CN203131596U - 面状照明装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种在具备点状光源和导光板的面状照明装置中，能够获得具有窄指向性且灰度均匀性优异的照明光的面状照明装置。面状照明装置（10）具备点状光源（14）、具有入光面（12a）以及射出面（12b）的导光板（12）、灰度分布控制透镜（16）和菲涅尔透镜（18），在导光板（12）的背面（12c）形成有与入光面（12a）的长边方向大致平行地延伸的多条棱镜（15），导光板（12）形成为对于多条棱镜（15）的至少一部分的棱镜（15）的、棱镜的深度相对于导光板（12）的厚度（T1）（最大值（D1）、最小值（D2））之比而言，点状光源（14）的侧方部分S大于点状光源（14）的前方部分（F）。

Description

面状照明装置
技术领域
本实用新型涉及面状照明装置，特别是涉及适宜作为液晶显示装置的背光灯的窄指向性的面状照明装置。
背景技术
目前，作为透射式（以及半透射式）液晶显示装置用的背光灯，广泛采用使用了点状光源（例如，白色LED）的侧光型的面状照明装置。这种面状照明装置具备具有与画面大致相等的大小的主面的平板状导光板、和配置在导光板的侧端面的点状光源，使从导光板的侧端面入射的光从一个主面射出，从而均匀地对画面进行照明。
在这样的面状照明装置中，以往已知存在如下的问题，即、在从点状光源入射的光具有较宽的角度分布的情况下，来自导光板的射出光也具有较宽的角度分布，由此因指向性恶化而难以得到充足的灰度。为了应对该问题，提出一种使用了菲涅尔透镜的面状照明装置（例如，参照专利文献1）。
图11表示专利文献1中记载的面状照明装置。图11所示的面状照明装置100具备导光板111、LED112、和聚光体113，LED112经由聚光体113与导光板111的入光面111c对置。在聚光体113的、与导光板111的入光面111c对置的侧面113c上与各LED12对应地分别设有由沿导光板111的厚度方向延伸的棱镜组构成的线性菲涅尔透镜114，聚光体113的侧面113c与侧面113d之间的宽度尺寸d形成为与线性菲涅尔透镜114的焦距大致一致。
在面状照明装置100中，从LED112呈放射状射出的光P通过线性菲涅尔透镜114的作用而折射，并被聚光，从而在xy面内被变换为大致平行的光P’。由此，使从导光板111的射出面111a射出的射出光的、与入光面111c平行的面（xz面）内的配光分布变窄，谋求实现窄指向性。
专利文献1：日本特开2007－73469号公报
然而，图11所示的面状照明装置100虽然能够实现上述的那样的窄指向性，但在灰度的均匀性这一点有改善的余地。即、在面状照明装置100中具有如下的特性：由于在导光板111内行进的光P’是大致平行光，所以难以产生与光P’的入光面111c平行的方向上的混合，从而从入光面111c入射的光的灰度分布的非均匀性容易直接被反映为从导光板111射出的射出光的灰度分布的非均匀性。而且，存在如下的问题，即、一般，在白色LED等点状光源中，其正面的灰度最高，灰度随着往周边去而降低，所以特别是如图11所示，在与入光面111c平行的方向上配置有多个白色LED112的情况下，在从导光板111射出的射出光中，可能显著显现各LED112的正面方向较亮、LED112之间较暗这样的灰度不均问题。
实用新型内容
本实用新型鉴于上述课题，其目的在于提供一种在使用了点状光源和导光板的面状照明装置中，能够获得窄指向性、且灰度均匀性优异的照明光的面状照明装置。
以下的实用新型的实施方式用以例示本实用新型的构成，为了使本实用新型的多样的构成的理解变得容易，分项进行说明。各项并不限定本实用新型的技术的范围，一边参考用于实施实用新型的最佳方式，一边置换、削除各项的构成要素的一部分，或者，再附加其他的构成要素也能够包含在本申请实用新型的技术的范围中。
（1）一种面状照明装置，其特征在于，具备：点状光源；导光板，其具有配置有该点状光源的入光面和使光射出的射出面；灰度分布控制透镜，其对从所述点状光源射出的光的扩展角进行控制；以及菲涅尔透镜，其用于使通过该灰度分布控制透镜扩展的光成为与所述导光板的厚度方向正交的面内的平行光并在导光板内行进，在所述导光板的射出面或者该射出面的相反侧的面上形成与所述入光面的长边方向大致平行地延伸的多条棱镜，所述导光板形成为对于所述多条棱镜中的至少一部分棱镜的、棱镜的深度相对于所述导光板的厚度之比而言，所述点状光源的侧方部分大于所述点状光源的前方部分。（技术方案1）。
根据本项记载的面状照明装置，具备灰度分布控制透镜，其对从点状光源射出的光的扩展角进行控制；以及菲涅尔透镜，其用于使通过灰度分布控制透镜扩展的光作为与导光板的厚度方向正交的面内的平行光在导光板内行进，从而能够获得具有窄指向性、且灰度均匀性优异的照明光。
并且，根据本项记载的面状照明装置，上述导光板形成为对于上述多条棱镜的至少一部分的棱镜的、棱镜的深度相对于上述导光板的厚度之比而言，点状光源的侧方部分大于点状光源的前方部分，从而能够使照明光的灰度均匀性进一步提高。
（2）在方案（1）记载的面状照明装置的特征在于，上述多条棱镜中的至少一部分棱镜的深度以上述点状光源的侧方部分比上述点状光源的前方部分深的方式变化。（技术方案2）。
（3）在方案（2）记载的面状照明装置的特征在于，上述棱镜的深度的变化呈正弦曲线状（技术方案3）。
（4）在方案（1）～（3）中的任意一个方案记载的面状照明装置的特征在于，上述导光板按照对于该导光板的厚度而言上述点状光源的侧方部分比上述点状光源的前方部分薄的方式沿着上述棱镜的棱线变化。（技术方案4）。
（5）在方案（4）记载的面状照明装置的特征在于，上述导光板的、沿着上述棱镜的棱线的厚度的变化呈正弦曲线状（技术方案5）。
（6）在方案（1）～（5）中的任意一方案记载的面状照明装置的特征在于，在上述灰度分布控制透镜上形成有在上述点状光源对置的位置沿厚度方向贯通的一个凹部。（技术方案6）。
（7）在方案（6）记载的面状照明装置的特征在于，上述凹部的与上述厚度方向正交的剖面形状呈半椭圆，上述凹部的中心轴与上述点状光源的光轴一致（技术方案7）。
（8）在方案（1）～（7）中的任意一方案记载的面状照明装置的特征在于，上述菲涅尔透镜形成于上述导光板的上述入光面（技术方案8）。
（9）在方案（1）～（8）中的任意一方案记载的面状照明装置的特征在于，上述菲涅尔透镜是菲涅尔－TIR复合菲涅尔透镜（技术方案9）。
本实用新型如以上那样地构成，在具备点状光源、和具有配置点状光源的入光面以及使光射出的射出面的导光板的面状照明装置中，能够获得具有窄指向性、且灰度均匀性优异的照明光。
附图说明
图1a是表示本实用新型的第1实施方式中的面状照明装置的主要部分的立体图，图1b是图1a所示的面状照明装置的A－A剖视图。
图2是放大表示图1a所示的面状照明装置的入光面附近的俯视图。
图3a和图3b是图1a所示的面状照明装置中，菲涅尔透镜的作用的示意图。
图4是图1a所示的面状照明装置中，表示射出光的指向性的图。
图5是图1a所示的面状照明装置中，表示射出光的灰度均匀性的图。
图6a和图6b是在具备菲涅尔透镜和灰度分布控制透镜的面状照明装置中，将导光板的射出面上的灰度分布表示为浓淡分布的图，图6a作为比较例，表示多条棱镜中不包括深度变化的棱镜的情况下的图，图6b是表示本实用新型的第1实施方式中的面状照明装置的情况的图。
图7是表示在具备菲涅尔透镜和灰度分布控制透镜的面状照明装置中，行进到点状光源的前方部分的光、以及行进到点状光源的侧方部分的光的导光板的厚度方向上的配光分布的图。
图8是针对本实用新型的第1实施方式中的面状照明装置，以与图1b相同的切断面表示除了多条棱镜之外的其它例子的剖视图。
图9a是表示本实用新型的第2实施方式中的面状照明装置的主要部分的立体图，图9b是图9a所示的面状照明装置的A－A剖视图。
图10是表示本实用新型所涉及的面状照明装置的变形例的主要部分的俯视图。
图11是表示现有的窄指向性面状照明装置的一个例子的俯视图。
附图标记说明
12、32：导光板，12a、32a：入光面，12b、32b：射出面，12c、32c：背面，14：点状光源，15、15’、35：棱镜，16、42:灰度分布控制透镜，17、17’、35：棱线，18：菲涅尔透镜（菲涅尔－TIR复合菲涅尔透镜），22：凹部。
具体实施方式
以下，基于附图，对本实用新型的实施方式进行说明。另外，表示面状照明装置的整体或者部分的各个图（图1a～图3b、图8～图10）都是为了进行说明而强调了特征来进行表示的示意图，图示的各部分的相对尺寸未必反映实际的比例尺。
图1a是表示本实用新型的第1实施方式中的面状照明装置的主要部分的立体图。
图1a所示的面状照明装置10是适宜作为透射式（或者半透射式）液晶显示装置的背光灯而应用的装置，具备导光板12、3灯的点状光源14、和分别配置在各点状光源14与导光板12的一侧端面12a之间的三个灰度分布控制透镜16，各点状光源14经由分别对应的灰度分布控制透镜16配置于导光板12的一侧端面亦即入光面12a。
在本实施方式中，点状光源14例如由白色发光二极管构成。另外，导光板12是通过对甲基丙烯树脂、聚碳酸酯树脂等透明树脂材料进行塑形而形成的板状的导光体，将其一个主面作为使从点状光源14通过入光面12a入射的光射出的射出面12b。在导光板12中，射出面12b是无凹凸的平坦面。
而且，在导光板12的射出面12b的相反侧的主面（以下，称为背面）12c上形成有通过从入光面12a侧朝向与入光面12a对置的端面12d的方向（y方向）上排列多个与入光面12a的长边方向（x方向）大致平行地延伸的棱镜15而形成的多条棱镜15。各个棱镜15具有以棱镜15的棱线17连结的一对倾斜面15a、15b，与棱镜15的延伸方向正交的剖面呈三角形状。
另外，在面状照明装置10中，在导光板12的入光面12a上形成有菲涅尔透镜18，面状照明装置10具有从点状光源14侧按顺序配置灰度分布控制透镜16和菲涅尔透镜18的构成。另外，在图1a中，菲涅尔透镜18示意性地表示为沿导光板12的厚度方向（z方向）延伸的多个实线的排列，其详细的构成后述。
另外，面状照明装置10可以是在导光板12的射出面12b侧层叠配置所谓棱镜片等光学薄片类而成的装置，另外，也可以是在导光板12的背面12c侧配置用于反射漏出光的反射部件而成的装置。在面状照明装置10中，作为这些构成要素，都能够使用公知的部件，省略其图示以及说明。
接下来，参照图1b，对棱镜15的构成进行详述。此处，图1b是图1a所示的面状照明装置10的A－A剖视图，详细地说，是表示导光板12的、与入光面12a平行、且包含多条棱镜15中的一个棱线17的剖面的图。另外，图1b中以虚线表示配置于入光面12a的点状光源14的外形，省略灰度分布控制透镜16的记载。
在面状照明装置10中，3灯的点状光源14沿着入光面12a的长边方向（x方向）以恒定的间距p进行排列。图1b中，以点划线表示与入光面12a的长边方向（x方向）有关的点状光源14的中心位置CF，在以下的说明中，将该中心位置CF称为前方中心。
另外，图1b中分别以点划线表示邻接的2灯的点状光源14间的中心位置（换句话说，距离该2灯的点状光源14双方的中心位置CF一半间距p／2的位置）CS，关于排列中位于最外侧的点状光源14（该例子中，位于中央的点状光源14的两侧的2灯的点状光源14），在其外侧（不存在邻接的点状光源14的一侧），距离各个点状光源14的中心位置F一半间距p／2的位置上也表示标注同一符号CS的点划线。在以下的说明中，将这些中心位置CS称为侧方中心，包括最外侧的两个位置。
而且，在本实用新型中，关于导光板12的各构成要素，所谓点状光源14的前方部分是指相当于在导光板12的入光面12a的长边方向上包括点状光源14的前方中心CF的规定的范围（例如，图1b所示的范围F）的部分，所谓点状光源14的侧方部分是指相当于与点状光源14的前方部分F的两侧邻接的规定的范围（例如，图1b所示的范围S）的部分。
但是，图1b所示的前方部分以及侧方部分的范围F、S是表示其一个例子，例如在与点状光源14的外形的相关联时，并不意图限定其范围。在本实用新型中，点状光源14的前方部分的范围F能够根据面状照明装置10的光学以及几何学方面的规格等设为包括点状光源14的前方中心CF的任意的适当范围。同样，关于点状光源14的侧方部分的范围S，只要与点状光源14的前方部分邻接，也能够设为任意的适当范围。
另外，以下，在导光板12的各构成要素（例如，棱镜15的棱线17）的点状光源14的前方部分以及侧方部分分别标注表示对应的范围的符号F以及S来进行参照。
另外，在图1b中，为了方便说明，将点状光源14的前方中心CF作为点状光源14的外形的范围的几何学中心进行了图示，但在点状光源14的光轴（通常，其射出光的配光分布的中心轴）的位置与外形的几何学中心的位置不一致的情况下，也可以基于光轴的位置来决定前方中心CF。
并且，在面状照明装置10中，多条棱镜15被设为相对于包括导光板12的入光面12a的背面12c侧的长边、和与入光面12a对置的侧端面12d的背面12c侧的长边的假想平面G（以下，称为基准面）突出，将棱镜15的棱线17与基准面G之间的距离称为棱镜15的深度。另外，将导光板12的射出面12b与基准面G之间的距离称为导光板12的厚度。
图1b中记载的尺寸T1表示图示的剖面的位置中的导光板12的厚度，尺寸D1以及D2如后述，是表示对空间上变化的棱镜15的深度分别取最大值以及最小值的位置。
另外，对于本实施方式中的导光板12而言，入光面12a的短边方向（厚度方向）的尺寸与侧端面12d的短边方向（厚度方向）的尺寸相等，导光板12整体具有恒定的厚度。因此，图1b所示的导光板12的厚度T1与入光面12a的厚度相等。
但是，在本实用新型中，对于导光板12而言，其厚度还可以在空间上从入光面12a侧朝向与入光面12a对置的侧端面12d（即、y方向）变化，该情况下，图1b图示的剖面的位置的导光板12的厚度T1与入光面12a的厚度不同。
特别是，导光板12例如在入光面12a附近具有实际上不作为照明光的射出部而使用的倾斜部这样的构造，由此入光面12a的厚度与射出部中的导光板12的厚度之间存在段差，并且在导光板12的背面12c（即、形成有多条棱镜15的面）侧形成这样的段差的情况下，上述基准面G被定义为包括与射出部的（从入光面12a侧观察的）开始位置的入光面12a平行的剖面的背面侧12c的长边和侧端面12d的背面侧12c的长边的假想平面，单将射出部中的导光板12的厚度称为导光板12的厚度。
在面状照明装置10中，如图1b所示，多条棱镜15中包括其深度在空间上横跨入光面12a的长边方向（x方向）变化的棱镜15，该棱镜15的深度以点状光源14的侧方部分S比点状光源14的前方部分F深的方式变化。此外，构成棱镜15的一对倾斜面15a、15b相对于基准面G的倾斜角度与棱镜15的深度无关，在棱镜15的延伸方向上总为恒定。因此，若棱镜15的深度在棱镜15的延伸方向上变化，则一对倾斜面15a、15b的长度与棱镜15的深度成比例地分别变化。
而且，在面状照明装置10中，与入光面12a平行的各剖面内，导光板12的厚度T1横跨入光面12a的长边方向（x方向），是恒定的，由此，导光板12构成为，对于图1b所示的棱镜15的、棱镜15的深度相对于导光板12的厚度的比而言，侧方部分S比点状光源14的前方部分F大。在图1b所示的例子中，棱镜15的深度相对于导光板12的厚度的比在点状光源14的侧方中心CS取最大值（D1／T1），在前方中心CF取最小值（D2／T1）。
并且，在面状照明装置10中，如图1b所示，优选各点状光源14的前方部分F的棱线17的形状形成为在前方中心CF具有极值的曲线，各点状光源14的侧方部分S的棱线17的形状形成为在侧方中心CS具有凹凸与前方中心CF的极值反转的极值的曲线，并且前方部分F的曲线与侧方部分S的曲线在前方部分F与侧方部分S之间的迁移部分R中平滑地连结。
另外，如果为了说明而将图1b中标注的xyz坐标系的z轴方向作为基准时，则前方中心CF以及侧方中心CS的极值分别相当于极大值以及极小值，以下，以这种含义来使用极大值以及极小值这样的用语。关于图9b，这一点也相同。
在面状照明装置10中，更优选，棱线17形成为以点状光源14的排列间距p为1周期，且空间上沿着导光板12的入光面12a的长边方向（x方向）在导光板12的厚度方向（z方向）上振动的正弦曲线状，该正弦曲线的相位如上述，构成为在前方中心CF具有极大值，在侧方中心CS具有极小值。由此，基准面G与棱线17之间的距离亦即棱镜15的深度也沿着棱线17呈正弦曲线状地变化。
此处，面状照明装置10所具备的多条棱镜15中，可以是其全部的棱镜15，由如上所述地深度在空间上变化的棱镜15构成的。或者，多条棱镜15中，具有如上所述地深度在空间上变化的棱镜15、和恒定的深度的棱镜（同样地，标注附图标记15）双方也可以。该情况下，多条棱镜15的排列中，可以在入光面12a侧配置深度在空间上变化的棱镜15，在与入光面12a对置的侧端面12d侧配置具有恒定的深度的棱镜15。
并且，在面状照明装置10中，在导光板12的背面12c侧形成多条棱镜15，但在本实用新型所涉及的面状照明装置中，在射出面12b侧形成多条棱镜15也可以。该情况下的多条棱镜15的构成，在主要参照图1b详述的上述的说明中，通过将射出面12b和背面12c换一下措词，就能够很容易理解的，所以省略重复的说明。
接下来，参照图2以及图3a和图3b，对面状照明装置10所具备的灰度分布控制透镜16以及菲涅尔透镜18的构成进行详述。
在面状照明装置10中，菲涅尔透镜18是通过将沿导光板12的厚度方向（z方向）延伸的多个单位棱镜在入光面12a的长边方向（x方向）上进行排列而构成的所谓菲涅尔－TIR复合菲涅尔透镜。
具体而言，在菲涅尔透镜18中，在距离其光轴q规定的范围内（图2所示的区域A。以下，称为光轴附近区域）构成通过各个单位棱镜的折射面的集合而实现一枚的圆筒型透镜的曲面的线性菲涅尔透镜，具有与这样的圆筒型透镜相同的聚光作用。另一方面，在菲涅尔透镜18中，在光轴附近区域A的外侧的周边区域（图2所示的区域B）构成通过单位棱镜所具有的反射面将入射到单位棱镜内的光进行全内反射（TotalInternal Reflection：TIR）而变换入射光的光路、发挥聚光作用的TIR透镜。
而且，点状光源14配置于菲涅尔透镜18的焦点位置。另外，实际上，由于点状光源14具有有限的大小，所以具体的应用场合中的点状光源14的位置根据要使用的点状光源14（例如，白色发光二极管）的几何学以及光学特性来适当地决定，以使来自点状光源14的射出光的配光分布成为尽量接近从处于菲涅尔透镜18的焦点位置的最理想的点光源的配光分布的状态。
例如，点状光源14被配置为，其光轴与菲涅尔透镜18的光轴q一致，与点状光源14的配光相关的与规定的基准面的距离d被配置成与菲涅尔透镜14的焦距一致。图2中，作为这样的配置的一个例子，点状光源14的光轴与其几何学的中心轴一致，另外，示出了与上述配光相关的基准面是射出面14a情况的例子。
另外，位于菲涅尔透镜18与点状光源14之间的灰度分布控制透镜16，在其半圆筒状的柱面透镜的平面部25上设有沿厚度方向（圆筒的中心轴方向）贯通的一个凹部22，在本实施方式中，该凹部22形成为与厚度方向正交的剖面形状呈半椭圆形。而且，灰度分布控制透镜16被配置为，将圆筒面23朝向导光板12侧（因此，将平面部25朝向点状光源14侧），且其厚度方向与导光板12的厚度方向（z方向）一致，并且在凹部22的中心轴（在图2的例子中，椭圆的长轴）与点状光源14的光轴（因此，菲涅尔透镜18的光轴q）一致。
另外，在面状照明装置10中，菲涅尔透镜18的光轴附近区域A以及周边区域B的范围、以及灰度控制分布透镜16的形状和其凹部22的形状只要起到后述的作用效果，就可以根据使用的点状光源14的几何学、光学特性等来适当地决定。
另外，图1a示出局限地在与导光板12的入光面12a的各点状光源14对置的位置形成各个菲涅尔透镜18的情况，但各个菲涅尔透镜18可以连续地设置，并且，这样连续的菲涅尔透镜18可以形成在导光板12的入光面12a的整个面。
通过以上那样配置的构成，在面状照明装置10中，从点状光源14射出的光，在图2上以P1、P2来表示的典型的光路那样，入射至灰度分布控制透镜16，使与灰度分布控制透镜16的厚度方向（因此，与导光板的厚度方向（z方向））正交的平面内的扩展角被增大地进行传播，接下来，入射至菲涅尔透镜18，成为与导光板12的厚度方向正交的平面（xy平面）内的平行光P1’、P2’并在导光板12内行进。
此时，本实施方式中的菲涅尔透镜18构成为上述的菲涅尔－TIR复合菲涅尔透镜，所以到达光轴附近区域A的光P1，主要如图3a所示，因折射面18a的折射作用而其光路被变换，到达周边区域B的光P2，主要如图3b所示，因反射面18b的全内反射而其光路被变换。
而且，通过入光面12a向导光板12的内部入射的光在射出面12b与背面12c之间一边重复全反射一边在导光板12内朝向侧端面12d侧（y方向）进行传播，并且在该过程中，传播光的一部分入射至形成在背面12c的多条棱镜15的倾斜面15a、15b，因其反射而被光路变换，以比临界角小的入射角向射出面12b入射，从而作为照明光从射出面12b射出。由此，面状照明装置10使照明光从射出面12a均匀地射出，从而照射液晶面板等被照明体。
接下来，对如以上那样地构成的面状照明装置10的作用、效果进行说明。
首先，在面状照明装置10中，通过菲涅尔透镜18的作用，对从导光板12的射出面12b射出的射出光（照射被照明体的照明光），能够使与入光面12a的长边方向平行的方向上的（即、xz平面内的）配光分布变窄。例如，在导光板12的射出面12b侧配置有通常的棱镜片，而不具有菲涅尔透镜18的面状照明装置中，xz平面内的配光分布的半值宽度是40°左右的情况下，通过在同样的面状照明装置设置菲涅尔透镜18，能够使其半值宽度变窄至20°左右。
而且，如果参照图4以及图5来说明面状照明装置10中的灰度分布控制透镜16的作用效果，则如下。此处，图4是表示xz平面内的射出光的指向性的图，横轴是射出光强度取峰值的方向上的角度，纵轴是相对于射出光的峰值的相对强度。另外，图5是表示导光板12的射出面12b的入光面12a附近的射出光的灰度均匀性的图，横轴是3灯配置的点状光源14中、从处于中心的点状光源的沿入光面12a的长边方向（即、点状光源14的排列的间距方向）的距离，纵轴是相对于射出光的峰值的相对强度。
另外，对图4以及图5的任意一个都示出了在具有菲涅尔透镜18的面状照明装置中存在和不存在灰度分布控制透镜16的情况下的、各图表。
首先，从图4可知，关于存在灰度分布控制透镜16的情况下的配光分布和不存在灰度分布控制透镜16的情况下的配光分布，各个的扩展上没有较大的不同，灰度分布控制透镜16不会对由菲涅尔透镜18实现的窄指向性带来影响。另一方面，从图5可知，在导光板12的射出面12b的入光面12a附近，在不存在灰度控制分布透镜16的情况下，与点状光源的配置位置对应的峰值（图5中以箭头C表示）之间存在强度大幅度地降低的暗部，产生显著的灰度不均，但在存在灰度控制分布透镜16的情况下，不存在这样的暗部，使灰度均匀化。
这样，在本实施方式的面状照明装置10中，能够获得窄指向性、且灰度均匀性优异的照明光。此时，通过作为菲涅尔透镜18使用菲涅尔－TIR复合菲涅尔透镜，与单纯的菲涅尔透镜相比较，能够使周边区域B的透过率提高，并能够更有效地使照明光的灰度均匀化。
接下来，参照图6a和图6b，对在面状照明装置10中，如图1b所示，多条棱镜15含有高度变化的棱镜15的作用效果进行说明。
此处，图6a是针对比较例的面状照明装置，将导光板13的射出面13b上的灰度分布以浓淡分布表示的图，图6b是对本实用新型的第1实施方式的面状照明装置10，将导光板12的射出面12b上的灰度分布以浓淡分布表示的图。
比较例的面状照明装置的构成是：形成于导光板13的背面侧的多条棱镜全部横跨其延伸方向而具有恒定的深度，而其他的构成与面状照明装置10相同。
另外，在图6a、图6b中，最淡地表示的区域（以下，称为高光区域）表示灰度最高的区域，与高光区域的周围邻接、比高光区域浓地表现的区域表示与高光区域相比灰度较低的区域。其中，浓淡与灰度的大小关系未必横跨整个图而体现（例如，越浓的区域，灰度越低这样）恒定的关系，但至少浓淡不同的区域与灰度不同的区域对应。
另外，在图6a、图6b中，省略灰度分布控制透镜16的记载，点状光源14是沿着各个的入光面13a、12a的配置位置示意性地表示的。
参照图4以及图5，如上所述，在具备菲涅尔透镜18的面状照明装置中，由于还具有灰度分布控制透镜16，因此不会对通过菲涅尔透镜18实现的窄指向性带来影响，而至少能够使导光板12的射出面12b的入光面12a附近的灰度的均匀性大幅度地提高。
然而，根据本实用新型的发明者的调查、研究获知，在着眼于横跨整个射出面的灰度的情况下，在比较例的面状照明装置中，如图6a所示，存在产生导光板13的各点状光源14的前方部分的灰度较高、侧方部分的灰度较暗这样的灰度不均的情况。
并且，本实用新型的发明者通过与经由灰度分布控制透镜16以及菲涅尔透镜18入射到导光板12的光的配光分布相关的详细的分析，弄清了如下事实，即、在入光面12a的、从点状光源14的前方部分（点状光源14的光轴附近）入射的光（以下，称为前方光）；和在与灰度分布控制透镜16的厚度方向正交的平面内，光路从光轴变换为广角，而从入光面12a的、点状光源14的侧方部分入射的光（例如，图2所示的P2’。以下，称为侧方光）中，导光板12的厚度方向的配光分布存在图7所示的区别，该区别是图6a所示的灰度不均产生的至少一个重要因素。
此处，图7是对前方光L1和侧方光L2表示其导光板12的厚度方向上的配光分布的图。
从图7可知，侧方光L2的导光板12的厚度方向上的配光分布比前方光L1的导光板12的厚度方向上的配光分布窄。因此，认为在比较例的导光板13中，对于在导光板内行进的光中、入射至形成于导光板13的背面侧的多条棱镜的光量而言，侧方光比前方光低，由此，产生图6a所示的灰度不均。
然而，在本实施方式的面状照明装置10中，多条棱镜15包括对于棱镜15的深度相对于导光板12的厚度之比而言，点状光源14的侧方部分S大于点状光源14的前方部分F的棱镜15，由此被棱镜15反射而从射出面12b射出的光中，侧方向的光量相对于前方光的光量的比例增大，进而，如图6b所示，能够横跨整个射出面12b来使射出光的均匀性提高。
另外，此时，通过将棱镜15的深度的空间变化设为正弦曲线状，在点状光源14的前方部分F与侧方部分S的边界不会产生棱镜15的深度不连续地或者过度较大的变化，所以不会使以这样的变化为要因的灰度不均产生，能够进一步使射出光的均匀性提高。
另外，在图1a和图1b所示的例子中，使棱镜15具有从基准面G突出的棱线17，但在面状照明装置10中，多条棱镜15的至少一部分成为与延伸方向正交的剖面为三角形状的槽，而相对于基准面G设为凹状也可以。该情况下，如图8所示，距离设为凹状的棱镜的至少一部分的棱镜15’的基准面G的深度，以点状光源14的侧方部分S比点状光源14的前方部分F深的方式横跨入光面12a的长边方向（x方向）在空间上变化也可以。
其中，关于相对于基准面G设为凹状的棱镜15’，将基准面G与棱线17’之间的距离称为棱镜15’的深度，图8中记载的尺寸D1以及D2与图1b相同，表示对空间上变化的棱镜15’的深度分别取最大值以及最小值的位置。
由此，图8所示的棱镜15’构成为，对于棱镜15’的深度相对于导光板12的厚度之比而言，侧方部分S大于与点状光源14的前方部分F，包括这样的棱镜15’的多条棱镜15起到与包括如图1b所示的棱镜15的多条棱镜15相同的作用效果。
另外，在图8所示的例子中，棱镜15的深度相对于导光板12的厚度之比与图1b所示的棱镜15相同，在点状光源14的侧方中心CS取最大值（D1／T1），在前方中心CF取最小值（D2／T1）。其中，在将这样的凹状的棱镜15’的棱线17’构成为正弦曲线状的情况系下，该正弦曲线的相位与图1b所示的棱线17不同，在前方中心CF具有极小值，在侧方中心CS具有极大值。
接下来，参照图9a和图9b，对本实用新型的第2实施方式的面状照明装置30进行说明。其中，关于面状照明装置30，与图1a和图1b所示的面状照明装置10相同的构成要素标注同一符号，适当地省略重复的部分的说明，主要对与面状照明装置10的不同点进行说明。
在本实施方式的面状照明装置30中，形成于导光板32的背面32c的多条棱镜35全部横跨其延伸方向（x方向）而具有恒定的深度D3（参照图9b），并且，导光板32形成为：通过射出面32b的凹凸构造，其厚度横跨入光面12a的长边方向（x方向）在空间上变化。
详细地说，导光板32的厚度如图9b所示如下那样地变化，即、在导光板32的、与入光面32a平行、且包括多条棱镜35中的一个棱线37的剖面中，沿着棱镜35的棱线37，点状光源14的侧方部分S比点状光源14的前方部分F薄（图9b中，表示图示的剖面中的导光板32的厚度取其最大值T2以及最小值T3的位置）。
在面状照明装置30中，导光板32通过这样的厚度的空间性变化构成为：图9b所示的棱镜35的、棱镜35的深度相对于导光板32的厚度之比，侧方部分S大于点状光源14的前方部分F。在图9b所示的例子中，棱镜35的深度相对于导光板32的厚度之比在点状光源14的侧方中心CS取最大值（D3／T3），在前方中心CF取最小值（D3／T2）。
另外，在面状照明装置30中，对于导光板32的射出面32b的形状而言，各点状光源14的前方部分F的切断线38的形状形成为在前方中心CF具有极大值的曲线，各点状光源14的侧方部分S的切断线38的形状形成为在侧方中心CS具有极小值的曲线，并且优选前方部分F的曲线与侧方部分S的曲线在前方部分F与侧方部分S之间的迁移部分R中平滑地连结。
同样地，在面状照明装置30中，更优选，导光板32的射出面32b形成为：切断线38以点状光源14的排列间距p为1周期，且空间上沿着导光板12的入光面12a的长边方向（x方向）在导光板32的厚度方向（z方向）上振动的正弦曲线状，该正弦曲线的相位如上述，构成为在前方中心CF具有极大值，在侧方中心CS具有极小值。由此，基准面G与射出面32b之间的距离亦即导光板32的厚度也沿着棱镜35的棱线37呈正弦曲线状地变化。
此处，图9a示出导光板32的射出面32b沿着从入光面32a朝向与入光面32a对置的侧端面32d的方向（y方向），横跨射出面32b的整个区域，具有上述那样的空间的变化的例子，在本实施方式的面状照明装置30中，导光板32的射出面32b的与多条棱镜35对置的部分的一部分沿着其棱镜35的棱线37如上述那样地变化也可以。
例如，导光板32的射出面32b构成为多条棱镜35的排列中，与排列在入光面12a侧的棱镜35对置的部分沿着其棱镜35的棱线37如上述地变化，与排列在与入光面12a对置的侧端面12d侧的棱镜35对置的部分构成为平坦面也可以。
本实施方式的面状照明装置30通过如以上的构成，起到与面状照明装置10相同的作用效果。
另外，在面状照明装置30中，将多条棱镜35的至少一部作为与延伸方向正交的剖面为三角形状的槽，相对于基准面设为凹状也可以。并且，本实用新型所涉及的面状照明装置包括针对面状照明装置30在射出面32b侧形成多条棱镜35，并使背面32c如上述那样地在空间上变化的构成与面状照明装置10相同。
以上，基于优选的实施方式说明了本实用新型，本实用新型所涉及的面状照明装置并不限于上述的实施方式。
例如，本实用新型所涉及的面状照明装置也可以具备上述的第1实施方式的面状照明装置10中的多条棱镜15的特征、和第2实施方式的面状照明装置30中的导光板32的射出面32b的特征双方。
另外，在上述的实施方式中，菲涅尔透镜18与导光板12、32一体地形成于导光板12、32的入光面12a、32a，但菲涅尔透镜18与导光板12、32分开形成，配置在灰度分布控制透镜16与导光板12，32的入光面12a、32a之间也可以。
另外，如图10所示的面状照明装置40，灰度分布控制透镜42可以作为具有以各LED14为单位设置的凹部44的一体的棱柱而形成。该情况下，与以LED透镜为单位设置灰度分布控制透镜16的情况相比较，没有入射至灰度分布控制透镜16间的缝隙而成为损失光的光，所以能够使光的利用效率提高。

Claims (9)

1.一种面状照明装置，其特征在于，
具备：
点状光源；
导光板，其具有配置有该点状光源的入光面和使光射出的射出面；
灰度分布控制透镜，其对从所述点状光源射出的光的扩展角进行控制；以及
菲涅尔透镜，其用于使通过该灰度分布控制透镜扩展的光成为与所述导光板的厚度方向正交的面内的平行光并在导光板内行进，
在所述导光板的射出面或者该射出面的相反侧的面上形成与所述入光面的长边方向大致平行地延伸的多条棱镜，
所述导光板形成为对于所述多条棱镜中的至少一部分棱镜的、棱镜的深度相对于所述导光板的厚度之比而言，所述点状光源的侧方部分大于所述点状光源的前方部分。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述多条棱镜中的至少一部分棱镜的深度以所述点状光源的侧方部分比所述点状光源的前方部分深的方式变化。
3.根据权利要求2所述的面状照明装置，其特征在于，
所述棱镜的深度的变化呈正弦曲线状。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的面状照明装置，其特征在于，
所述导光板按照对于该导光板的厚度而言所述点状光源的侧方部分比所述点状光源的前方部分薄的方式沿着所述棱镜的棱线变化。
5.根据权利要求4所述的面状照明装置，其特征在于，
所述导光板的、沿着所述棱镜的棱线的厚度的变化呈正弦曲线状。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的面状照明装置，其特征在于，
在所述灰度分布控制透镜上形成有在所述点状光源对置的位置沿厚度方向贯通的一个凹部。
7.根据权利要求6所述的面状照明装置，其特征在于，
所述凹部的与所述厚度方向正交的剖面形状呈半椭圆，所述凹部的中心轴与所述点状光源的光轴一致。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述的面状照明装置，其特征在于，
所述菲涅尔透镜形成于所述导光板的所述入光面。
9.根据权利要求1～3中任意一项所述的面状照明装置，其特征在于，
所述菲涅尔透镜是菲涅尔－TIR复合菲涅尔透镜。
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