CN1942703A - 导光体及使用其导光体的面发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是在导光体的角部设置缺口，使光由该缺口入射，根据自光源的距离及角度获得均匀的面状发光。该导光体包括具有由第1～第4边所围成的大致呈矩形的有效发光部的第1主表面和与第1主表面相对置的第2主表面，导光体的外周侧面包括沿着第1～第4边的第1～第4侧面和光入射部，所述光入射部位于夹在第1与所述第2侧面之间的角部，并以配光中心轴与第1～第4边中的任一边交叉且将有效发光部的面积2等分的方式，设定有相对于第1侧面的倾斜角。

Description

导光体及使用其导光体的面发光装置
技术领域
本发明涉及一种使入射的光由特定的光出射面射出的导光体及组合该导光体与点光源的面发光装置。
背景技术
近年来，作为液晶显示器的背光灯，已逐渐开始利用使来自发光二极管的光由板状导光体的侧面入射，并使其由导光体的主表面发出面状光的面发光装置。
该面发光装置是使来自发光二极管的光由板状导光体的侧面入射，并利用导光体内部的反射使其由特定的发光观测面出射。在此，被作为光源而使用的发光二极管，通常是多个被安装于设有供应电力的导体配线的衬底上，发光二极管的发光面与导光体的侧面相对置。
而且，近年来，随着发光二极管迈向高亮度化，已逐渐可以减少使用发光二极管的数量。尤其，在利用于手机的液晶显示器的小型背光灯中，已可从来自一个发光二极管的光中获得对背光灯所要求的光。
例如，在下列专利文献1～3所公开的面发光装置中，考虑到发光二极管的配光特性及发光二极管的光容易向导光体扩散的特性，使光由导光体的角部入射，而并非如以往一样使光由导光体的侧面入射。
另外，如果减少发光二极管的数量，那么，使来自光源的光呈面状且均匀地漫射将变得更为重要。例如，在专利文献1～3所公开的使用由角部入射的导光体的面发光装置中，利用于其发光观测的有效发光区域的形状一般呈矩形。因此，为了在矩形的四角获得均匀的亮度，有必要使其进行面状发光。
发光二极管的光所入射的导光体的角部最接近发光二极管的发光面，来自发光二极管的光可立即到达。因此，有必要使该角部以外的三个角均等地发光。图6是表示在使光由设于导光板角部的端面入射的面发光装置中，特别将导光板的角部放大的俯视图。图13是表示其立体图。
例如，如图6及图13所示，只形成被平坦地倒角的光入射面时，不能使入射的光向各方位均匀地扩散，尤其在位于偏离垂直入射于光入射面的光的前进方向的位置的区域，光线无法充分到达。
另外，例如，日本特开2001-357714号公报所公开的导光体，其在光入射面设有缺口，以使由发光二极管入射的光可扩散至导光体内部的各方位。图5是表示设于导光体角部的缺口的俯视图。另外，图12是表示图5所示的缺口从光出射面方向所视的俯视图。该缺口从导光体的光出射面方向看时，呈三角棱柱状，其由含二等边三角形的等边的侧面所构成。
以各边相等的正方形形成光出射面时，可通过在角部设置缺口而使某种程度的光漫射。
专利文献1：日本特开平10-223021号公报。
专利文献2：日本特开2000-260217号公报。
专利文献3：日本特开2001-357714号公报。
但一般所利用的导光体的光出射面为矩形。因此，从光入射的角部的方向看时，在较远区域与较近区域会产生发光亮度的差异。例如，即使设有所述以往的缺口，从光出射面看时，在位于矩形的短边方向的区域与位于矩形的长边方向的区域，也会因与角部的光程长度的差而产生发光亮度的差异。如此，在以往的导光体中，不能充分使其施行均匀而高亮度的发光。
发明内容
本发明的目的在于提供可获得更均匀且高亮度的发光装置。
为达到以上目的，本发明的第1导光体为，包括具有由第1～第4边所围成的大致呈矩形的有效发光部的第1主表面和与所述第1主表面相对置的第2主表面的导光体，其特征在于，该导光体的外周侧面包括：
分别沿所述第1～第4边的第1～第4侧面，和光入射部，该光入射部位于夹在所述第1与所述第2侧面的角部，并以配光中心轴与所述第1～第4边中的任一边交叉且将所述有效发光部的面积2等分的方式，设定有相对于所述第1侧面的倾斜角。
在本发明的第1导光体中，所述光入射部包括具有第1光漫射面和第2光漫射面的缺口，且正交于所述配光中心轴的基准面和所述第1光漫射面形成的角度θ1、与所述基准面及所述第2光漫射面形成的角度θ2也可互不相同。
如此，即使在有效发光区域的形状为矩形的情形下，也可提供以整个有效发光部均匀且高亮度的发光装置。
另外，所述缺口的形状既可为三角棱柱状，也可为三角锥状。
在本发明的第1导光体中，所述有效发光部为以所述第1边为长边的长方形时，优选所述角度θ1大于所述角度θ2。
在本发明的第1导光体中，所述有效发光区域为以所述第1边为短边的长方形时，优选所述角度θ1小于所述角度θ2。
在本发明的第1导光体中，所述第1～第4侧面中的1个侧面也可为圆弧面或局部包含圆弧面的面。
为达到以上目的，本发明的第2导光体为具有矩形光出射面，且以该矩形的角部的侧面为光入射面的导光体，其特征在于，所述光入射面具有缺口，其缺口至少具有将光导向所述矩形的对角方向的基准入射面13、将光导向所述矩形的长边方向的第1光漫射面15、及将光导向所述矩形的短边方向的第2光漫射面17，将所述基准入射面的延长面23与所述第2光漫射面17形成的角度设为θ1，将所述延长面23与所述第1光漫射面15形成的角度设为θ2时，所述角度θ1与所述角度θ2的大小则不相同。
在此，角度θ1及角度θ2既可为θ1＞θ2，也可为θ1＜θ2。
所述缺口的形状优选为三角棱柱状或三角锥状。
所述基准入射面13的宽度优选为所述缺口的宽的1至2倍。
所述基准入射面的延长面23与所述第1光漫射面15及第2光漫射面17的相交线的最短距离优选在200μm以下。
本发明的第3导光体为具有梯形的光出射面，且以该梯形的角部的侧面为光入射面的导光体，其特征在于，所述光入射面具有缺口，其缺口至少具有将光导向所述梯形的对角方向的基准入射面13、将光导向所述长边方向的第1光漫射面15、及将光导向所述短边方向的第2光漫射面17，将所述基准入射面的延长面23与所述第2光漫射面17形成的角度设为θ2，将所述延长面23与所述第1光漫射面15形成的角度设为θ1时，则所述角度θ1与所述角度θ2的大小则不相同。
在此，角度θ1及角度θ2既可为θ1＞θ2，也可为θ1＜θ2。
由所述梯形角部延伸的二边中至少一边优选为圆弧。
所述缺口的形状优选为三角棱柱状或三角锥状。
基准入射面13的宽度优选为所述缺口的宽的1至2倍。
所述基准入射面的延长面23与所述第1光漫射面15及第2光漫射面17的相交线的最短距离优选在200μm以下。
所述梯形为等腰梯形时，优选多个角部具有缺口。
另外，本发明的面发光装置的特征还在于，具有点光源和与该点光源光学连接的所述导光体。
所述点光源优选为发光二极管。
所述发光二极管优选至少具有LED晶片和变换来自该LED晶片的光的波长的萤光物质。
所述发光二极管发出来自LED晶片的光与来自所述萤光物质的光的混色光。所述混色光优选为白色系光。
与以往的导光体相比，使用本发明的导光体，可提高发光观测面的出射光的均匀性。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的导光体的俯视图。
图2是将第1实施方式的导光体的角部放大所示的俯视图。
图3是将图2的缺口放大所示的俯视图。
图4是将第1实施方式的导光体的缺口的另一方式放大所示的俯视图。
图5是将以往的导光体的含缺口的角部放大所示的俯视图。
图6是将以往的导光体的角部放大所示的俯视图。
图7是第1实施方式的导光体的立体图。
图8是在第1实施方式的导光体中，将形成有具有三角棱柱形状的缺口的光入射部的角部放大所示的立体图。
图9是在第1实施方式的导光体中，将形成有具有三角锥形状的缺口的光入射部的角部放大所示的立体图。
图10是表示将图8所示的光入射部中的基准入射面13形成为含平坦面16的缺口，以取代该基准入射面13的例子的立体图。
图11是表示将图9所示的光入射部中的基准入射面13形成为含平坦面16的缺口，以取代该基准入射面13的例子的立体图。
图12是将以往的导光体的角部放大所示的立体图。
图13是将以往的导光体的角部放大所示的立体图。
图14是表示本发明的第2实施方式的导光体的外周形状的第1例的俯视图。
图15是将图14的角部放大所示的俯视图。
图16是表示第2实施方式的导光体的第2例的俯视图。
图17是表示第2实施方式的导光体的第3例的俯视图。
图18是表示第2实施方式的导光体的第4例的俯视图。
图19是表示第2实施方式的导光体的第5例的俯视图。
图20是表示第2实施方式的导光体的第6例的俯视图。
图21是表示第2实施方式的导光体的第7例的俯视图。
图22是表示第2实施方式的导光体的第8例的俯视图。
图23是表示第2实施方式的导光体的第9例的俯视图。
图24是表示第2实施方式的导光体的第10例的俯视图。
图25是表示第1实施方式的第1变形例的导光体的俯视图。
图26是表示第1实施方式的第2变形例的导光体的俯视图。
图27是表示第1实施方式的第3变形例的导光体的俯视图。
图28是表示第1实施方式的第4变形例的导光体的俯视图。
图29是表示第1实施方式的第5变形例的导光体的俯视图。
图30是表示第1实施方式的第6变形例的导光体的俯视图。
图31是表示第1实施方式的第7变形例的导光体的俯视图。
图32是表示第2实施方式的第1变形例的导光体的俯视图。
图33是表示第2实施方式的第2变形例的导光体的俯视图。
图34是表示第2实施方式的第3变形例的导光体的俯视图。
图35是表示第2实施方式的第4变形例的导光体的俯视图。
图36是表示本发明的第3实施方式的导光体的俯视图。
图37是表示组合于第3实施方式的导光体的发光二极管的一例的立体图。
图38是图37的发光二极管的指向性图形图。
图39是表示第3实施方式的第1变形例的导光体的俯视图。
图40是表示第3实施方式的第2变形例的导光体的俯视图。
符号说明
1有效发光区域
3非观测区域
5角部
11圆弧
13基准入射面
15第1光漫射面
17第2光漫射面
19第一侧面
21第二侧面
23基准入射面的延长面
25基准入射面的延长面与第1光漫射面及第2光漫射面的相交线的距离
100导光体
具体实施方式
以下参照附图，说明实施本发明的最佳方式。但，以下所示方式是例示用于将本发明技术思想具体化的导光体及面发光装置，而并非是对本发明的导光体及面发光装置作以下的限定。并且，为使说明更为明确，示于各附图中的构件的大小及位置关系均有所夸张。
[第1实施方式]
图1是表示本方式的导光体100由光出射面的方向所视的俯视图。图2至图4是表示将本方式的导光体100的角部5放大的俯视图，尤其，图3是表示放大图2的角部缺口的俯视图。图7是表示本方式的导光体100的立体图。图8至图11是表示将本实施方式的导光体100的角部的各种形状的缺口放大的立体图。另外，图3是表示图8的缺口由垂直于光出射面所视的放大图。
第1实施方式的导光体100是在光出射面含有具有长边与短边的矩形的有效发光区域1的导光体，通过在至少斜着截断1个角部所获得的倾斜面形成缺口而构成光入射部。该倾斜面是作为定义光的入射方向及缺口形状时的基准的面，所以在本说明书中，以下又称为基准面。
另外，光入射部的缺口至少具有将光导向矩形的长边方向的第1光漫射面15、及将光导向矩形的短边方向的第2光漫射面17(图2、图3)，在缺口中也可包含第1光漫射面15及第2光漫射面17以外的面。
在图3所示的第1实施方式的导光体中，在缺口之间(或两侧)含有主要将光导向配光中心轴方向的基准入射面13。
在此，尤其，本第1实施方式的导光体100的特征在于，基准面与第1光漫射面15形成的角度θ1(基准入射面13的延长面23与第1光漫射面15形成的角度θ1)、和基准面与所述第2光漫射面17形成的角度θ2(所述延长面23与所述第2光漫射面17形成的角度θ2)互不相同。由此，确保在有效发光区域1的亮度的均匀性。另外，该角度θ1与角度θ2，在平行于导光体的光出射面的任意截面上互不相同。
另外，含基准入射面13及延长面23的平面为基准面。
即，第1实施方式的导光体100并非以作为光出射面的一方主表面(第1主表面)的整体作为有效发光区域，而是如图1所示，由于将不含光出射面的周边部的中央部分作为有效发光区域1，所以在有效发光区域1比在一方主表面的整体上更有必要确保均匀的发光。另外，导光体100的光入射部是决定于使用导光体的机器的构成部件的配置，例如设于导光体的角部。
因此，在第1实施方式中，在光出射面含有具有长边与短边的矩形的有效发光区域1，且光由角部入射的导光体中，将相对于基准面的第1光漫射面15的角度θ1与相对于基准面的第2光漫射面17的角度θ2设定为不同值，以确保在有效发光区域1的均匀发光。
具体而言，在第1实施方式的有效发光区域1中，使相对于基准面的第1光漫射面15的角度θ1小于角度θ2(换言之，使第1光漫射面15的面积大于第2光漫射面17)，以便使位于沿着长边而离开的位置的D区域的亮度与位于沿着短边而离开的位置的A区域的亮度大致相等，从而将光充分导向位于比A区域远的D区域。
如以上所述，在本发明中，将第1光漫射面15的角度θ1与第2光漫射面17的角度θ2设定为不同值，可将光充分导向位于比A区域远的D区域，使有效发光区域1的发光亮度保持均匀。在本发明中，优选进一步包含基准面的倾斜角θ3，并将倾斜角θ3、角度θ1及角度θ2最佳化，如此，可使有效发光区域1的发光亮度更为均匀。
以下，说明将倾斜角θ3、角度θ1及角度θ2最佳化的方法。
在本方法中，首先，根据在光出射面的有效发光区域的位置及范围与光入射部的位置，将基准面的倾斜角θ3设定为理想值(或范围)。
在此，光入射部被设于2个侧面(第1侧面19与第2侧面21)所夹之间的角部。如图1所示，倾斜角θ3是相对于第1侧面19的倾斜角。另外，第1侧面19是沿着有效发光区域1的长边的导光体的侧面，第2侧面21是沿着有效发光区域1的短边的导光体的侧面。
另外，有效发光区域1的位置，例如根据与导光体的外周侧面的距离定义，在第1实施方式中，例如图1所示，在有效发光区域1与导光体的外周侧面之间，具有非观测区域3a、3b、3c、3d。
作为具体步骤，首先，以利用光入射部的配光中心轴将有效发光区域1的面积大致2等分方式，设定倾斜角θ3。即，有效发光区域1的面积被配光中心轴二等分。例如，在配光中心轴与作为有效发光区域1的长边的第1边1a交叉的情形下，是设定成与对置于第1边1a的第3边1c交叉(例示于图1)。另外，在配光中心轴与作为有效发光区域1的短边的第2边1b交叉的情形下，是设定成与对置于第2边1b的第4边1d交叉。通过如此设定倾斜角θ3，经由光入射部而由光源入射的光，可在有效发光区域1中以被配光中心轴大致2等分方式而入射。
该配光中心轴垂直于倾斜角θ3所设定的光入射部的光入射端面，并在配置光源时，与由光源出射的光的照射强度的分布(指向性图形)的对称轴一致。在此，由光源出射的光的照射强度是在将光源配置于导光体的光入射部时，在含有导光体的有效发光区域的面内(或平行于有效发光部的面内)根照各方位所测定的。
在本实施方式的导光体中，即使是其指向性图形因测定照射强度的面(例如，主表面和垂直于其主表面的面)而异的光源，也可作为光源而使用。例如，具有如图37所示的半圆柱状透镜的光源，在含有该半圆柱的轴的面内所测定的出射光的指向性、与在正交于轴的面内所测定的出射光的指向性互不相同。即，在含有该半圆柱的轴的面内所测定的出射光的指向性图形，是在垂直于安装衬底的中心轴方向具有照射强度最大的单一峰值的左右对称的指向性图形(图38中以D1所示的特性)。另一方面，在正交于轴的面内所测定的出射光的指向性图形，是将垂直于安装衬底的中心轴作为对称轴，且具有左右对称的2个峰值的指向性图形(图38中以D2所示的特性)。即使是具有这种指向特性的光源，也可通过使在正交于轴的面内所测定的出射光的指向性图形的对称轴与配光中心轴一致，从而在本方式的导光体中获得均匀的光输出。另外，并非限定于半圆，也可使用椭圆等具有其他的二次曲线所围成的外形的形状。
其次，设定缺口棱镜的基准面与第1光漫射面15形成的角度θ1及基准面与所述第2光漫射面17形成的角度θ2，以使有效发光区域1内的发光亮度成为均匀状态。
具体而言，在配光中心轴与作为长边的第1边交叉的情形下，以图1中的A区域与D区域的发光亮度相等方式，在θ1小于θ2的条件下，予以最佳化。
如此一来，可使将入射光分配于长边方向的第1光漫射面的面积较大于将光分配于短边方向的第2光漫射面的面积，从而可使长边方向分配到更多的入射光，使距离光源较近的A区域与距离光源较远的D区域的亮度大致相等。由此，可使有效发光区域的发光亮度保持均匀。
另外，在第1边为短边的情形下，只要在θ1大于θ2的条件下予以最佳化即可。
根据以上本发明的方法，考虑到光源的指向特性，通过变更导光体的倾斜角θ3、缺口的角度θ1及角度θ2，可在导光体内获得最佳指向性，并可进行均匀的面发光。
以下，详细说明有关光入射部及缺口的结构、变形例等。
图1～图3所示的第1实施方式的缺口棱镜是通过基准面的延长面23、与第1光漫射面15及第2光漫射面17围成的形状所定义的棱镜。在本发明中，由这些面所形成的缺口棱镜之间，如图2及图3所示，既可形成具有将光导向配光中心轴方向的基准入射面13的导光体，也可将缺口的底面形成平行于基准面的平坦面并将该平坦面作为将光导向配光中心轴方向的入射面。
另外，在本发明中，缺口棱镜既可形成如图9所示的三角锥状，也可形成如图8所示的三角棱柱状，但优选形成如图9所示的三角锥状。如此，可通过在光出射面的方向形成呈尖端细的三角锥状的缺口，将光源的一部分包在里面，从而可提高来自光源的光入射效率。另外，在本发明中，如图11所示，在三角锥状的缺口内部，也可在第1光漫射面15与第2光漫射面17之间具有平坦面16。由此，可宽范围地使光漫射。
图8是表示三角棱柱状的缺口棱镜。图8是表示在相邻的缺口间具有位于基准面上的基准入射面13(倾斜面的一部分)的光入射部分。另外，图10是表示在缺口内部，且于第1光漫射面15与第2光漫射面17之间具有将光导向配光中心轴方向的平坦面16的缺口棱镜，以取代基准入射面13的结构。另外，图4是表示图10所示的缺口棱镜由光出射面的方向所视的俯视图。
基准入射面13的宽度优选为缺口的宽度的1至2倍。由此，可将入射光分配至导光体的各方位。在此，当缺口的形状为三角锥状时，则缺口的宽度为基准面上底边的长度，基准入射面13的宽度是指邻接缺口的顶点间的距离。另外，当缺口的形状为三角棱柱状时，则缺口及基准入射面13的宽度为基准面上的宽度。
另外，在本方式的发明中，缺口的深度25(图3所示)优选在200μm以下。这是因为如果深度过大，则对导光体的光入射效率将会降低。在此，缺口的深度25为第1光漫射面15及第2光漫射面17的相交线与基准面间的距离，缺口为三角锥状的情形，是指在底面的所述相交线与基准面间的距离。
在如以上所构成的第1实施方式的导光体中，可通过在光入射部配置点光源，构成本发明的面发光装置。在以光学连接本发明的导光体与光源所构成的面发光装置中，优选使用发光二极管作为点光源。例如，通过使用发光二极管，可比使用以往的冷阴极射线管，更能降低消耗电力，并且可提供一种能进行均匀的面发光的小型面发光装置。
第1实施方式的导光体的光入射部的理想方式之一示于图3。该图3的光入射部，具有将光导向配光中心轴方向的基准入射面13、将光导向矩形的有效发光区域的长边方向的第1光漫射面15、及将光导向矩形的有效发光区域的短边方向的第2光漫射面17。
如上所述，在第1实施方式的导光体中，将延长面23与第2光漫射面17形成的角度θ2、及延长面23与第1光漫射面15形成的角度θ1设定为θ2＞θ1。由此，可将比短边方向更多的入射光分配至有效发光区域的长边方向，从而可获得均匀的面发光。该角度θ1与角度θ2的关系在导光体的光出射面的形状为矩形或梯形，形成这些外形的边为直线时，可妥适地适用。即，导光体的外周侧面(光出射面的外周)具有分别沿着所述有效发光部的第1～第4边的第1～第4侧面和光出射部，第1～第4侧面通常为直线的面。但，本发明的导光体的侧面并不限定于直线的面，侧面也可为圆弧面。
如图14等所示，当光出射面的外周侧面的一部分为向外侧凸出的圆弧的情形时，可通过该圆弧面211，使入射于该圆弧面211的光有效地全反射，可减少位于有效发光区域外侧的、不均匀发光的且不用于发光观测的区域(以下称「非观测区域3」)。即，可提高在导光体的光出射面整体所占的有效发光区域1的比例。
该角度θ1与角度θ2的具体数值，也可因导光体的有效发光区域1的纵横比、形成基准入射面13和第1侧面19的延长面的θ3、及出射面侧为梯形形状情形的具有缺口的锐角θ4(例如，图15所示)的角度的关系而变化，并且也可因导光体的折射率等而变化。
例如，应用于手机的背光灯，在小型化·节省空间化方面均有很大要求，所利用的导光体的尺寸，主要为1.8至2.0英寸。在这种导光体中，θ1、θ2及θ3的理论范围，分别为0°至90°，但这些角度的最佳值决定于光出射面的矩形的长边和短边的比、以及构成导光体的材料的折射率，优选为如下范围。该范围为：θ1为20°至60°，θ2为30°至80°，θ3为30°至70°。
如图1所示，以区域C为中心的有效发光区域1(如图1中点线所示)为矩形。因此，含有效发光区域1的导光体的光出射面的外形轮廓呈大于有效发光区域1的外形的矩形。在此，来自发光二极管的光所入射的角部(光入射部)会被倒角，以便使发光二极管的发光面易与光入射部对置。因此，导光体的光出射面的外形轮廓并非是完整的矩形。
图25至图31是表示在第1实施方式的导光体中，将导光体的外周形状形成各种形状的变形例的俯视图(由光出射面侧所视的俯视图)，这些光出射面的外形为大致呈矩形的导光体。另外，该变形例的光出射部分别为与第1实施方式同样的构成。
在该图25至图31中，图25至图29是以俯视图表示使光由被倒角的二个角部入射的导光体例。即，设于两个角部的光入射部，分别含有设定有角度θ1与角度θ2的缺口，以便使由各光入射部入射的光可分别在有效发光部均匀地发光。如此，通过使光由多个角部入射，从而可获得均匀且高亮度的面发光。尤其，图25是表示将矩形的长边侧的二个角部5倒角的导光体例，在该倒角面设有缺口。并且，将夹在这些角部5之间的侧面形成圆弧面11。在图25中，可通过圆弧面11提高反射率，从而增大有效发光区域1的面积。图26是与图25所示的导光体同样，在两个角部5设有光入射部，并在其之间分别形成相等大小的圆弧面11a。图27是表示圆弧面11b小于图26所示导光体的圆弧面，且在该圆弧面11b之间设有平坦面10p的导光体。通过设置如该图27所示的圆弧面11b，在此圆弧面中，光可较多地被向短边方向反射，从而可使有效发光面积1的形状与图26相比，形成更为横宽的矩形。
图28是表示将图27所示的导光体中的圆弧面11b形成作为平坦面10a，以取代该圆弧面11b这个部分的导光体。另外，图29是表示将图26所示的导光体中的侧面形成作为平坦面10b，以取代其圆弧面11a的导光体。具有如此平坦面的导光体，由于成型导光体的模具容易形成，所以可降低制造费用。而且，形成圆弧面所获得的全反射效果虽然较小，但可通过对配置设计进行研究来缩小有效发光区域1以外的非观测区域3。另外，也有可能因θ1、θ2及θ3或折射率等的关系而以如图29所示的具有平坦面的形状较为理想的情形。
另外，图30是在形成于导光体的角部的通孔9中配置有发光二极管的导光体的俯视图。如此，通过将发光二极管置入导光体的内部，可使来自发光二极管的光毫无遗漏地入射于导光体。例如，如图30所示，在角部设置有通孔9，从光出射面来看，该通孔9呈矩形的细缝形状。另外，图31是表示以将缺口9k置入角部所形成的侧面作为光入射面的导光体。如此也可获得与将发光二极管配置于形成在导光体角部的通孔中的图30所示的导光体同样的效果。
在本发明中，导光体的外周形状不仅可使用矩形，也可使用梯形。
[第2实施方式]
第2实施方式的导光体是将光出射面的外周形状形成梯形(图14～图24)。
在该第2实施方式的导光体中，来自发光二极管的光入射的角部的构成与第1实施方式相同，发光二极管的发光面是以特定的角度与光入射部相对置。但在第2方式中，导光体的光出射面的形状也可非完全呈梯形。如此，通过将光出射面的形状形成梯形，从而可提高导光体的有效发光区域1的发光效率。即，第2方式可将由观测不到发光的非观测区域3出射的无谓光导向有效发光区域1。以下，详述有关第2实施方式的导光体。
第2实施方式的导光体为光出射面的外形大致呈梯形的导光体，其至少在1个角部具有与第1实施方式同样构成的光入射部。即，在第2实施方式的导光体中，光入射部的倾斜角θ3、缺口棱镜的角度θ1及角度θ2是与第1实施方式相同的方式而设定的。在第2实施方式的导光体中，光出射面虽为梯形，但其中具有矩形的有效发光区域，且与第1实施方式同样，也是在其矩形的有效发光区域定义长边方向与短边方向。具体而言，设于角部侧面的光入射部，具有将光导向配光中心轴方向的基准入射面13、将光导向长边方向的第1光漫射面15、及将光导向短边方向的第2光漫射面17。而且，基准入射面13的延长面23与第2光漫射面17形成的角度θ2，和基准入射面13的延长面23与第1光漫射面15形成的角度θ1互不相同。因此，可对应于角度θ1及角度θ2而任意设定由光源出射的光的导光体内的指向性，形成可进行均匀的面发光的导光体。
即，在第2实施方式中，也是首先以将有效发光区域2等分方式，设定配光中心轴与有效发光区域的长边交叉的角度α，根据该角度，设定缺口棱镜的基准面与第1光漫射面15形成的角度θ1及基准面与所述第2光漫射面17形成的角度θ2，以使有效发光区域内的发光亮度成为均匀状态。
其结果，在第1边为长边的情形下，将θ1设定为小于θ2的最佳值，以使图1中的A区域和D区域的发光亮度相等，在第1边为短边的情形下，将θ1设定为小于θ2的最佳值，则可获得均匀的面发光。
在第2实施方式的导光体中，也可通过将导光体的侧面形成圆弧面11，提高对该圆弧面的入射光的反射率，增大有效发光区域的面积。在第2实施方式中，优选将形成圆弧面的圆弧与形成其他侧面的边的延长线形成的角度θ5设定为钝角。由此，可使对圆弧面11的入射光全反射，进而可防止由导光体的漏光。
图14至图24是表示第二方式的导光体200的各种例。任何一种的光出射面均是在将外形形成大致呈梯形的同时，对其一部分加以变形。图14是表示将矩形的长边侧的一方侧面形成圆弧面211的导光体。另外，图15是将图14所示的导光体的角部放大所示的俯视图。如此，与采用直线的导光体相比，可使入射于导光体的光在圆弧面211全反射，从而可在提高发光面的亮度的同时，削减非观测区域。即，本方式的导光体，可在光出射面执行均匀且高亮度的发光。
另外，本方式的导光体并不限定于将由角部向矩形的长边方向延伸的边形成圆弧。例如，图16是表示具有利用由角部向矩形的长边方向延伸的圆弧所形成的圆弧面211的导光体200。图17是表示具有利用由角部向矩形的长边方向及短边方向延伸的圆弧所形成的圆弧面211a、211b的导光体200。通过形成具有这样的圆弧面的导光体，可在光出射面执行均匀且高亮度的发光。
本方式可形成除去其中任何1个或2个非观测区域的导光体。即，也可使导光体的1个或2个侧面与其对应的有效发光区域的边一致。除去的非观测区域可以为由导光体200的角部延伸的二边中的任一边侧。例如，图18是表示除去矩形的长边侧的非观测区域3a中的非观测区域3aa，并以直线形成其外缘的导光体200。图19是表示除去长边侧的非观测区域3a中的非观测区域3aa，再除去非观测区域3b中的非观测区域3bb，并以直线形成其外缘的导光体。
图20是表示将图14所示的导光体的圆弧面211形成由多个小圆弧面211s与圆弧面间的阶差211g所构成的齿状侧面211N，以取代该圆弧面211的导光体。采用具有此种形状的导光体，可使光有效地向有效发光区域1方向扩散，执行更均匀的发光。作为可获得此种效果的形状，优选如图20所示的形状，但也可形成如图21所示的锯齿形的面211E或如图22所示的波浪形的面211f。
本方式的光出射面的外形轮廓可形成等腰梯形。这是因为在采用具有2个光源的面发光装置时，考虑到对导光体的光扩散性时，等腰梯形最能获得均匀的面发光。在此，所谓等腰梯形，也包括从导光体的光出射面侧来看，其边的一部分并非以直线形成，而是以圆弧形成的情形，所以并非严格意义的等腰梯形，但从外形轮廓而言，是指所有包含可视为等腰梯形形状的形状。在具有此种形状的导光体中，角部被设置于形成外形轮廓呈等腰梯形的顶点边中的构成锐角的方位。
图32至图35是表示导光体的光出射面的外形轮廓呈等腰梯形的导光体的应用例。各图中所示的点线是表示光出射面的外形轮廓。
图32是表示将由分别形成光入射部的相邻的角部延伸的二边均形成圆弧的导光体300。即，在图32所示的导光体300中，由相邻的角部延伸的二个面为圆弧面311。另外，图33是表示将由相邻的角部5延伸的二边均形成为圆弧，且将这些圆弧中的一个圆弧形成由多个圆弧311a构成的形状的光出射面。图34是表示具有将夹在相邻的角部5之间的一边形成直线，且将夹着该直线而相互对置的二边均形成圆弧形状的光出射面。图35是表示具有将夹在相邻的角部5之间的一边形成圆弧311，且将夹着该圆弧311而相互对置的二边均形成平坦面316形状的光出射面。
[第3实施方式]
图36是表示第3实施方式的导光体300由光出射面方向所视的俯视图。第3实施方式的导光体300虽与第1实施方式同样，也是在光出射面含有具有长边和短边的有效发光区域1的导光体，但光入射部的结构却与第1实施方式不同。即，在该第3实施方式的导光体中，具有至少在1个角部含半圆形形状的缺口所构成的光入射部305，以取代含有缺口的光入射部，并且，由于根据发光二极管的指向特性设定缺口形状为半圆形形状的直径及中心角、与配光中心轴的方向，可在有效发光区域1确保均匀的发光。
以下，就第3实施方式中的配光中心轴的方向、半圆形形状的缺口直径及中心角的设定方法进行说明。
在此，首先，将相当于第1实施方式的基准面5的基准面305定义为通过半圆形形状的缺口的两端部的面(图36)。若作如此定义，则通过缺口的半圆形形状的中心而垂直于基准面305的直线即可成为光入射部的配光中心轴。
根据以上的定义，首先，以由光入射部的配光中心轴将有效发光区域1的面积大致2等分的方式，设定作为基准面305与第1边1a交叉的角度的倾斜角θ3，从而，通过配光中心轴二等分有效发光部1的面积。
如第1实施方式所述，该配光中心轴，是在配置光源时，与由光源出射的光的照射强度的分布(指向性图形)的对称轴一致的轴。
确定好配光中心轴后，其次，根据光源的外形及光源的指向特性，设定圆柱形状的缺口的中心角和直径，以使有效发光区域1内的发光亮度呈均匀状态。
如以上方式所构成的第3实施方式的导光体，通过考虑光源的指向特性而变更导光体的倾斜角θ3、圆柱形状的缺口的中心角和直径，可在导光体内获得最佳指向性，实现均匀的面发光。
该第3实施方式的导光体300可组合各种光源来使用，但优选组合具有图37所示的半圆柱状的透镜的光源使用。
图37的立体图所示的光源是在大致呈长方体形状的绝缘衬底352上面，依次形成分散有萤光体的第1透明树脂层362、及覆盖该第1透明树脂层362和绝缘衬底352的大致整个面的第2透明树脂层364，且通过这些形状实现图38所示的发光特性。
具体而言，在第1透明树脂层362中，将发光二极管358配置成固定于绝缘衬底352的状态。第1及第2透明树脂层362、364具有同轴的大致呈圆柱的形状，且具有同一宽度。并且，将作为发光面364a的第2透明树脂层364的上面形成凸状的曲面，以使其具有透镜功能，从而实现在第1实施方式中所说明的相对于对称轴而对称的图38的指向特性。另外，在此光源中，可实现以分散于第1透明树脂层362中的萤光体来调整发光二极管的发光特性的所需发光色。
组合图37所示光源350的导光体的圆柱形状的缺口，优选形成为对应于作为发光面364a的第1透明树脂层364的上面的曲面。
该第3实施方式的导光体的特征在于，如上所述，将由曲面构成的光入射面设于角部，所述曲面的配光中心轴被设定于特定方向，并且可施行种种变形。
图39是表示第3实施方式的变形例的导光体300a的俯视图。
在该变形例中，除了设有以形成半圆形形状的光入射面的方式配置光源的贯通部，与第3实施方式的导光体不同以外，其他部分的构成均与第3实施方式相同。
另外，在该变形例中，基准面是在图39中加有符号305所示的面。
另外，图40是表示第3实施方式的另一变形例的导光体300b的俯视图，除了设有2个配置光源的贯通部以外，其他构成与图39所示的变形例相同。
以如上方式构成的变形例的导光体，也可获得与第3实施方式相同的作用效果。
形成上述各形态的导光体的材料，可列举丙烯酸树脂、聚碳酸酯树脂、非晶性聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、降冰片烯系树脂、环烯烃聚合物(COP)等。本方式的导光体可以这些为材料，利用溅射成形或传递模塑成形等各种形成方法，形成板状、针状等各种形状。
适合用于作为形成导光体材料的丙烯酸树脂与其他树脂相比，透光性较高，难以发生光劣化引起的变黄。因此，具备以丙烯酸树脂为材料的导光体的面发光装置，可长时间发光而不会有光输出降低现象。
另外，聚碳酸酯树脂与其他树脂相比，耐冲击性较优。在本方式的面发光装置中，尤其是小型的面发光装置可用于手机的液晶显示器的背光灯等。因此，适合利用耐冲击性优越的聚碳酸酯树脂。
形成具备上述各种导光体与光源的面发光装置时，适合利用作为光源的发光二极管，优选为将LED晶片成形为炮弹型的发光二极管及载置于表面安装(SMD；Surface Mounted Device)型封装体的发光二极管。在该SMD型封装体中，尤其采用侧视(SV；Side View)型封装体，可将面发光装置薄型化。也可将多个发光二极管配置于导光体的一个角部。也可形成设有多个可发出任意发光色的发光二极管的光源。
发光二极管至少可具有LED晶片与变换来自LED晶片的光的波长的萤光物质。在此，萤光物质从发光效率而言，以可将来自LED晶片的光变换为更长波长的萤光物质较为理想。另外，本方式的发光二极管，可使用发出来自LED晶片的光与来自萤光物质的光的混色光的发光二极管。此混色光优选为白色系光。这是因为采用发出白色类混色光的发光二极管，可构成用于全彩显示器的面发光装置。
所述萤光物质的中心粒径优选为6μm～50μm的范围，更优选为15μm～30μm。具有这种粒径的萤光物质的光吸收率及变换效率较高，且激励波长的宽度较宽，所以优选。小于6μm的萤光物质容易形成凝聚体，在液态树脂中容易密集而沉淀。因此，会减少光的穿透率。并且，光的吸收率及变换效率不良，激励波长的宽度也较窄。
本方式的萤光物质，优选构成可被以氮化物系半导体为发光层的LED晶片所发出的光激励而发光，且基于被铈(Ce)或镨(Pr)所激活的钇·铝氧化物系萤光物质而组成的萤光体(YAG系萤光体)。具体可列举YAlO3:Ce、Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)、Y4Al2O9:Ce或它们的混合物。钇·铝氧化物系萤光物质优选含有Ba、Sr、Mg、Ca、Zn中的至少一种。另外，通过使其含有Si，可抑制结晶生长的反应，使萤光物质的粒子一致。详细而言，优选萤光物质为以通式(YzGd1-z)3Al5O12:Ce(其中，0＜Z≤1)所示的光致发光萤光体或以通式(Re1-aSma)3Re’5O12:Ce(其中，0≤a＜1、0≤b≤1，Re是选自Y、Gd、La、Sc中的至少一种，而Re’是选自Al、Ga、In中的至少一种。)所示的光致发光萤光体。另外，根据所需，除了Ce以外，也可使其含有Tb、Cu、Ag、Au、Fe、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti、Eu等。
在本方式的发光二极管中，这种光致发光萤光体也可混合被2种以上的铈所激活的钇·铝·石榴石系萤光体或其他萤光物质。通过混合由Y至Gd的置换量不同的2种钇·铝·石榴石系萤光体，可容易实现所需色调的光。
以下，详述有关本发明的实施例。当然，本发明不仅限定于以下所示的实施例。
[实施例1]
图14是表示本发明的导光体由光出射面侧所视的俯视图。本实施例的导光体是通过以丙烯酸树脂为材料的溅射成形所形成。本实施例的导光体100，包括外形轮廓呈梯形的主表面、设于该主表面的对角方向的侧面的端面、设于短边方向的基准入射面13、和设于长边方向的第1光漫射面15，并且具有设于所述端面上的缺口。
光出射面的外形轮廓呈图中点线所示的梯形。在以图14中的虚线所示的矩形的有效发光区域的长边方向上，形成光出射面的一边的长度为40.54mm，在短边方向上形成光出射面的一边的长度为35.2mm。
另外，角度θ1、θ2及θ3分别为60°、30°及40°。缺口的形状为如图8所示的三角棱柱状，缺口的宽度为150μm。在具有这种缺口的光入射面配置宽度2.8mm×进深1.2mm×高度0.8mm的侧视型发光二极管的发光面。并且，将动作电压(Vf)设定于3.6V，动作电流(If)设定于20mA，将其驱动而使其发光。
在如此获得的本实施例的面发光装置的光出射面上的一部分中，观测不到极其亮的异常发光，在其有效发光区域，可获得约1800cd/m2的亮度。
[实施例2]
本实施例的导光体的光入射面的外形轮廓与实施例1同样，也是形成如图14所示的形状。并且，在本实施例中，沿矩形的长边方向所测得的长度为48.14mm，沿短边方向所测得的长度为33.65mm。而且，角度θ1、θ2及θ3分别为45°、80°及60°。其他构成与实施例1的导光体同样。若利用本实施例的导光体形成面发光装置，则可获得与实施例1同样程度的光学特性。
[产业上的可利用性]
本发明可用于在小型化·节省空间化方面均有很大要求的背光灯。

Claims (27)

1.一种导光体，包括：具有由第1～第4边所围成的大致呈矩形的有效发光部的第1主表面、和与所述第1主表面相对置的第2主表面，其特征在于，
该导光体的外周侧面包括：
分别沿所述第1～第4边的第1～第4侧面；和
光入射部，其位于夹在所述第1与所述第2侧面之间的角部，并以配光中心轴与所述第1～第4边中的任一边交叉且将所述有效发光部的面积2等分的方式，设定有相对于所述第1侧面或所述第1边的倾斜角。
2.根据权利要求1所述的导光体，其中所述光入射部包括具有第1光漫射面和第2光漫射面的缺口，
并且，正交于所述配光中心轴的基准面和所述第1光漫射面形成的角度θ1、与所述基准面和所述第2光漫射面形成的角度θ2互不相同。
3.根据权利要求2所述的导光体，其中所述缺口的形状为三角棱柱状或三角锥状。
4.根据权利要求2或3所述的导光体，其中所述有效发光部是以所述第1边为长边的长方形，且所述角度θ1大于所述角度θ2。
5.根据权利要求2或3所述的导光体，其中所述有效发光部是以所述第1边为短边的长方形，且所述角度θ1小于所述角度θ2。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的导光体，其中所述第1～第4侧面中的1个侧面为圆弧面或局部包含圆弧面。
7.一种导光体，其特征在于，包括：
具有由第1～第4边所围成的大致呈矩形的有效发光部的第1主表面；
与所述第1主表面相对置的第2主表面；和
光入射部，其位于夹在所述导光体的4个侧面中的第1与第2侧面之间的角部，并设置于相对所述第1侧面倾斜的基准面，
所述光入射部包括：
缺口，其至少具有将光导向所述矩形的长边方向的第1光漫射面及将光导向所述矩形的短边方向的第2光漫射面；和
将光导向所述矩形的对角方向的基准入射面，
所述基准面和所述第1光漫射面形成的角度θ1、与所述基准面和所述第2光漫射面形成的角度θ2互不相同。
8.根据权利要求7所述的导光体，其中所述角度θ1大于所述角度θ2。
9.根据权利要求7所述的导光体，其中所述角度θ1小于所述角度θ2。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的导光体，其中所述第1侧面为圆弧面。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的导光体，其中所述第1侧面的局部包含圆弧面。
12.根据权利要求7至9中任一项所述的导光体，其中所述缺口的形状为三角棱柱状或三角锥状。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的导光体，其中基准入射面13的宽度为所述缺口的宽度的1至2倍。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的导光体，其中所述基准入射面的延长面23与第1光漫射面15及第2光漫射面17的相交线的最短距离为200μm以下。
15.一种导光体，其特征在于，包括：
具有由第1～第4边所围成的大致呈矩形的有效发光部的大致呈梯形的第1主表面；
与所述第1主表面相对置的第2主表面；和
光入射部，其位于夹在所述导光体的4个侧面中的第1与第2侧面之间的角部，并设置于相对所述第1侧面倾斜的基准面，
所述光入射部包括：
缺口，其至少具有将光导向所述矩形的长边方向的第1光漫射面和将光导向所述矩形的短边方向的第2光漫射面；和
将光导向所述矩形的对角方向的基准入射面，
所述基准面和所述第1光漫射面形成的角度θ1、与所述基准面和所述第2光漫射面形成的角度θ2互不相同。
16.根据权利要求15所述的导光体，其中所述角度θ1大于所述角度θ2。
17.根据权利要求15所述的导光体，其中所述角度θ1小于所述角度θ2。
18.根据权利要求15所述的导光体，其中所述4个侧面中的至少1个侧面包含圆弧面或圆弧面。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的导光体，其中所述缺口的形状为三角棱柱状或三角锥状。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的导光体，其中所述基准入射面13的宽度为所述缺口的宽度的1至2倍。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的导光体，其中所述基准入射面的延长面23与第1光漫射面15及第2光漫射面17的相交线的最短距离为200μm以下。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的导光体，其中所述第1主表面为等腰梯形，且在多个角部设有所述光入射部。
23.一种面发光装置，其特征在于，具有：点光源、及与该点光源光学连接的根据权利要求1至22中任一项所述的导光体。
24.根据权利要求23所述的面发光装置，其中所述点光源为发光二极管。
25.根据权利要求24所述的面发光装置，其中所述发光二极管至少具有LED晶片、及变换来自该LED晶片的光的波长的萤光物质。
26.根据权利要求25所述的面发光装置，其中所述发光二极管发出来自LED晶片的光与来自所述萤光物质的光的混色光。
27.根据权利要求26所述的面发光装置，其中所述混色光为白色系光。
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