CN101363588B - 发光装置及具有该发光装置的照明装置 - Google Patents

Abstract

发光装置(10)将光轴Z与发光元件(1)的发光面的交点作为基准点，设连接光入射面(2a)上的任意点和基准点的直线、与光轴Z的夹角为α₁，光入射面(2a)上的任意点与基准点的距离为R₁，则在至少α₁＜π/3的范围内，R₁随着α₁的增加而单调减少，设连接光出射面(2b)上的任意点和基准点的直线、与光轴Z的夹角为α₂，光出射面(2b)上的任意点与基准点的距离为R₂，则在至少α₂＜π/3的范围内，R₂随着α₂的增加而单调增加，设光束控制构件(2)的材料的折射率为(n)，相对于α₂的增量Δα₂的R₂的增量ΔR₂除以R₂Δα₂的值ΔR₂/(R₂Δα₂)为A₂，则A₂不到。通过这样，提供在液晶显示面板上不产生亮度不均匀、使光扩散、减少因菲涅尔反射的反射率、提高扩散性的发光装置。

Description

发光装置及具有该发光装置的照明装置

技术领域

本发明涉及发光装置及具有该发光装置的照明装置，详细来说，涉及能够用作为从液晶显示面板的背面侧呈面状照明的背照光的光源、以及室内的一般照明等各种照明的具有光束控制构件的发光装置及具有该发光装置的照明装置。

背景技术

以往，作为个人计算机及电视机等所使用的液晶显示监视器的照明装置，已知有使用多个发光二极管(以下，适当称为「LED」)作为发光元件的面光源装置。该面光源装置是在与液晶显示监视器的液晶显示面板实质上相同形状的区域内呈矩阵状配置多个LED，将来自发光元件的光利用光束控制构件形成为实质上一样的亮度分布，从液晶显示监视器的背面侧呈面状进行照明。

作为将这样的LED作为光源的发光装置，例如，可以举出有专利文献1中所揭示的发光装置100。图19所示为以往的发光装置100的剖视图。该发光装置100在背面侧平面102c具备发光元件101，再在发光元件101的周围，具备使来自发光元件101的光的方向变化的光束控制构件102。在发光装置100的上方配置液晶显示面板106，使得从光束控制构件102出射的光向液晶显示面板106上照射时的亮度分布均匀而构成。

若详细说明，则形成这样的形状，即入射至光束控制构件102的光入射面102a并到达光出射面102b的来自发光元件101的光与光轴Z的夹角φ₁、与从光出射面102b出射的光与光轴Z的夹角φ₂，满足φ₂/φ₁＞1的关系，同时使该φ₂/φ₁的值随着φ₁的增加而渐渐向减小的方向变化。

通过将光出射面102b形成为上述的形状，从而能够将从发光元件101发出的光的光束在液晶显示面板106上大范围地均匀扩散。即，在使用多个发光元件101作为光源时，来自各发光元件101的光容易混合。因而，即使来自各发光元件101的发光颜色有差异，通过光束控制构件102出射的各发光元件101的发光颜色的差异也不容易显眼，同时出射光亮度也均匀，能够实现高质量的面光源装置。

作为其它的将LED作为光源的发光装置，可以举出有专利文献2中所揭示的发光装置。

关于专利文献2的发光装置，作为光束控制构件具有：底面；从底面延长的第1周边曲面；以及从第1周边曲面延长的第1中间曲面，从底面的中心到第1中间曲面的任意地点的距离比第1中间曲面的任意地点的曲率半径要短。通过将第1中间曲面形成为上述的形状，从而能够将从发光元件发出的光的光束在液晶面板上大范围地扩散。

再有在专利文献2中，在底面的中间形成空洞。空洞的内部表面由第2周边曲面及第2中间曲面构成，从底面的中心到第2中间曲面的任意地点的距离比第2中间曲面的任意地点的曲率半径要长。通过将第2中间曲面形成为上述的形状，从而能够将从发光元件发出的光的光束在液晶面板上更大范围地扩散。

再有，在专利文献2中，在第1中间曲面的中间具有圆锥形的凹下部分，从发光元件向接近光轴方向的方向出射的光束也从光轴向远的方向折射，将光束在液晶面板上大范围地扩散。

[专利文献1]

日本国公开专利公报「特开2006-92983号公报(公开日：平成18年4月6日)」

[专利文献2]

日本国公开专利公报「特开2006-114863号公报(公开日：平成18年4月27日)」

但是，在上述以往的发光装置中，分别具有以下的问题。

在专利文献1的发光装置100中，从发光元件101到液晶显示面板106的距离越短，或者从发光元件101到配置在其周边的发光装置具有的发光元件的距离越长，则必须进一步提高光束控制构件102的扩散性。

为了提高利用光束控制构件102形成的扩散性，必须使从发光元件101出射的光，在液晶显示面板106上到达从发光元件101的正上方离开的位置。为此，必须用光出射面102b使光出射的方向尽可能向与液晶显示面板106平行的方向转弯，即用光出射面102b进行大的折射。但是，一般根据被称为菲涅尔反射的现象，若用光出射面102b使光进行大的折射，则反射光量增加，即从光出射面102b出射的光量减少。特别是，在专利文献1中例举的发光装置100中，由于光的方向的控制主要是用光出射面102b进行而构成的，因此为了提高扩散性，必须用光出射面102b使光进行更大的折射，该菲涅尔反射的影响增大。

再有，用光出射面102b反射的光如图19中的用虚线所示的箭头方向所示，利用光束控制构件102的背面侧平面102c或与背面侧平面102c接触配置的反射构件103进行反射，用光出射面102b聚光在发光元件101的正上方附近。这些结果导致，即使想要提高光束控制构件102的光扩散性，增大折射角，但结局是，由于想要到达从发光元件101的正上方离开的位置的光减少，向发光元件101的正上方聚光，因此难以提高扩散性。

再有，在专利文献1中揭示了，关于光束控制构件102的结构，若设π/2以下的一定值为δ1，光束控制构件102的扩散程度的系数为α，则在φ₁＜δ1的范围内，φ₁与φ₂的关系用φ₂＝(1+(δ1-φ₁)×α/δ1}×φ₁的关系式表示。

这里，图20所示为发光装置100的角度φ₁与角度φ₂的关系的曲线。如该图中所示，在角度φ₁较小的区域中，在有必要大于专利文献1的实施方式中揭示的发光装置100的扩散性的情况下，可形成有即使角度φ₁增加、但角度φ₂也不变化的区域。

另外，图21所示为来自图20所示那样具有扩散性的发光装置100的光线的出射方向。在该图所示的即使φ₁增加、但φ₂也不变化的区域中，如图21所示，由于光线的出射方向相同，光线集中，因此产生环状的亮线，产生亮度不均匀。为了不使这样的亮度不均匀产生，必须使α＜1，发光装置100在这样的条件下，关于得到更大的扩散性这一点，有时还不够。即仅仅是通过使φ₂/φ₁的值随着φ₁的增加而渐渐向减小的方向变化的形状，在得到更大的扩散性的观点中，有时是不够的。

在专利文献2的发光装置中，由于在第1中间曲面与第1周边曲面的边界使曲率半径急剧变化，用第1周边曲面使光向光轴方向转弯，因此将从边界附近出射的光进行聚光。在这种情况下，在液晶显示面板上产生环状的亮线。为了抑制该现象，在实施例中虽然也提出不设置第1周边曲面的类型的发光装置，但在那种情况下，形成非常大的透镜，不实用。其原因是由于使得从底面的中心到第1中间曲面的任意地点的距离比第1中间曲面的任意地点的曲率半径要短，因为用这样的形状使透镜变得很大，所以必须要第1周边曲面。

再有，在专利文献2中，还叙述了具有第1周边曲面、次中间曲面、以及最中间曲面的情况，但由于最中间曲面是圆锥形状，因此从底面的中心向光轴方向出射的光也从光轴向远离的方向折射。在这种情况下，由于各光束控制构件的光轴上变暗，因此成为产生点状的亮度不均匀的原因。这样，虽然在专利文献2中使光扩散，但难以抑制液晶显示面板上的亮度不均匀。

本发明为了解决上述问题，提供一种发光装置，该发光装置不产生液晶显示面板上亮度不均匀，使光扩散，而且还通过降低取决于菲涅尔反射的反射率，来提高扩散性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的发光装置具有：发光元件、以及控制从发光元件出射的光的光束控制构件，其中，上述光束控制构件具有：从上述发光元件出射的光入射至光束控制构件的光入射面；以及入射至上述光入射面的光从光束控制构件出射的光出射面，上述光入射面具有对于上述发光装置的基准光轴为轴对称的凹曲面部分，在将上述基准光轴与上述发光元件的发光面的交点作为基准点时，设连接上述光入射面上的任意点和上述基准点的直线、与上述基准光轴的夹角为α₁，上述光入射面上的任意点与上述基准点的距离为R₁，则在至少α₁＜π/3的范围内，R₁随着α₁的增加而单调减少，上述光出射面具有对于上述基准光轴为轴对称的凸曲面部分，同时在包含与上述基准光轴的交点的部分，是具有与上述凸曲面部分连续的凹坑的形状，设连接上述光出射面上的任意点和上述基准点的直线、与上述基准光轴的夹角为α₂，上述光出射面上的任意点与上述基准点的距离为R₂，则在至少α₂＜π/3的范围内，R₂随着α₂的增加而单调增加，设构成上述光束控制构件的材料的折射率为n，相对于上述α₂的增量Δα₂的R₂的增量ΔR₂除以R₂Δα₂的值ΔR₂/(R₂Δα₂)为A₂，则A₂不到

$1/\sqrt{n^2-1}.$

根据上述发明，由于随着连接光入射面上的任意点和基准点的直线、与基准光轴的夹角的增加，连接光入射面上的任意点与基准点的距离单调减少，因此用光入射面使光从光轴向远离的方向折射，再由于随着连接光出射面上的任意点和基准点的直线、与基准光轴的夹角的增加，连接光出射面上的任意点与基准点的距离单调增加，因此进一步用光出射面使光从光轴向远离的方向折射。这时的距离变化由于在一般的发光元件中向光轴方向出射的光度的一半以上的光度范围即π/3以内为单调增加、单调减少，因此几乎不产生亮度不均匀，能够使光均匀扩散。另外，通过使A₂为上述的值，从而抑制光出射面的全反射。因此，能够抑制光不从光出射面的一部分区域出射等造成亮度不均匀的原因。

通过以下所示的叙述，将非常清楚本发明的再有的其它目的、特征及优点。另外，通过参照附图的下面的说明，将明白本发明的好处。

附图说明

图1是表示本发明有关的发光装置的一个实施形态的剖视图。

图2是表示本发明有关的发光装置的一个实施形态的剖视图。

图3是详细表示图1所示的发光装置的剖视图。

图4是详细表示图1所示的发光装置的剖视图。

图5是详细表示图1所示的发光装置的剖视图。

图6是表示本实施形态有关的发光装置的在设σ为35mm、到液晶显示面板的距离为20mm时的角度φ₁与角度φ₂的关系的曲线。

图7是表示图5所示的发光装置10中的角度φ₁与角度φ₂/角度φ₁的关系的曲线。

图8是表示本实施形态有关的发光装置的在设σ为70mm、到液晶显示面板的距离为20mm时的角度φ₁与角度φ₂的关系的曲线。

图9是表示本实施形态有关的发光装置中的角度θ₁/角度θ₂与反射率的关系的曲线。

图10是表示本发明有关的发光装置的一个实施形态的剖视图。

图11是表示本发明有关的发光装置的其它实施形态的剖视图。

图12是表示本发明有关的发光装置的其它实施形态的剖视图。

图13是表示本发明有关的发光装置的其它实施形态的剖视图。

图14是表示本发明有关的发光装置的其它实施形态的剖视图。

图15是表示本发明有关的发光装置的其它实施形态的剖视图。

图16是表示采用本发明有关的发光装置时的液晶显示面板上形成的亮度分布的曲线。

图17是表示本发明有关的发光装置的其它实施形态的剖视图。

图18是表示本发明有关的具有光散射面的发光装置的一个实施形态的剖视图。

图19是表示以往的发光装置的剖视图。

图20是表示图19所示的以往的发光装置的角度φ₁与角度φ₂的关系的曲线。

图21是表示图19所示的以往的发光装置的光线的出射方向图。

[标号说明]

1发光元件

2光束控制构件

2a光入射面

2b光出射面

2c底面

2d皱纹面

2e光散射面

2f端面

3反射片(光入射抑制部)

4反射构件(光入射抑制部)

5光散射部

6液晶显示面板

10～16发光装置

α₁角度

α₂角度

Δα₁角度

Δα₂角度

R₁距离

R₂距离

P聚光点

P₁入射点

P₂出射点

Z光轴(基准光轴)

具体实施方式

[实施形态1]

若根据图1～图9来说明本发明的一个实施形态，则如下所述。图1所示为本实施形态有关的发光装置10的剖视图。在该图所示的发光装置10中，具备发光元件1、以及覆盖该发光元件1的周围那样的光束控制构件2。光轴(基准光轴)Z的方向，是指从发光元件1出射的光的立体出射光束的中心的光的前进方向。在该图中，为方便起见，将从发光元件1垂直向上的方向设为光轴(基准光轴)Z。

另外，发光装置10具有以光轴Z为中心的、旋转对称的形状。另外，对于发光元件1，不一定必须是旋转对称，也可以是长方体等形状。光束控制构件2使得从发光元件1出射的光L的方向改变，即通过使光L向接近垂直于光轴Z的方向转弯，从而使光L扩散。

光束控制构件2是使得从发光元件1出射的光L的方向改变用的构件，虽不是特别被限定的构件，但比较好的是能够采用折射率为1.45以上、1.65以下的透明材料。另外，更加好的是能够利用折射率为1.49的聚甲基丙烯酸甲酯、(PMMA)、折射率为1.59的聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等透明树脂材料或透明玻璃形成的构件。

光束控制构件2具有是内表面的光入射面2a、是外表面的光出射面2b、以及连接光入射面2a与光出射面2b的底面2c。光束控制构件2的内部形成空洞，在该空洞部分设置发光元件1。发光元件1是以光轴Z为中心向周围出射光的构件。作为发光元件1，可以采用众所周知的LED芯片等，不是特别被限定的构件。

光束控制构件2的内表面的光入射面2a的截面形状如该图所示，由于在光轴Z上与光轴Z实质上垂直相交，在光轴Z附近的轮廓线的倾斜有很大变化，而在离开光轴Z的地方的轮廓线的倾斜不太变化，因此形成吊钟形状。另外，光束控制构件2的外表面的光出射面2b的截面形状具有的形成是，在光轴Z附近的轮廓线的倾斜与光轴Z实质上垂直，倾斜变化小，在离开光轴Z的地方的轮廓线的倾斜变化增大，逐渐变化为与光轴Z平行的方向。另外，光出射面2b的光轴Z附近的形状形成凹下形状。

另外，图2所示为本实施形态有关的发光装置11的剖视图。在本实施形态中，由于在光入射面2a及光出射面2b的两面中使光的方向变化，因此，也可以像发光装置11的光出射面2b在光轴Z附近的形状那样形成为凸起形状。

这里，图19所示的专利文献1的发光装置100，由于仅在光出射面102b使光的方向变化，因此光出射面102b的光轴Z附近的形状成为凹下形状。但是，根据本实施形态，不像发光装置100那样限定于凹下形状，能够像发光装置10或发光装置11那样形成凸起形状或凹下形状，能够拓宽设计的自由度。

下面，根据图3，说明光束控制构件2的光出射面2b中使光L的方向变化的结构。该图是详细表示图1所示的发光装置10的一部分的剖视图。

在该图中，光入射面2a具有对于发光装置10的基准光轴Z为轴对称的凹曲面部分，在将基准光轴Z与发光元件1的发光面的交点作为基准点O时，设连接光入射面2a上的任意点P₃和基准点O的直线、与基准光轴Z的夹角为α₁，光入射面2a上的任意点P₃与基准点O的距离为R₁，如果是一般的发光元件的光度分布特性即朗伯分布时，则在向光轴方向出射的光度的一半以上的光度范围即α₁＜π/3的范围内，至少R₁随着α₁的增加而单调减少。

这里，在本说明书中，只要不是特别事先说明，采用弧度来表示角度。接着，光出射面2b具有对于基准光轴Z为轴对称的凸曲面部分，同时在包含与基准光轴Z的交点的部分，是具有与凸曲面部分连续的凹坑的形状，设连接光出射面2b上的任意点P₄和基准点O的直线、与基准光轴Z的夹角为α₂，光出射面2b上的任意点P₄与基准点O的距离为R₂，则在至少α₂＜π/3的范围内，R₂随着α₂的增加而单调增加。

这时，入射至光入射面2a的光L向外侧折射，在从光出射面2b出射时，使其进一步向外侧折射。以下表示其原理。在光入射面2a上的点P₃处，假设光入射面的形状是即使α₁增加而R₁也不变化的形状时，即该图的剖视图中，相对于α₁的增量Δα₁的R₁的增量ΔR₁为0时，光入射面的形状成为以基准点O作为中心的半径R₁的圆，由于光垂直入射至光入射面，因此不改变光的方向进行传播。

另外，在光入射面的形状是R₁随着α₁的增加而减少的形状时，即该图的剖视图中，相对于α₁的增量Δα₁的R₁的增量ΔR₁为ΔR₁＜0时，光入射面2a上的点P₃的切线形成比以基准点O作为中心的半径R₁的圆更接近与光轴Z平行的角度，这时从基准点O出射、并入射至任意点P₃的光向离开光轴的方向转弯，在光束控制构件2内传播。这时，若设ΔR₁/R₁Δα₁＝A₁，则A₁为A₁＜0。

接着，由于在光出射面2b为相反，R₂随着α₂的增加而增加，因此光出射面2b上的点P₄的切线形成比以基准点O作为中心的半径R₂的圆的切线更接近与光轴Z垂直的角度，从连接基准点O与点P₄的直线的方向入射至点P₄的光进一步向离开光轴Z的方向转弯。实际上由于有光入射面2a，因此如该图所示，实际上入射至点P₄的光L和点P₄的法线的夹角、大于连接基准点O与点P₄的直线和点P₄的法线的夹角，进一步向离开光轴的方向转弯。这样，通过使用具有以上特性的光入射面2a及光出射面2b，能够得到提高扩散性的发光装置。

下面，参照图4，叙述从光出射面2b使光出射用的条件。首先，考虑从连接基准点O与光出射面上的点P₄的直线的方向入射至点P₄的光线。

若设点P₄的法线和连接基准点O与点P₄的直线的夹角为β，α₂仅变化微小量Δα₂时的R₂的变化量为ΔR₂，

则tanβ＝ΔR₂/R₂Δα₂。接着，若设折射率为n，则为了从光出射面出射，必须是nsinβ≤1。设ΔR₂/R₂Δα₂＝A₂，则若整理上式，成为

$A_2\≤1/\sqrt{n^2-1}$

这成为从连接基准点O与光出射面上的点P₄的直线的方向入射至点P₄的光线从光出射面2b出射用的条件。以上是对于从基准点O出射的光在光入射面2a不转弯而到达光出射面2b的情况，但实际上由于用光入射面2a产生折射，因此到达光出射面2b上的点P₄的光的入射角大于β。因此，在

$A_2\≥1/\sqrt{n^2-1}$

的条件下，一定产生全反射。这样，至少A₂必须不到

$1/\sqrt{n^2-1}$

以上，叙述了α₁＝0、及α₂＝0以外的部分，但在α₁＝0、及α₂＝0时，由于必须将从发光元件1向光轴方向出射的光向光轴方向出射，因此A₁及A₂成为0。通过这样，能够抑制专利文献2中成为问题的、在发光元件1的正上方变暗的缺点。

在图5中，将从发光元件1出射、并到达光入射面2a的光L、与光轴Z的夹角设为φ₁。再将入射至光入射面2a后到达光出射面2b并从光出射面2b出射的光L、与通过光L在光出射面2b中到达的出射点P₂并与光轴Z平行的线的夹角设为φ₂。

另外，在该图中，将从发光元件1出射的光L入射至光入射面2a的点表示作为光入射点P₁，将从光入射点P₁入射的光L与光入射点P₁的法线的夹角表示作为θ₁。另外，将透过光束控制构件2之中、并入射至光出射面2b的光L的出射面中的点表示作为光出射点P₂，将到达光出射点P₂的光L与光出射点P₂的法线的夹角表示作为θ₂。

如该图所示，从发光元件1出射的光L入射至光入射面2a，在光束控制构件2的内部传播后，从光出射面2b按照斯涅尔定律向外部(例如，空气中)出射。这时，从本发明有关的光束控制构件2出射的来自发光元件1的光束，从光轴Z远离那样进行折射而出射。

在上述的发光装置10中，由于进一步提高扩散性，抑制亮度不均匀，因此使得从发光元件1出射的光L在液晶显示面板上呈高斯分布那样，形成在发光装置10的光轴Z上亮、随着从光轴Z上离开而变暗的分布，被认为这是理想的。因此，发明者进行了专心研究的结果是，对于从光度分布特性为P(φ₁)的发光元件1出射的光L，发现了以下的条件。

即，在从光束控制构件2沿光轴Z的方向离开一定距离、对光轴Z的方向垂直配置的平面上，将从光轴Z起的距离设为r，将从发光元件1出射的光L与光轴Z的夹角设为φ₁，利用下式(1)求出A。

$A={\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}P\left({\mathrm{\φ}}_1\right)\sin {\mathrm{\φ}}_{1}d{\mathrm{\φ}}_1$ …式(1)

设C为r＝0时满足φ₁＝0那样规定的常数，σ为表示扩散性的常数，这时发现，满足下式(2)的条件的情况下，能够使得来自光度分布特性为P(φ₁)的发光元件1的光L在平面上、例如液晶显示面板上呈高斯分布。

$\∫P\left({\mathrm{\φ}}_1\right)\sin {\mathrm{\φ}}_{1}d{\mathrm{\φ}}_1=-A{e}^{\frac{-r^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}+C$ …式(2)

这样，通过上述发光元件1满足上述的条件，从而能够使得光L在液晶显示面板上呈高斯分布，能够抑制在上述平面上产生环状的亮线及发光装置10上的亮点等。通过这样，能够抑制从发光元件1出射的光L的亮度不均匀。

特别重要的是，一般的LED的光度分布特性即用P(φ₁)＝P₀cosφ₁(P₀为常数)表示的朗伯分布，如果满足下式(3)的条件，则能够将朗伯分布在上述平面上(液晶显示面板)变换为高斯分布。

${\mathrm{\φ}}_1=\frac{{\cos }^{-1}[2e\frac{-r^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}-1]}{2}$ …式(3)

通过这样，能够进一步抑制从发光元件1出射的光L的亮度不均匀。

在图19的发光装置100中，设到达液晶显示面板106的距离为20mm，这时专利文献1所揭示的α＝1的透镜形状，是根据上述式(1)及式(2)，与σ＝30mm左右相对应，由专利文献1的发光装置100的形状可知，难以将扩散性提高到它之上。

图6是表示在设σ为35mm、到液晶显示面板的距离为20mm时的φ₁与φ₂的关系的曲线。如该图所示，φ₂随着φ₁的增加而单调增加，不产生图20所示那样的即使φ₁增加而φ₂也不变化的区域。另外，图7是表示图6中的φ₁与φ₂/φ₁的关系的曲线。在专利文献1所揭示的设计法中，φ₁与φ₂/φ₁的关系是直线性变化的，但如图7所示可知，φ₁与φ₂/φ₁的关系不是直线，是在中途有拐点的关系。

再有，图8是表示提高扩散性、σ＝70mm的φ₁与φ₂/φ₁的关系。在图8中，与专利文献1的不同更清楚，在本发明中可知，在φ₁较小的区域中，随着φ₁的增加，使φ₂/φ₁的值一口气减少，在φ₁较大的区域中，随着φ₁的增加，使φ₂/φ₁的值慢慢地接近1。

图9是表示发光装置10中的θ₁/θ₂与反射率的关系的曲线。在该图中，纵轴表示反射率，横轴以对数表示θ₁/θ₂。另外，反射率表示包含用光入射面2a及光出射面2b的两个面的反射的反射率。在以往技术的图19的发光装置100中，θ₁/θ₂＝0(在发光装置100中，始终是θ₁＝0)。该图中的各曲线的渐近线的值成为以往技术的反射率。例如，用虚线表示对Δφ＝7π/45的曲线的渐近线，为15.8％。即在Δφ＝7π/45时，在以往技术中反射率成为15.8％。

在本实施形态有关的发光装置10中，与以往技术有关的发光装置100不同，在光入射面2a及光出射面2b的两个面中，由于使光L的方向变化，因此各曲线的反射率低于渐近线的值，可知与发光装置100相₁/比，能够抑制反射率。另外可知，在设Δφ为一定时，反射率成为最小的是在θ₁/θ₂＝1时，即θ₁＝θ₂时，Δφ越大，则反射率越大。

为了利用光束控制构件2来提高光L的扩散性，由于必须使从发光元件1出射的光尽量接近垂直于光轴Z的方向，因此必须增大Δφ。另外，由于在发明者的利用光线跟踪的分析中确认，若光束控制构件2的因菲涅尔反射的反射率最大，超过15％，则难以提高扩散性，因此最好使反射率为15％以下。关于使反射率为15％以下的条件，研究了上述的曲线，可用以下的式(9)～式(15)表示。

Δφ≤3π/20时，0≤θ₁/θ₂≤∞            …式(9)

Δφ＝7π/45时，1/25.8≤θ₁/θ₂≤25.8     …式(10)

Δφ＝π/6时，1/6.8≤θ₁/θ₂≤6.8         …式(11)

Δφ＝7π/36时，1/2.5≤θ₁/θ₂≤2.5       …式(12)

Δφ＝2π/9时，1/1.6≤θ₁/θ₂≤1.6        …式(13)

Δφ＝π/4时，1/1.2≤θ₁/θ₂≤1.2         …式(14)

Δφ＝23π/90时，1/1.1≤θ₁/θ₂≤1.1      …式(15)

另外，在Δφ≥47π/180时，不能使反射率为15％以下。若考虑这些情况，则通过满足下式(4)～式(8)及式(16)的任一条件，能够将反射率抑制为15％以下，与以往技术有关的发光装置100相比，能够提高光L的扩散性。

Δφ≤7π/45时，1/25.8≤θ₁/θ₂≤25.8     …式(4)

Δφ≤π/6时，1/6.8≤θ₁/θ₂≤6.8            …式(5)

Δφ≤7π/36时，1/2.5≤θ₁/θ₂≤2.5          …式(6)

Δφ≤2π/9时，1/1.6≤θ₁/θ₂≤1.6           …式(7)

Δφ≤π/4时，1/1.2≤θ₁/θ₂≤1.2            …式(8)

Δφ≤23π/90时，1/1.1≤θ₁/θ₂≤1.1         …式(16)

另外，使用本实施形态有关的发光装置，能够提供具有该发光装置的照明装置。上述照明装置由于具有本实施形态有关的发光装置，因此能够提供通过减少因菲涅尔反射的反射率、而提高扩散性的照明装置。作为照明装置的具体例子，可以举出有液晶显示装置、背光源、布告板等。

在将以上的结构用作为液晶显示装置用的背光源时，在设置液晶显示面板的发光装置10的上方、而且在垂直于光轴Z的面上，光束控制构件与不是本实施形态的情况相比，能够向着离开发光元件1的位置均匀地扩散，进行出射。通过这样，能够因菲涅尔反射的反射率，能够提供可以提高扩散性的发光装置10。

[实施形态2]

若根据图10～图12来说明本发明有关的其它实施形态，则如下所述。另外，在本实施形态中说明的以外的结构与上述实施形态1相同。另外，为便于说明，对于具有与实施形态1中各附图所示的构件相同的功能的构件，附加同一标号，并省略其说明。

图10为本实施形态有关的发光装置10的剖视图。在该图的发光装置10中，发光元件1与光束控制构件2比较离开一些配置。在这样的结构的情况下，从发光元件1出射的光的一部分不入射至光入射面2a，而能直接入射至底面2c。然后，上述光在光束控制构件2中传播，在光出射面2b处聚光，作为光L1在液晶显示面板6上产生以发光元件1的正上方为中心的圆形的亮线。其结果，有可能妨碍改善液晶显示面板6上的亮度不均匀。

为了避免这样的现象，发明者创造了具有反射抑制部的发光装置。图11为本实施形态有关的发光装置12的剖视图。在发光装置12中，与实施形态1中说明的发光装置10不同，在垂直于光轴Z的、包含发光元件1的平面上具备反射片3。另外，在底面2c的下部，与反射片3相对具备反射构件(光入射抑制部)4。在反射片3与反射构件4之间，也可以有间隙。

作为反射片3，具体来说，可以使用对聚酯等树脂添加白色颜料的薄膜、或内部含有微细气泡的薄膜等众所周知的反射片，不是特别限定的材料。另外，作为反射构件4也同样，可以使用对聚酯等树脂添加白色颜料的薄膜、或内部含有微细气泡的薄膜等众所周知的反射构件，不是特别限定的材料。

反射片3与反射构件4的间隙最好是0，使得来自发光元件1的光不直接入射至底面2c，但由于构成发光装置12的构件的误差等，实际上会产生间隙。

根据发光装置12，从发光元件1出射的光之中，从上述间隙侧向着底面2c的光被反射构件4反射，然后，到达反射片3，再被反射片3反射。因而，从发光元件1向底面2c直接出射的光，不能入射至光束控制构件2。

所以，由于能够抑制从发光元件1出射的光从不希望的底面2c入射，因此能够减少在液晶显示面板6上产生圆形的亮线。另外，由于被反射构件4反射的光被设置在发光元件1的周围的反射片3反射，因此最终用作为对液晶显示面板6进行照明的光，因此光利用效率不容易降低。

以上，叙述了设置反射构件作为光入射抑制部的方法，但也可以如图12所示的发光装置13那样，作为光入射抑制部，是将底面2c形成为进行了皱纹加工的皱纹面2d。所谓皱纹面，是指进行了皱纹加工的面，例如可以举出有加工成微细凹凸、印刷的点图形等的面。

由于具有上述的结构，因此入射至皱纹面2d的光产生散射，在液晶显示面板6上产生的圆形的亮线变得模糊，所以亮度不均匀变得不容易显眼。另外，由于通过对金属模具施加皱纹加工，从而在光束控制构件成型时同时设置皱纹面2d，因此还能够达到降低成本。

[实施形态3]

若根据图13～图18来说明本发明有关的其它实施形态，则如下所述。另外，在本实施形态中说明的以外的结构与上述实施形态1相同。另外，为便于说明，对于具有与实施形态1中各附图所示的构件相同的功能的构件，附加同一标号，并省略其说明。

图13为本实施形态有关的发光装置14的剖视图。在发光装置14中，在底面2c上具备楔形的光散射部5。作为光散射部5，若是具有楔形等的棱镜的斜面那样，使光反射，并使光的方向变为对光轴Z接近垂直，则无特别限定，可以使用。在该图中，光散射部5是对光轴Z为旋转对称的形状，在光轴Z的周围形成作为一连串的形状，但也可以在光轴Z的周围不是一连串的形状，而是部分形成。

为了详细说明光散射部5，首先，说明没有光散射部5的发光装置在液晶显示面板上的亮度分布。图14是表示没有光散射部5的发光装置15的剖视图。

在发光装置15中，从发光元件1出射的光入射至光入射面2a，然后，在光出射面2b处作为光L1出射。这里，一部分光因菲涅尔反射就不从光出射面2b出射而被反射，再在底面2c因菲涅尔反射、或因与底面2c接触的反射片3而被反射，再次到达光出射面2b。到达光出射面2b的光因光出射面而接近光轴，作为光L2到达液晶显示面板6。

这样在发光装置15中，由于液晶显示面板6的光轴Z附近的亮度有增加的趋势，因此往往在光轴Z附近产生亮度不均匀。

接着，说明具有光散射部5的发光装置在液晶显示面板上的亮度分布。图15是具有光散射部5的发光装置14的剖视图。

在发光装置14中，从发光元件1出射的光入射至光入射面2a，然后，在光出射面2b处作为光L1出射。这里，一部分光与发光装置15相同，因菲涅尔反射就不从光出射面2b出射而被反射，聚光在底面2c的聚光点P。在发光装置14中，由于在聚光点P附近形成光散射部5，因此被菲涅尔反射的光聚光于光散射部5，虽然一部分如光L3那样向着接近与光轴Z平行的方向出射，但大部分作为光L4，接近垂直于光轴Z的方向出射。通过这样，能够利用光束控制构件2及光散射部5来控制从发光元件1出射的光的大部分，使其接近垂直于光轴Z的方向。这样，通过发光装置具备光散射部5，从而能够进一步抑制亮度不均匀。

关于光散射部5的设置位置，如果能够如图15所示使来自光出射面2b的光更多地、相对于光轴Z接近垂直方向侧，则不是特别限定的。在将光散射部5配置在聚光点P位置时，由于能够以更小的棱镜形状，控制更多的在光出射面2b被菲涅尔反射的光，使其接近垂直于光轴Z的方向，因此较好。另外，作为聚光点P的大致位置，是底面2c的靠近光出射面2b处。

图16是表示采用发光装置14及发光装置15时的液晶显示面板6上形成的亮度分布的曲线。在该图中，纵轴表示液晶显示面板6上的相对亮度。另外，横轴表示液晶显示面板6上的位置，将各发光装置中的发光元件1的正上方作为横轴的中心。该图中，实线的曲线表示具有光散射部5的发光装置14的亮度分布，另外，虚线的曲线表示没有光散射部5的发光装置15的亮度分布。

若将该图的实线曲线与虚线曲线进行比较，则可知，在发光装置14中，通过具备光散射部5，从而与发光装置15相比，抑制了发光元件1的正上方部分的亮度。由于该图的虚线所示的发光元件1的正上方的亮度成为发光元件1的正上方变亮的亮度不均匀的原因，因此通过这样在发光装置14中具备光散射部5，从而能够更难产生液晶显示面板6上的亮度不均匀。

图17是表示入射至光入射面2a的光在到达光出射面2b之前而到达光散射部5时的发光装置14的剖视图。

如上所述，根据发光装置14，从发光元件1出射的光在没有到达光散射部5、而从光出射面2b出射时，作为L1出射。这样，能够提高从发光元件1出射的光的扩散性。这里，如该图所示，从发光元件1出射的光的一部分在入射至光入射面2a后，在到达光散射部5之后到达光出射面2b，作为L5向光束控制构件2的外部出射。如该图中的图示那样，从发光元件1出射的光的一部分在入射至光入射面2a后，利用光散射部5来改变其方向，变为与光轴Z的方向平行的方向侧。即若产生光L5，则提高来自发光元件1的光的扩散性的效率降低。

为了抑制产生上述那样的L5，更提高来自发光元件的光的扩散性，发明者创造了以下的发光装置。图18是表示具备光散射面2e的发光装置16的剖视图。

发光装置16的光束控制构件2在光出射面2b中使得从发光元件1出射的光出射的一侧(外部侧)，具备光散射面2e，光散射面2e具有与光轴Z垂直的面，再在光散射面2e的外部侧的端部，形成对底面2c垂直的端面2f，与底面2c相连。

如图该所示，从发光元件1出射的光入射至上述光入射面2a，在到达上述光出射面2b之前，到达光散射部5的光在光散射面2e作为L6进行散射。因此，能够抑制图17中的光L5那样、因向平行于光轴Z的方向侧移动的光而产生的环状的亮线，能够更有效地使来自发光元件1的光扩散。具体来说，利用发光装置16向液晶显示面板出射的光，在特定的部分产生圆形亮线的程度减小。即通过设置光散射面2e，能够容易抑制亮度不均匀。

在即使采取了以上的措施也产生亮点或亮线时，只要根据作为亮度目标的高斯分布，将亮点或亮线产生的部分的亮度考虑到亮点或亮线的产生程度，降低亮度，将它作为新的亮度目标来设计透镜即可。

另外，本发明不限定于上述的各实施形态，在权利要求项所示的范围内，能够进行各种变更，对于将不同的实施形态中分别揭示的技术性方法进行适当组合而得到的实施形态，也包含在本发明的技术范围内。

本发明的发光装置如上所述，上述光入射面具有对于上述发光装置的基准光轴为轴对称的凹曲面部分，在将上述基准光轴与上述发光元件的发光面的交点作为基准点时，设连接上述光入射面上的任意点和上述基准点的直线、与上述基准光轴的夹角为α₁，上述光入射面上的任意点与上述基准点的距离为R₁，则在至少α₁＜π/3的范围内，R₁随着α₁的增加而单调减少，上述光出射面具有对于上述基准光轴为轴对称的凸曲面部分，同时在包含与上述基准光轴的交点的部分，是具有与上述凸曲面部分连续的凹坑的形状，设连接上述光出射面上的任意点和上述基准点的直线、与上述基准光轴的夹角为α₂，上述光出射面上的任意点与上述基准点的距离为R₂，则在至少α₂＜π/3的范围内，R₂随着α₂的增加而单调增加，设构成上述光束控制构件的材料的折射率为n，相对于上述α₂的增量Δα₂的R₂的增量ΔR₂除以R₂Δα₂的值ΔR₂/(R₂Δα₂)为A₂，则A₂不到

$1/\sqrt{n^2-1}$

因此，具有能够使得从发光元件出射的光在大范围内均匀扩散的效果。

另外，对于本发明的发光装置，最好上述光束控制构件由折射率为1.45以上、1.65以下的透明材料制成。

由于上述光束控制构件是折射率为1.45以上、1.65以下的透明材料，因此能够利用丙烯或聚碳酸酯等材料，能够减少成本。

另外，最好在上述光入射面中，设相对于上述α₁的增量Δα₁的R₁的增量ΔR₁除以R₁Δα₁的值ΔR₁/(R₁Δα₁)为A₁，在α₁为0时，A₁为0，在上述光出射面中，在α₂为0时，A₂为0。

通过这样，能够抑制发光装置的光轴附近变暗，能够抑制亮度不均匀。

另外，对于本发明的发光装置，最好在上述光入射面中，上述A₁的最大值在α₁为从0到π/4的范围内。

通过这样，能够抑制在液晶显示面板上光集中在发光装置的光轴附近，能够抑制亮度不均匀。

即，由于在上述光入射面中，上述A₁的最大值在α₁为从0到π/4之间，因此在来自发光元件的光集中的光轴附近使得将光转弯的角度急剧增加，通过这样使发光装置光轴上的光量减少，在从光轴离开的区域中，慢慢地使转弯的角度重新恢复，从而由于能够更提高扩散性，因此利用发光装置得到均匀的亮度分布，能够抑制配置多个发光装置时的亮度不均匀。

另外，对于本发明的发光装置，最好上述光束控制构件具有连接上述光入射面与上述光出射面的底面，在上述底面上具有抑制从发光元件出射的光的入射的光入射抑制部。

通过这样，能够利用光入射抑制部来抑制从发光元件出射的光从上述底面入射。通过这样，能够抑制由于光从不希望的方向入射至光束控制构件、而利用发光装置产生的亮度不均匀。

另外，对于本发明的发光装置，最好上述光入射抑制部是对上述底面施加皱纹加工的皱纹部。

通过这样，能够将上述光入射抑制部与光束控制构件同时形成，能够以低成本形成光入射抑制部。

另外，本发明的照明装置具有上述发光装置。

通过这样，能够提供减少因菲涅尔反射的反射率、提高扩散性的照明装置。

另外，在实施发明用的最佳形态的项目中进行的具体的实施形态或实施例，始终也是阐明本发明的技术内容的，不应该仅限定于那样的具体例进行狭义的解释，在本发明的精神及下述的权利要求的范围内，能够进行各种各样的变更并加以实施。

工业上的实用性

本发明的照明装置可用作为液晶显示装置的背光源。本发明的照明装置特别可适用作为大型液晶显示装置的背光源。

Claims (5)

1.一种发光装置，具有发光元件、以及控制从发光元件出射的光的光束控制构件，其特征在于，

所述光束控制构件具有：

从所述发光元件出射的光入射至光束控制构件的光入射面；以及

入射至所述光入射面的光从光束控制构件出射的光出射面，

所述光入射面具有对于所述发光装置的基准光轴为轴对称的凹曲面部分，

在将所述基准光轴与所述发光元件的发光面的交点作为基准点时，设连接所述光入射面上的任意点和所述基准点的直线、与所述基准光轴的夹角为α₁，所述光入射面上的任意点与所述基准点的距离为R₁，则在至少α₁＜π/3的范围内，R₁随着α₁的增加而单调减少，

所述光出射面具有对于所述基准光轴为轴对称的凸曲面部分，同时在包含与所述基准光轴的交点的部分，是具有与所述凸曲面部分连续的凹坑的形状，

设连接所述光出射面上的任意点和所述基准点的直线、与所述基准光轴的夹角为α₂，所述光出射面上的任意点与所述基准点的距离为R₂，则在至少α₂＜π/3的范围内，R₂随着α₂的增加而单调增加，

设构成所述光束控制构件的材料的折射率为n，相对于所述α₂的增量Δα₂的R₂的增量ΔR₂除以R₂Δα₂的值ΔR₂/(R₂Δα₂)为A₂，则A₂不到

将从发光元件出射并到达光入射面的光、与基准光轴所成的夹角设为φ₁，

将入射至光入射面后到达光出射面并从光出射面出射的光、与通过所述光在光出射面中到达的出射点并与基准光轴平行的线所成的夹角设为φ₂，

φ₂随着φ₁的增加而单调增加，

φ₂/φ₁随着φ₁的增加而减小，

在φ₁为0到π/2的范围中，φ₂/φ₁的变化中具有拐点，

在所述光入射面中，设相对于所述α₁的增量Δα₁的R₁的增量ΔR₁除以R₁Δα₁的值ΔR₁/(R₁Δα₁)为A₁，在α₁为0时，A₁为0，

在所述光出射面中，在α₂为0时，A₂为0，

在所述光入射面中，所述A₁的最大值在α₁为从0到π/4之间。

2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述光束控制构件由折射率为1.45以上、1.65以下的透明材料制成。

3.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，

所述光束控制构件具有连接所述光入射面与所述光出射面的底面，在所述底面上具有抑制从发光元件出射的光的入射的光入射抑制部。

4.如权利要求3所述的发光装置，其特征在于，

所述光入射抑制部是对所述底面施加皱纹加工的皱纹部。

5.一种照明装置，其特征在于，

具备权利要求1所述的发光装置。

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