光源裝置照射的被照明部件，其特征在于上述面光源裝置是權(quán)利要求6所述的面光源裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于上述發(fā)光元件被密封部件密封，從上述發(fā)光元件出射的光在透過上述密封部件后入射到上述光控制部件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光裝置，其特征在于上述凹部提供的凹面與上述密封部件的外側(cè)面緊密連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光裝置，其特征在于在上述凹部提供的凹面和上述外側(cè)面之間設(shè)有間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11任何一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其特征在于上述光控制出射面具有與上述基準(zhǔn)光軸相交的第1出射面區(qū)域和位于該第1出射面區(qū)域周圍的第2出射面區(qū)域，在上述第1出射面區(qū)域和上述第2出射面區(qū)域的連接部分存在變曲點(diǎn)。
13.一種面光源裝置，具有發(fā)光裝置和使來自該發(fā)光裝置的光發(fā)散、透過的光發(fā)散部件，其特征在于上述發(fā)光裝置是權(quán)利要求9至11任何一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置。
14.一種面光源裝置，具有發(fā)光裝置和使來自該發(fā)光裝置的光發(fā)散、透過的光發(fā)散部件，其特征在于上述發(fā)光裝置是權(quán)利要求12所述的發(fā)光裝置。
15.一種顯示裝置，具備面光源裝置和被來自該面光源裝置照射的被照明部件，其特征在于上述面光源裝置是權(quán)利要求13所述的面光源裝置。
16.一種顯示裝置，具備面光源裝置和被來自該面光源裝置照射的被照明部件，其特征在于上述面光源裝置是權(quán)利要求14所述的面光源裝置。
17.一種光控制部件，具有用于收放發(fā)光元件的凹部，其特征在于具備用于使上述發(fā)光元件的光在上述光控制部件內(nèi)部傳播后出射的光控制出射面，上述光控制出射面的表面形狀對上述發(fā)光元件出射的光之中至少從其最大強(qiáng)度的光出射的方向到出射光的強(qiáng)度成為最大強(qiáng)度的一半的值的光出射的方向的角度范圍內(nèi)出射的光滿足下述條件1以及條件2條件1，從上述發(fā)光元件出射的光之中除去上述光控制部件的基準(zhǔn)光軸附近的光以外，滿足(θ5/θ1)＞1；條件2，(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加逐漸減小，這里，θ1是從上述發(fā)光元件出射的任意光的出射角，θ5是具有出射角θ1的光從其后上述光控制出射面出射時(shí)的出射角。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光控制部件，其特征在于上述凹部可以同時(shí)收放被密封部件密封的發(fā)光元件和上述密封部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置、面光源裝置、顯示裝置、以及光控制部件。顯示裝置的被照明部件是由面光源裝置構(gòu)成。面光源裝置包括光擴(kuò)散部件和發(fā)光裝置。發(fā)光裝置(29)具備具有凹部(10)和光控制出射面(6)的光控制部件(5)。光控制出射面(6)的表面形狀是至少在包括半值強(qiáng)度角度范圍的所定范圍內(nèi)滿足條件1、2。發(fā)光元件(4)可以被密封部件(9)密封。條件1從發(fā)光元件(4)出射的光之中除去發(fā)光裝置(29)的基準(zhǔn)光軸附近的光以外，滿足(θ5/θ1)＞1。條件2(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加逐漸減小。(這里，θ1是從發(fā)光元件(4)出射的任意光的出射角；θ5是具有出射角θ1的光之后從光控制出射面(6)出射時(shí)的出射角)。
文檔編號F21S2/00GK1755959SQ20051010507
公開日2006年4月5日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者山口昌男, 大川真吾 申請人:恩普樂股份有限公司