專利名稱：面光源裝置、照明單元及光束控制構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面光源裝置、照明單元以及光束控制構(gòu)件，適用于例如，在液晶顯示板的背光照明用的面光源裝置、將該面光源裝置作為照明機構(gòu)使用的照明單元、以及在這些面光源裝置或照明單元上采用的光束控制構(gòu)件上。更具體地說，本發(fā)明的面光源裝置、照明單元及光束控制構(gòu)件能夠采用在電視監(jiān)視器或計算機的監(jiān)視器的背光照明上。另外，還能夠廣泛地利用在室內(nèi)指示燈或各種照明等上。
背景技術(shù)：
以往，作為在計算機或電視接收機等上使用的液晶顯示監(jiān)視器的照明機構(gòu)，將多個發(fā)光二極管(LED)作為點光源使用的面光源裝置已為人所知。該面光源裝置具備與液晶顯示板大致同樣形狀的板狀的光束控制構(gòu)件，在其反面一側(cè)將多個LED配置成矩陣狀。來自這些LED的光從光束控制構(gòu)件的反面一側(cè)入射到光束控制構(gòu)件的內(nèi)部，從與該反面相對的出射面出射。于是，液晶顯示板通過該出射光被背光照明。
說明這種技術(shù)的有如下幾個文獻。
(第1現(xiàn)有例)這是在特開2002-49326號公報上公開的現(xiàn)有例。根據(jù)該現(xiàn)有例，如圖22所示，在面光源裝置100上，與多個LED101分別一對一對應(yīng)地配置有微型透鏡陣列102，來自LED101的光介由微型透鏡陣列102沿與平面垂直的方向(上方)出射。
(第2現(xiàn)有例)這是在特開昭59-226381號公報上公開的現(xiàn)有例。根據(jù)該現(xiàn)有例，如圖23所示，發(fā)光顯示裝置103具備LED104、凹透鏡105、凸透鏡106。來自LED104的光通過凹透鏡105漫射后，由凸透鏡106聚光，沿與LED104的“光軸”大致平行的方向出射。在這里，所謂的“光軸”是來自點光源的立體的出射光束的中心上的光的行進方向。
(第3現(xiàn)有例)這是在特開昭63-6702號公報上公開的現(xiàn)有例。該現(xiàn)有例如圖24所示，提供了以LED108作為光源的照明單元107。來自LED108的光通過聚光透鏡110聚光并被向前方引導(dǎo)，接著通過漫射透鏡111漫射。
(第4現(xiàn)有例)該現(xiàn)有例如圖17(b)所示，提供了照明單元1。照明單元1具備光束控制構(gòu)件4，在其反面4a一側(cè)配置有LED5。另外，與LED5相對，在反面4a一側(cè)形成大致半球狀的凹部60，來自LED5的光介由凹部60被吸收到光束控制構(gòu)件4的內(nèi)部。該光從光束控制構(gòu)件4的出射面4b出射。
但是，這些現(xiàn)有例存在如下問題。
(1)第1現(xiàn)有例在面光源裝置100中，存在相鄰的LED101的中間部分，即微型透鏡陣列102的形狀不連接的部分。由于光的出射量在該部分急劇變化，所以在各微型透鏡陣列102的交界處部分，出射光的明暗的參差變大，從而很顯眼。
(2)第2現(xiàn)有例發(fā)光顯示裝置103的多個凹透鏡105很難說連續(xù)連接地形成平面。另外，多個凸透鏡106也很難說連續(xù)連接地形成平面。因此，對于例如像大型的液晶顯示板那樣大面積的被照明構(gòu)件供給均勻的面狀照明是困難的。
(3)第3現(xiàn)有例在照明單元107中，通過聚光透鏡110將來自LED108的光聚光后，由漫射透鏡111漫射。因此，與現(xiàn)有例1比較，光的明暗差難以明顯。可是，易產(chǎn)生來自相鄰的多個LED108的光難以混合且各LED108之間的發(fā)光色的參差明顯的問題。
(4)第4現(xiàn)有例就照明單元1而言，如圖17(b)及圖4所示，來自LED5的光的出射角θ1和來自光束控制構(gòu)件4的光的出射角θ5之間的關(guān)系是除去從LED5出射的光中的法線近旁的光，θ5/θ1＞1。在這里，“法線”是與圖17(b)的光軸L吻合的線，也是相對于光束控制構(gòu)件4的出射面的法線。
因此，來自光束控制構(gòu)件4的出射角θ5比來自LED2的出射角θ1大，能夠使來自LED5的光擴展出射。可是，由于凹部60的端邊緣(大致半球狀的凹部60與平面狀的反面4a的連結(jié)部分)是銳邊，所以從該凹部60的端邊緣入射的光與從凹部60的端邊緣近旁入射的光交叉。該光的交叉部分會發(fā)生環(huán)狀光這樣的問題。其結(jié)果是，照明單元1不能夠使來自LED5的光有效地順暢擴展到所期望的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在使用多個LED的面光源裝置或使用該面光源裝置的照明單元中，使各LED的發(fā)光色的參差不明顯，能夠成為無亮度不均的均勻的面狀照明。
另外，本發(fā)明的另一目的是即便將1個LED作為光源使用時，也能夠使來自LED的光有效地順暢擴展到所期望的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的特征基本在于，采用接受來自1個或多個點光源的光，并使其從出射面出射的新光束控制構(gòu)件。
該光束控制構(gòu)件具備與點光源對應(yīng)的凹部。當(dāng)點光源是多個時，設(shè)置多個凹部，使各凹部與各點光源對應(yīng)。
各凹部具備對于出射的光而言滿足下述條件1及條件2的形狀，該出射的光是在從與該凹部對應(yīng)的點光源出射的光中至少從其最大強度的光出射的方向到出射光的強度為最大強度的一半的值的光出射的方向為止的角度范圍內(nèi)出射的光。
●條件1從與上述凹部對應(yīng)的點光源出射的光中，除去上述出射面的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1＞1)。
●條件2θ5/θ1＞1的值隨著θ1的增加而逐漸變小。
(其中，θ1是從上述點光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后從上述出射面出射時的出射角。)另外，在本說明書中，“出射角”是用出射方向與光束控制構(gòu)件的法線方向所成的角度來表示的。
在這里，上述凹部能夠可可以具備第1入光面和第2入光面，并且這些第1入光面與第2入光面的連接部分成為拐點。
本發(fā)明首先提供上述光束控制構(gòu)件。另外，本發(fā)明還提供使上述光束控制構(gòu)件與點光源組合的面光源裝置以及使該面光源裝置與漫射構(gòu)件組合的照明單元。
依據(jù)了本發(fā)明的面光源裝置具備上述光束控制構(gòu)件以及1個或多個點光源，通過該光束控制構(gòu)件來自該點光源的光出射。另外，只要組合該面光源裝置、光漫射構(gòu)件以及被照明構(gòu)件，并通過上述光漫射構(gòu)件照射來自上述面光源裝置的光，就能夠提供依據(jù)了本發(fā)明的照明單元。
根據(jù)本發(fā)明，從點光源發(fā)出的光的光束通過光束控制構(gòu)件的凹部能夠有效且廣范圍地順暢擴展。因此，照明光能夠從光束控制構(gòu)件的出射面遍及廣范圍、高亮度地均勻出射。另外，即便是使用了多個點光源時，來自各點光源的光也容易混合。由此，即便在各點光源的發(fā)光色上有參差，在通過光束控制構(gòu)件得到的出射光中也不易出現(xiàn)各點光源之間的發(fā)光色的參差，能高度保證亮度的均勻性。


圖1是表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的面光源裝置及具備該面光源裝置的照明單元的俯視圖，省略了被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件的圖示。
圖2是圖1中表示的照明單元的、沿著X1-X1線的剖視圖。
圖3是包括LED的光軸的照明單元的一部分剖視圖，為了詳細說明凹部的形狀而擴大表示了圖2的一部分。
圖4是表示關(guān)于光束控制構(gòu)件、LED出射角θ1和出射角θ5之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示關(guān)于光束控制構(gòu)件、LED出射角θ1和透鏡面傾斜角θ3之間的關(guān)系的另一個圖。
圖6是表示第1形態(tài)的實施例的照明單元的剖視圖。
圖7是表示光束控制構(gòu)件的第1變型例的俯視圖。
圖8是表示光束控制構(gòu)件的第2變型例的俯視圖。
圖9是表示光束控制構(gòu)件的第3變型例的俯視圖。
圖10是表示光束控制構(gòu)件的第4變型例的俯視圖。
圖11是組合多個光束控制構(gòu)件形成的大型出射面的光束控制構(gòu)件組合體的俯視圖。
圖12是光述控制構(gòu)件組合體所采用的光束控制構(gòu)件的圖，(a)是該光束控制構(gòu)件的仰視圖，(b)是該光束控制構(gòu)件的側(cè)視圖，(c)是該光束控制構(gòu)件的俯視圖。
圖13是放大表示光漫射構(gòu)件的側(cè)視圖，(a)是表示光漫射構(gòu)件的第1例的側(cè)視圖，(b)是表示光漫射構(gòu)件的第2例的側(cè)視圖，(c)是表示光漫射構(gòu)件的第3例的側(cè)視圖，(d)是表示光漫射構(gòu)件的第4例的側(cè)視圖，(e)是表示光漫射構(gòu)件的第5例的側(cè)視圖，(f)是表示光漫射構(gòu)件的第6例的側(cè)視圖，(g)是照明單元的一部分放大剖視圖。
圖14是表示本發(fā)明能夠應(yīng)用的面光源裝置及使用了該面光源裝置的照明單元的第1變型例的圖，(a)是省略照明單元的被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件表示的俯視圖，(b)是表示沿著(a)的X2-X2線的剖視圖。
圖15是表示本發(fā)明能夠應(yīng)用的面光源裝置及使用了該面光源裝置的照明單元的第2變型例，(a)是省略照明單元的被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件表示的俯視圖，(b)是表示沿著(a)的X3-X3線的剖視圖。
圖16是表示應(yīng)用本發(fā)明的照明單元的被照明構(gòu)件上照射的光的出射量分布圖。
圖17是對比表示照明單元(圖17(a))與照明單元(圖17(b)第4現(xiàn)有例)的圖，照明單元(圖17(a))使用了形成本發(fā)明形狀的凹部(本發(fā)明形狀(單光源))的光束控制構(gòu)件，照明單元(圖17(b)第4現(xiàn)有例)使用了形成現(xiàn)有形狀的凹部(現(xiàn)有形狀(單光源)的光束控制構(gòu)件。
圖18是表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的彩色發(fā)光用面光源裝置及具備該彩色發(fā)光用面光源裝置的照明單元1的圖，是去除被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件表示的面光源裝置、以及具備該面光源裝置的照明單元的俯視圖。
圖19是沿著圖18的X4-X4線表示的照明單元的剖視圖。
圖20是表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的彩色發(fā)光用面光源裝置、以及具備該面光源裝置的照明單元1的變型例的圖，是省略照明單元的被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件表示的俯視圖。
圖21是表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的光束控制構(gòu)件的其他的變型例的圖，(a)是表示在光束控制構(gòu)件的出射面一側(cè)形成凹部的形態(tài)的照明單元的一部分剖視圖，(b)是表示在光束控制構(gòu)件的反面一側(cè)及出射面一側(cè)分別形成凹部的形態(tài)的照明單元的一部分剖視圖。
圖22是表示第1現(xiàn)有例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖23是表示第2現(xiàn)有例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖24是表示第3現(xiàn)有例的示意結(jié)構(gòu)圖。
圖中1-照明單元；2-面光源裝置；3-被照明構(gòu)件；4-光束控制構(gòu)件；4a-背面；4b-出射面；5-LED(點光源)；6-光漫射構(gòu)件；7-凹部；7a-第1入光面；7b-第2入光面；具體實施方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式。
圖1～圖3表示本實施方式的照明單元1及照明單元1包含的面光源裝置2。圖1是去除被照明構(gòu)件(例如液晶顯示板)3等表示的照明單元1的俯視圖(面光源裝置的俯視圖)。另外，圖2是沿著圖1中的線X1-X1的照明單元1的剖視圖。另外，圖3是照明單元的通過LED5的光軸L的部分剖視圖，為了詳細說明凹部7的形狀，放大表示圖2的一部分。
如這些圖所示，照明單元1具備光束控制構(gòu)件4；在該光束控制構(gòu)件4的反面4a一側(cè)大致等間隔配置的多個點光源5；相對于光束控制構(gòu)件4的出射面4b留出間隔地相對配置的光漫射構(gòu)件6；以及被照明構(gòu)件3。光束控制構(gòu)件4是大致矩形板狀的構(gòu)件。在本實施方式中，作為點光源5在這里采用發(fā)光二極管(LED)。面光源裝置2由光束控制構(gòu)件4及LED5構(gòu)成。
(第1形態(tài))薄板狀的光束控制構(gòu)件4是由如PMMA(聚甲基丙烯甲酯)、PC(聚碳酸酯)等的透明樹脂材料或透明的玻璃構(gòu)成，具備出射面4b和背面4a。在背面4a上與各LED5相對地分別形成凹部7。各凹部7是由球面狀的第1入光面7a和順暢地在背面4a一側(cè)連接該第1入光面7a的周邊緣的第2入光面7b所構(gòu)成。符號L表示LED5的光軸，入光面7a以光軸L為中心對稱地形成凹曲面狀。
第2入光面7b與第1入光面7a大致反向地形成凸曲面。因此，凹部7在第1入光面7a和第2入光面7b的連接部分具有拐點P。另外，LED5的出射光的最大強度方向與光軸L一致。
在圖3中，以正交于光軸L的水平面為基準(zhǔn)面C。另外，將通過從LED5出射的光5L向光束控制構(gòu)件4入射的位置Pa，且與基準(zhǔn)面C平行的線作為A。另外，入射位置Pa是圖3所示的凹部7的剖面的輪廓線7L與光5L的交點。
進而，將在入射位置Pa的凹部7的輪廓線7L的切線B與線A的夾角作為θ3。θ3也稱作透鏡傾斜角。
另外，將在光束控制構(gòu)件4內(nèi)行進的光5L相對于出射面4b的入射角(內(nèi)部入射角)作為θ2。θ2是光5L與出射面4b的法線VL的夾角。而且，將來自光5L的出射面4b的出射角作為θ5。θ5是出射的光5L與相對于出射面4b的法線VL的夾角。
在這里，為了記述凹部7應(yīng)滿足的光學(xué)條件，對于LED5要考慮“半值強度角度范圍”。如前所述，LED5在光軸L的方向上出射最大強度的光。該最大強度方向也是沿著光束控制構(gòu)件4的出射面4b的法線方向的方向，隨著在角度上離開該方向，出射強度漸漸降低。于是，將從該最大強度方向到強度降低至1/2(50％)的角度范圍稱作“半值強度角度范圍”。
凹部7形成對于出射的光滿足下述條件的形狀，該出射的光是在從與該凹部對應(yīng)的LED5出射的光中、出射到“至少包括半值強度角度范圍的規(guī)定范圍內(nèi)”的光。
●條件1除去出射面4b的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1)＞1。另外，“法線方向近旁”最好是例如從光軸1L的方向至角度為5度或5度以內(nèi)(±5度或以內(nèi))的角度范圍。
●條件2θ5/θ1的值隨著θ1的增加而逐漸變小。
圖4是表示關(guān)于光束控制構(gòu)件4、LED出射角θ1與出射角θ5的關(guān)系的圖。在圖4中，將上述的“至少包括半值強度角度范圍的規(guī)定范圍內(nèi)”作為θ1＜α1的范圍進行示例。而且，圖4中的曲線8A表示滿足上述條件1、2的θ1與θ5的關(guān)系的例。
另外，在圖4中，用虛線表示的線10是(θ5/θ1)＝1的線。
在這里，將光束控制構(gòu)件4的折射率作為n的話，則θ2及θ3能夠用下式表示。
(公式1)θ2＝sin-1(sinθ5/n)(公式2)θ3＝tan-1[(sinθ1-n·sinθ2)/(cosθ1-n·cosθ2)]這樣求得的θ3和θ1的關(guān)系如圖5的曲線8B所示，一直到成為θ1＝θ3＝α2為止，θ3隨著θ1的增加而逐漸增加。另外，在θ1＞α2的范圍內(nèi)，θ3隨著θ1的增加逐漸減少。
下面，概略說明如上述那樣形成凹部7的光束控制構(gòu)件4的作用。如圖3所示，來自LED5的光5L通過凹部7進入光束控制構(gòu)件4的內(nèi)部。這時發(fā)生折射，光5L的行進方向隨之?dāng)U展。這樣，行進方向擴展了的光5L從光束控制構(gòu)件4的出射面4b面向外部(空氣中)按照斯內(nèi)爾定律出射。如果即便反面4a一側(cè)是平坦面(無凹部7)發(fā)生折射，但卻不會發(fā)生光的行進方向的擴張。因此，用符號5La表示假設(shè)該平坦面時的假設(shè)的入射光，用θ5a表示該出射角的話，則θ5a＜θ5。在這里，θ5a是光5La與出射面4b的法線的夾角角度。
這樣，與不形成凹部7時相比，根據(jù)本發(fā)明，能夠使出射光束充分?jǐn)U展。其結(jié)果是，如圖2所示，出射角θ1在半值強度角度范圍的光的一部分從出射面4b出射后，能夠一直到達相鄰的LED5的進一步相鄰的LED5的光軸L與光漫射構(gòu)件6交叉的位置的近旁。
(第1形態(tài)的光束控制構(gòu)件的例)下面，參照圖4至圖6說明光束控制構(gòu)件4的各例。圖1至圖3表示的光束控制構(gòu)件4的凹部7是根據(jù)LED5的發(fā)光特性(光束的擴展角度、半值強度角度范圍)、LED5與光束控制構(gòu)件4之間的距離L1、各LED5的形成間距(間隔)p、光束控制構(gòu)件4的厚度t、以及光束控制構(gòu)件4的出射面4b與光漫射構(gòu)件6之間的間隔L2，來決定其最大直徑(第2入光面7b的最外周直徑)和其深度尺寸d及第1入光面7a以及第2入光面7b的形狀等。
例如，在圖6表示的例中，光束控制構(gòu)件4是由折射率n＝1.49的透明樹脂材料形成的，設(shè)定成L1＝3.72mm，p＝24.25mm，t＝3.28mm，L2＝9.0mm，d＝2.28mm。另外，第2入光面7b的周邊緣部在θ1大致成75°的光入射的位置上，順暢地與大致為平面形狀的反面4a連接(參照圖5的曲線8B)。
在這里，參照圖5用與圖4同樣的圖示方式表示了LED出射角θ1與透鏡面傾斜角θ3的關(guān)系。如圖5中的曲線8B所示，在圖3上表示的凹部7的第1入光面7a與沿著隨著θ1的增加θ3增加的曲線狀部的角度范圍(θ1是比大致30°小的角度范圍)對應(yīng)地形成。
另外，如圖5的曲線8B所示，凹部7的第2入光面7b與沿著隨著θ1的增加θ3減少的曲線狀部的角度范圍(θ1為從大致30°到大致75°的角度范圍)對應(yīng)地形成。于是，圖5的曲線8B從增加變?yōu)闇p少的曲線狀部的頂點(θ1為大致30°的角度位置)成為第1入光面7a與第2入光面7b連接的拐點。
另外，在本例中，在θ1為大致30°的位置上，使θ3成為大致30°地形成凹部7。在這里，所謂的“曲線狀”除了順暢的曲線自身以外還包括雖是細微直線的連續(xù)但作為整體看為曲線狀態(tài)，或一部分包括直線部分但近似順暢的曲線的狀態(tài)。
另外，如果如上所述形成凹部7，則如圖4所示，來自出射面4b的出射光的出射角θ5從0°到約75°為止，如向上凸的曲線狀的線8A順暢地漸漸增加。另一方面，線8A在θ5成為約75°時與假定不形成凹部7時的表示θ1與θ5的關(guān)系的直線10一致。另外，對有凹部7的光束控制構(gòu)件4，表示θ1與θ5的關(guān)系的曲線8A即便一部分有直線狀的部分，只要作為整體為向上凸的曲線狀即可。
(第1形態(tài)的其他的變型例)圖7至圖10是分別表示光束控制構(gòu)件4的第1～第4的變型例的俯視圖。圖7表示的光束控制構(gòu)件4是將多個與各LED5對應(yīng)的板狀的光束控制構(gòu)件片11a接合，形成與圖1的一張板狀的光束控制構(gòu)件4大致同樣的平面形狀。同樣，圖8至圖10表示的各光束控制構(gòu)件4是將多個與各LED5對應(yīng)的板狀的光束控制構(gòu)件片11b(圖8)、11c(圖9)或11d(圖10)接合，構(gòu)成與圖1的一張板狀的光束控制構(gòu)件4大致同樣的平面形狀。
如圖7所示，各光束控制構(gòu)件片11a是正六邊形，由透光性的粘接劑(如紫外線硬化樹脂)固定。在各光束控制構(gòu)件片11a的背面一側(cè)(與光束控制構(gòu)件的出射面相反一側(cè)的面)，與LED5對應(yīng)地各形成一個凹部7。
如圖8所示，各光束控制構(gòu)件片11b是細長的六邊形(不是正六邊形)，由透光性的粘接劑(如紫外線硬化樹脂)固定。在各光束控制構(gòu)件片11b的反面一側(cè)(與光束控制構(gòu)件的出射面相反一側(cè)的面)，與LED5對應(yīng)地各形成一個凹部7。
如圖9所示，各光束控制構(gòu)件片11c是正方形，它們在上下錯位半個間隔，由透光性的粘接劑(如紫外線硬化樹脂)固定。在各光束控制構(gòu)件片11c的反面一側(cè)(與光束控制構(gòu)件的出射面相反一側(cè)的面)，與LED5對應(yīng)地各形成一個凹部7。
如圖10所示，光束控制構(gòu)件片11d也是正方形，它們縱橫對齊，由透光性樹脂粘接固定。
在第1至第4變型例中，各LED5配置在平面形狀為六邊形或四邊形的各光束控制構(gòu)件片的大致面積重心位置上。另外，在各光束控制構(gòu)件片11a～11d的反面一側(cè)形成凹部7，使得其平面形狀是以LED5的光軸L為對稱中心的凹面形狀。
另外，凹部7的邊緣形狀并不限定為大致圓形形狀(關(guān)于光軸L為點對稱)，例如邊緣形狀也可以是橢圓形狀。
(第2形態(tài))圖11至圖12表示組合多個光束控制構(gòu)件20～23而形成具有大型出射面的光束控制構(gòu)件組合體25的示例。以下將光束控制構(gòu)件組合體適當(dāng)?shù)睾喎Q為“組合體”。在這些圖中，組合體25由第1至第4光束控制構(gòu)件20～23組成。第1光束控制構(gòu)件20與第4光束控制構(gòu)件23是同一形狀，第2光束控制構(gòu)件21與第3光束控制構(gòu)件22是同一形狀，將2種光束控制構(gòu)件(20，23)、(21，22)共計4張組合起來形成一張組合體25。
第1光束控制構(gòu)件20與第2光束控制構(gòu)件21的組合部26、以及第3光束控制構(gòu)件22與第4光束控制構(gòu)件23的組合部27從其板厚方向中間位置分為下面一側(cè)和上面一側(cè)兩部分。而且，在下面一側(cè)形成的六邊形的3個邊組成的梯形形狀的凸?fàn)畈糠?8與凹狀部分30嚙合，在上面一側(cè)形成的大致圓弧形狀的凸?fàn)畈糠?1與凹狀部分32嚙合。
另外，如圖11至圖12所示，梯形形狀的凸?fàn)畈糠?8與大致圓弧形狀的凸?fàn)畈糠?1的頂部一致，梯形形狀的凹狀部分30與大致圓弧形狀的凹狀部分32的底部一致。于是，嚙合的光束控制構(gòu)件(20，21)、(22，23)在組合部26、27上，通過在大致圓弧形狀的凹狀部分32的底部和梯形形狀的凹狀部分30的底部的角部形成的大致三角形狀的角接部分33、33，從下側(cè)被支撐。
由此，能夠防止第1光束控制構(gòu)件20和第2光束控制構(gòu)件21以及第3光束控制構(gòu)件22和第4光束控制構(gòu)件23在光束控制構(gòu)件20～23的板厚方向產(chǎn)生錯位。
另外，第1光束控制構(gòu)件20和第3光束控制構(gòu)件22的組合部34、以及第2光束控制構(gòu)件21和第4光束控制構(gòu)件23的組合部35從其板厚方向中間位置分為下面一側(cè)和上面一側(cè)兩部分。而且，由在下面一側(cè)形成的六邊形的2個邊組成的三角形狀的凸?fàn)畈糠?6與凹狀部分37嚙合，在上面一側(cè)形成的大致圓弧形狀的凸?fàn)畈糠?8與凹狀部分40嚙合。
另外，如圖所示，互相嚙合的光束控制構(gòu)件(20～23)的三角形狀的凸?fàn)畈糠?6從下方被支撐地配合在大致圓弧形狀的凸?fàn)畈糠?8的頂部與三角形狀的凸?fàn)畈糠?6的頂部上形成的大致三角形狀的角接部分41上。
由此，能夠防止第1光束控制構(gòu)件20和第3光束控制構(gòu)件22、以及第2光束控制構(gòu)件21和第4光束控制構(gòu)件23在這些光束控制構(gòu)件20～23的板厚方向產(chǎn)生錯位。
另外，第1光束控制構(gòu)件20和第4光束控制構(gòu)件23在光束控制構(gòu)件組合體25的大致中央位置與六邊形的傾斜的一邊42對接。
另外，在第1至第4光束控制構(gòu)件20～23上，在形成凹部7的反面一側(cè)(例如圖12的反面23a一側(cè))，在凹部7的周圍形成多個連接在未圖示的支撐底板上、支撐各個光束控制構(gòu)件20～23的支撐突起44。
而且，第1至第4光束控制構(gòu)件20～23的各組合部26、27、34、35由透光性的紫外線硬化樹脂或其他的粘接劑粘接固定。另外，也可以僅用框架等按壓住組合的光束控制構(gòu)件20～23的外周。
使用這樣的組合體，則能夠很容易地制作大畫面監(jiān)視器用的背光照明(面光源裝置)。另外，在本實施方式中，例示了組合4個光束控制構(gòu)件20～23的組合體25，但也可以組合5個或5個以上或2個～4個光束控制構(gòu)件。
圖13(a)～(f)表示了在本實施方式的照明單元1中，如圖13(g)所示在光束控制構(gòu)件4的出射一側(cè)配置的光漫射構(gòu)件6的各示例。各光漫射構(gòu)件6是用透光性優(yōu)越的PMMA或PC等的樹脂材料形成片狀或平板形狀，形成與被照明構(gòu)件(液晶顯示板、廣告顯示板、標(biāo)識顯示板等)3的平面形狀大致同樣的大小(面積)。
圖13(a)的光漫射構(gòu)件6是在片狀母材6a的正反兩面進行錘壓凸出加工或珠群涂層(ビ一ズコ一ト)等的漫射處理，并在片狀母材6a的正反兩面形成細微的凹凸6b、6b。
圖13(b)的光漫射構(gòu)件6是將漫射材料6c混入片狀母材6a，同時，在片狀母材6a的正反兩面進行錘壓凸出加工或珠群涂層等的漫射處理，在片狀母材6a的正反兩面形成凹凸6b、6b。
圖13(c)的光漫射構(gòu)件6是在面向片狀母材6a的光束控制構(gòu)件4的一側(cè)進行錘壓凸出加工或珠群涂層等的漫射處理，形成凹凸6b，在與進行了該錘壓凸出加工或珠群涂層等的漫射處理的面的相反一側(cè)的片狀母材6a的表面連續(xù)形成多個沿著與紙面垂直方向延伸的棱形突起6d。
圖13(d)的光漫射構(gòu)件6是具備在圖13(c)的光漫射構(gòu)件6的片狀母材6a中混入漫射材料6c的結(jié)構(gòu)。與圖13(c)的光漫射構(gòu)件6同樣，在面向片狀母材6a的光束控制構(gòu)件4的一側(cè)進行錘壓凸出加工或珠群涂層等的漫射處理，形成凹凸6b。另外，在與其相反的一側(cè)的片狀母材6a的表面連續(xù)形成多個棱形突起6d。
另外，在圖13(c)、圖13(d)所示的棱形突起6d是大致三角形狀(例如大致等邊三角形)。
另外，正如圖13(e)所示的光漫射構(gòu)件，也可以在片狀母材6a的出射面一側(cè)形成多個圓錐形狀的突起6e，由該突起6e漫射透射過片狀母材6a的光。
另外，正如圖13(f)表示的光漫射構(gòu)件，也可以在片狀母材6a的出射面一側(cè)形成多個角錐(三角錐、四角錐、六角錐等的角錐)形狀的突起6f，由該突起6f漫射透射過片狀母材6a的光。
這種構(gòu)造的光漫射構(gòu)件6將從光束控制構(gòu)件4的出射面4b出射的光邊透射邊漫射，使照射在被照明構(gòu)件3上的光均勻化。
另外，這種光漫射構(gòu)件6也可以安裝在被照明構(gòu)件3的LED5一側(cè)的面上，并還可以與被照明構(gòu)件3分開(分離狀態(tài))地配置在被照明構(gòu)件3的LED5一側(cè)的面一側(cè)。
(第1變型例)圖14表示本發(fā)明能夠應(yīng)用的面光源裝置2及使用該面光源裝置2的照明單元1的第1變型例。圖14(a)是省略照明單元1的被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件6表示的俯視圖。另外，圖14(b)是沿著圖14(a)中的線X2-X2的剖視圖。
在圖14中，符號45是收容光束控制構(gòu)件4的框架。當(dāng)LED5接近框架45的側(cè)面46時，來自該LED5的光有可能在框架45的側(cè)面46反射，并從該側(cè)面46近旁的出射面47出射。如果發(fā)生這種出射，則在從光束控制構(gòu)件4的出射面47出射的光的亮度分布上會產(chǎn)生參差。于是，在LED5接近框架45的側(cè)面46時，將該LED5近旁的側(cè)面46進行遮光處理，在該側(cè)面46上部分形成遮光處理部48。該遮光處理部48是涂敷吸光性良好的黑墨等，抑制在框架45的側(cè)面46的光的反射。
這里，在圖14上遮光處理部48的區(qū)域是接近側(cè)面46的LED5的近旁的規(guī)定區(qū)域，大致具有與凹部7的最大直徑大致同樣的寬度。另外在圖14上，遮光處理部48的區(qū)域與側(cè)面46的高度方向的大致全區(qū)域?qū)?yīng)(參照圖14(b))。
另外，在該變型例中，也可以不在側(cè)面46的高度方向的大致全領(lǐng)域上形成遮光處理部48，而是在側(cè)面46的高度方向部分地形成遮光處理部48。
另外，在該變型例中，也可以不在框架45上形成遮光處理部48，而是降低在接近側(cè)面46配置的LED5上施加的電壓，從而抑制該LED5的光量。
這樣，如果抑制了LED5的光量，則可取得在側(cè)面46反射的光與從該側(cè)面46近旁出射的光量的均衡，從而能夠達到從光束控制構(gòu)件4的出射面47出射的出射亮度的均勻化。
另外，在該變型例中，也可以在與側(cè)面46相對的光束控制構(gòu)件4的側(cè)面形成遮光處理部。
還可以不在框架45或光束控制構(gòu)件4上形成遮光處理部，而是在光漫射構(gòu)件上形成印制等的遮光處理部。另外，還可以將這些多個處理進行組合。還有，也可以在框架底面或反射片上適當(dāng)?shù)匦纬烧诠馓幚聿俊?br> (第2變型例)圖15表示本發(fā)明能夠應(yīng)用的面光源裝置2及使用該面光源裝置2的照明單元1的第2變型例。圖15(a)是省略被照明構(gòu)件及光漫射構(gòu)件6表示的俯視圖。另外，圖15(b)是沿著圖15(a)中的線X3-X3的剖視圖。
如圖15所示，由于在由斜線部50～53表示的部分沒有配置LED5，所以在斜線部50～53近旁，從光束控制構(gòu)件4的出射面54出射的光量少。于是，在出射面54的斜線部50～53上施加漫反射處理，形成漫反射部55。由此，從接近的LED5到達漫反射部55的光進行漫反射，從而促進來自斜線部50～53的光的出射。
其結(jié)果是，來自出射面54的光的出射亮度均勻化。在這里，所謂的漫反射是指粗面化、光漫反射膜的粘貼、光漫反射涂料的涂敷等。漫反射部55在光束控制構(gòu)件4的正反面及側(cè)面的至少1個地方形成，但最好是在正反及側(cè)面兩方形成。
圖16表示照射在應(yīng)用本發(fā)明的照明單元1的被照明構(gòu)件3的光的出射光量分布。
(LED單光源時)在圖16中，曲線A表示與光束控制構(gòu)件4的反面4a相對地配置1個LED5，并且與該LED5對應(yīng)地形成本發(fā)明形狀的凹部7時(單光源)的出射光量分布。
另外，曲線B是表示在光束控制構(gòu)件4上不形成凹部7，僅配置1個LED5時的出射光量分布。
比較曲線A、B可知，對于曲線A，直到遠離LED5的光軸L的位置為止被分配的光量增加。增加量可以認(rèn)為是A和B的差△。
下面，圖17(a)、(b)是對比表示照明單元1(a)與照明單元1(b)的圖，照明單元1(a)使用了形成本發(fā)明形狀的凹部7的光束控制構(gòu)件4，照明單元1(b)使用了形成現(xiàn)有技術(shù)的半球狀的凹部60的光束控制構(gòu)件4。
使用了形成現(xiàn)有形狀的凹部60的光束控制構(gòu)件4的照明單元1在圖16上由曲線C表示出射光量的分布。曲線C在C1部分表示出出射光量急劇增加。這可以認(rèn)為是由于如圖17(b)的Y1所示，從光束控制構(gòu)件4出射的光交叉，該交叉部分的光量急劇增加的緣故。
在這里應(yīng)注意的是，當(dāng)采用了凹部60時，在與圖5的現(xiàn)有形狀相關(guān)的θ1-θ3的關(guān)系(θ1和θ3之間的關(guān)系)上，θ3與θ1的增加成比例地增加。
即便是采用了凹部60，如圖4所示，θ5和θ1的關(guān)系與本發(fā)明形狀時同樣(θ5/θ1)＞1，但應(yīng)注意的是(θ5/θ1)的值隨著θ1的增加而增加。即不滿足上述條件2。
對于現(xiàn)有形狀的凹部60，在光束控制構(gòu)件4的反面4a一側(cè)與平面接續(xù)不順滑，傾斜變化突然。因此，從光束控制構(gòu)件4的出射面4b出射的光束不能均等擴展(參照圖17(b))，同時進入了光束控制構(gòu)件4內(nèi)的光的一部分在出射面4b進行內(nèi)部反射，不能從出射面4b出射，出射效率較差。
這種現(xiàn)有的照明單元1(圖17(b))的缺點在圖17(a)所示的使用了形成本發(fā)明形狀的凹部7的光束控制構(gòu)件4的照明單元1上并不存在。即對于從LED5出射的光中至少出射到半值強度角度范圍內(nèi)的光，除去光軸L近旁的光，來自LED5的出射角θ1與來自光束控制構(gòu)件4的出射角θ5的關(guān)系，如圖4所示，滿足(θ5/θ1)＞1的關(guān)系，同時由于θ5/θ1的值隨著θ1的增加而向逐漸變小的方向變化，所以透射過光束控制構(gòu)件4的光成為有效、均等且順暢擴展的光束(參照圖16的曲線A)。
(LED多個光源時)
在圖16中，曲線D表示在光束控制構(gòu)件4的反面4a一側(cè)按規(guī)定間隔配置多個LED5，與各LED5對應(yīng)，在光束控制構(gòu)件4的反面4a形成多個凹部7的本申請發(fā)明的照明單元1(例如圖1至圖2的構(gòu)成)中，從光漫射構(gòu)件6出射的光的光量分布。
另一方面，曲線E表示與上述同樣按規(guī)定間隔配置多個LED5，但是在光束控制構(gòu)件4的反面4a一側(cè)不形成凹部7時，從光漫射構(gòu)件6出射的光的光量分布。
從曲線D和E比較可以斷定，曲線D的出射光量的變動比曲線E少，幾乎沒有急劇的變化。即根據(jù)本發(fā)明，從光漫射構(gòu)件6出射的光量的亮度分布比由曲線E表示的照明單元更均勻化。
另外，在圖16中，曲線F表示對于在光束控制構(gòu)件4的反面4a一側(cè)形成多個圖17(b)所示的現(xiàn)有形狀的凹部60，在與各凹部60對應(yīng)地配置的多個LED5的照明單元1，從光漫射構(gòu)件6出射的光的光量分布。
在曲線F的場合，與各LED5(或凹部60)對應(yīng)地出現(xiàn)多個出射光量變化急劇的部分，出射光量的變動幅度也大。與此不同，在曲線D上，出射光量的變動也小，出射光量的急劇變化也幾乎看不見。
如此，通過本發(fā)明固有的凹部7(多個)的作用，從光束控制構(gòu)件4出射的光均等且充分?jǐn)U展，與從周圍的多個LED5發(fā)出的光混合，能夠得到如圖16的曲線D所示的均勻亮度的照明光。另外，即便在各個LED(例如白色發(fā)光的LED)5之間有發(fā)光色的參差(例如帶有發(fā)黃的顏色的深淺)，多個LED5的光也能廣泛混合。由此，其發(fā)光色的參差不明顯，能夠成為高質(zhì)量的照明。
圖18及圖19表示能夠應(yīng)用本發(fā)明的彩色發(fā)光用面光源裝置2及具備該彩色發(fā)光用面光源裝置的照明單元1。
在圖18中，去除了被照明構(gòu)件3及光漫射構(gòu)件6，用俯視圖表示照明單元1。另外，圖19是沿著圖18中的線X4-X4的剖視圖。還有，彩色用面光源裝置2是由LED5R、5G、5B及光束控制構(gòu)件4構(gòu)成。如圖所示，在照明單元1上，配置有R(紅)、G(綠)、藍(B)的LED5R、5G、5B，從而能夠進行彩色照明。
R、G、B的各顏色的LED5R、5G、5B交互配置。使來自這些LED5R、5G、5B的光從光束控制構(gòu)件4的凹部7入射到光束控制構(gòu)件4的內(nèi)部后，從其出射面4b出射，介由光漫射構(gòu)件6將出射光照射在被照明構(gòu)件3上。
如圖19所示，位于左側(cè)的LED5G的光束的端部的光越過位于正中的LED5G，一直到達位于右側(cè)的LED5G的光軸L與光漫射構(gòu)件6的交點近旁。
通過這種構(gòu)成，使所有的LED5R、5G、5B都發(fā)光時自不必說，即便是使LED5R、5G、5B中的任意一個單一發(fā)光時，來自各LED的光也能夠混合，得到亮度均勻化的高質(zhì)量的照明。
圖20表示這種彩色發(fā)光用面光源裝置2及具備該彩色發(fā)光用面光源裝置2的照明單元1的變型例。在該變型例中，在LED5R、5G、5B的任意一個的光不足的部分(圖20的光束控制構(gòu)件4的左右兩端部)，適當(dāng)?shù)刈芳恿擞糜谘a充不足的光量的LED5R、5G、5B(一部分或全部)。
追加的各LED的光軸也可以朝向框架70一側(cè)傾斜安裝。屆時，來自該追加的各LED的光在分別位于光束控制構(gòu)件4的左右兩端部的框架70、70被反射后，廣泛漫射。由此，追加的LED的光遍及整體。
另外，可以使向追加的LED供給的電壓值或電流值與向其他的LED供給的電壓值或電流值之間存在差值，調(diào)整追加的LED的發(fā)光量。
如此，圖20所示的變型例示例了將追加的LED5R、5G、5B分別配置在光束控制構(gòu)件4的左右兩端部的形態(tài)。但也可以在來自LED的光不足的部分適當(dāng)?shù)嘏渲闷渌芳拥腖ED。例如，當(dāng)在光束控制構(gòu)件4的上下兩端部存在來自LED5R、5G、5B的光的出射光不足的部分時，也可以適當(dāng)?shù)卦谶@些上下兩端部配置追加的LED5R、5G、5B。
另外，當(dāng)使LED單色發(fā)光時，也可以在光量不足的部分適當(dāng)配置LED，以實現(xiàn)發(fā)光色參差或出射光亮度的均勻化。
上述的實施方式的光束控制構(gòu)件4示例了在反面4a一側(cè)形成凹部7的形態(tài)。可是，并不限于此，也可以如圖21(a)所示，在光束控制構(gòu)件4的出射面4b一側(cè)形成凹部7。
另外，還可以如圖21(b)所示，在光束控制構(gòu)件4的反面4a一側(cè)及出射面4b一側(cè)分別形成凹部7。
上述的各實施方式的形態(tài)表示了如圖13所示，從LED出射的光的光軸與法線方向一致的構(gòu)成。然而，當(dāng)由于LED的質(zhì)量的參差或包含LED的各零件的組裝誤差等而從LED出射的光的光軸與法線產(chǎn)生微小的錯位時，本申請發(fā)明仍能夠適用。而且，在這種情況下仍能夠得到與上述的各實施方式同樣的作用效果。
權(quán)利要求
1.一種面光源裝置，包括點光源以及接受來自上述點光源的光并使其從出射面出射的光束控制構(gòu)件，其特征在于上述光束控制構(gòu)件具備與上述點光源對應(yīng)的凹部；上述凹部具有對于出射的光而言滿足下述條件1及條件2的形狀，該出射的光是在從上述點光源出射的光中至少從其最大強度的光出射的方向到出射光的強度為最大強度的一半的值的光出射的方向為止的角度范圍內(nèi)出射的光條件1從上述點光源出射的光中，除去上述出射面的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1)＞1；條件2θ5/θ1的值隨著θ1的增加而逐漸變小，其中，θ1是從上述點光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后從上述出射面出射時的出射角。
2.一種面光源裝置，包括多個點光源以及接受來自這些點光源的光并使其從出射面出射的光束控制構(gòu)件，其特征在于上述光束控制構(gòu)件具備與上述多個點光源的每個對應(yīng)的多個凹部；上述多個凹部的每個具備對于出射的光而言滿足下述條件1及條件2的形狀，該出射的光是在從與該凹部對應(yīng)的點光源出射的光中至少從其最大強度的光出射的方向到出射光的強度為最大強度的一半的值的光出射的方向為止的角度范圍內(nèi)出射的光條件1從與上述凹部對應(yīng)的點光源出射的光中，除去上述出射面的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1)＞1；條件2θ5/θ1的值隨著θ1的增加而逐漸變小，其中，θ1是從上述點光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后從上述出射面出射時的出射角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面光源裝置，其特征在于上述凹部具有第1入光面和第2入光面，這些第1入光面和第2入光面的連接部分成為拐點。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面光源裝置，其特征在于上述多個凹部的每個具有第1入光面和第2入光面，這些第1入光面和第2入光面的連接部分成為拐點。
5.一種照明單元，包括面光源裝置、光漫射構(gòu)件以及來自上述面光源裝置的光通過上述光漫射構(gòu)件照射的被照明構(gòu)件，其特征在于上述面光源裝置是根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的面光源裝置。
6.一種照明單元，包括面光源裝置、光漫射構(gòu)件以及來自上述面光源裝置的光通過上述光漫射構(gòu)件照射的被照明構(gòu)件，其特征在于上述面光源裝置是根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的面光源裝置。
7.一種光束控制構(gòu)件，接受來自點光源的光并使其從出射面出射，其特征在于具備與上述點光源對應(yīng)的凹部；上述凹部具備對于出射的光而言滿足下述條件1及條件2的形狀，該出射的光是在從上述點光源出射的光中至少從其最大強度的光出射的方向到出射光的強度為最大強度的一半的值的光出射的方向為止的角度范圍內(nèi)出射的光條件1從上述點光源出射的光中，除去上述出射面的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1)＞1；條件2θ5/θ1的值隨著θ1的增加而逐漸變小，其中，θ1是從上述點光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后從上述出射面出射時的出射角。
8.一種光束控制構(gòu)件，接受來自多個點光源的光并使其從出射面出射，其特征在于具備與上述多個點光源的每個對應(yīng)的多個凹部；上述多個凹部的每個具備對于出射的光而言滿足下述條件1及條件2的形狀，該出射的光是在從與該凹部對應(yīng)的點光源出射的光中至少從其最大強度的光出射的方向到出射光的強度為最大強度的一半的值的光出射的方向為止的角度范圍內(nèi)出射的光條件1從與上述凹部對應(yīng)的點光源出射的光中，除去上述出射面的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1)＞1；條件2θ5/θ1的值隨著θ1的增加而逐漸變??；其中，θ1是從上述點光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后從上述出射面出射時的出射角。
全文摘要
一種面光源裝置(4)，接受來自至少1個LED5的光，并使其從出射面(4b)出射。與各LED5對應(yīng)設(shè)有凹部(7)。各凹部(7)具有對于在從對應(yīng)的LED5出射的光中至少在半值強度角度范圍內(nèi)出射的光而言滿足條件1.2的形狀。條件1在從對應(yīng)的LED5出射的光中，除去出射面(4b)的法線方向近旁的光，滿足(θ5/θ1)＞1。條件2θ5/θ1的值隨著θ1的增加而逐漸變小。其中，θ1是從上述點光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后從上述出射面出射時的出射角。即便使用多個LED，也能使各LED的發(fā)光色的參差不明顯，成為沒有亮度不均的均勻的照明。
文檔編號G02F1/1335GK1721944SQ20051008420
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
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