JP2018036407A - Luminous flux control member, light emitting device, surface light source device, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材、当該光束制御部材を有する発光装置、面光源装置および表示装置に関する。 The present invention relates to a light flux control member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element, a light emitting device having the light flux control member, a surface light source device, and a display device.
近年、省エネルギーや小型化の観点から、照明用の光源として、発光ダイオード(以下「LED」ともいう)が使用されている。そして、LEDと、LEDから出射された光の配光を制御する光束制御部材とを組み合わせた発光装置は、蛍光灯やハロゲンランプなどに代わり使用されている。また、液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして格子状に当該発光装置を搭載した直下型の面光源装置が使用されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, a light emitting diode (hereinafter also referred to as “LED”) has been used as a light source for illumination from the viewpoint of energy saving and miniaturization. And the light-emitting device which combined LED and the light beam control member which controls light distribution of the light radiate | emitted from LED is used instead of a fluorescent lamp, a halogen lamp, etc. Further, in a transmissive image display device such as a liquid crystal display device, a direct-type surface light source device in which the light emitting device is mounted in a lattice shape as a backlight is used (for example, see Patent Document 1).
図1は、特許文献1に記載の面光源装置10の構成を示す図である。図1Aは、面光源装置10の模式的な平面図であり、図1Bは、面光源装置10における発光装置30の平面図であり、図1Cは、図1Bに示されるA−A線の断面図である。図1Aの破線は、発光装置30から出射された光の照射範囲を模式的に示している。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface
図1A〜Cに示されるように、特許文献1に記載の面光源装置10は、プリント配線基板20と、プリント配線基板20上に長方格子状に配置された複数の発光装置30とを有する。複数の発光装置30は、それぞれ発光素子35と、発光素子35上を覆うように配置された導光部材(光束制御部材)40とを含む。
As shown in FIGS. 1A to 1C, a surface
導光部材40は、略半球形状のレンズ部41と、レンズ部41を取り囲むように配置された鍔部42とを有する。また、レンズ部41は、裏側に配置された凹部43の内面である入射面44と、表側に配置された出射面45とを有する。出射面45は、中心軸CAに互いに平行な2つの平面46と、2つの平面46の間に配置された上に凸な曲面47とを含む。特許文献1に記載の面光源装置10では、発光素子35から出射された光は、導光部材40によって、複数の発光装置30の間隔が短い方向(長方格子の短辺方向;Y方向)と比較して、複数の発光装置30の間隔が長い方向(長方格子の長辺方向;X方向)に拡がるように制御される。よって、特許文献1に記載の面光源装置では、複数の発光装置30が長方格子状に配置された場合であっても被照射面を均一に照射できるようになっている。
The
しかしながら、特許文献1に記載の面光源装置10では、平面46から出射される光は、集光されるように制御される。一方、曲面47から出射される光は、拡がるように制御される。これにより、平面46から出射した光と、曲面47から出射される光とは、被照射面までの光路上で交差しやすくなる。そのため、被照射面上において明部が生じてしまうおそれがある。
However, in the surface
そこで、本発明の目的は、発光装置が格子状に配置された場合であっても、被照射面上における明部の発生を抑制できる光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、当該光束制御部材を有する、発光装置、面光源装置および表示装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light flux controlling member that can suppress the occurrence of bright portions on the irradiated surface even when the light emitting devices are arranged in a grid pattern. Another object of the present invention is to provide a light emitting device, a surface light source device, and a display device having the light flux controlling member.
本発明に係る光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、前記光束制御部材の中心軸と交わるように、裏側に形成された凹部の内面である入射面と、前記入射面の反対側に配置された出射面と、を有し、前記出射面は、前記中心軸と交わるように配置された、裏側に向けて凸の第1出射面と、前記第1出射面を取り囲むように配置された、表側に向けて凸の第2出射面と、を含み、その発光中心が前記中心軸上に位置するように前記発光素子を前記凹部と対向するように配置し、かつ前記中心軸に直交するように前記出射面の上方に被照射面を配置した場合に、以下の「第2最大値の求め方」により求められる第2最大値は、以下の「第1最大値の求め方」により求められる第1最大値より大きい、光束制御部材。
[第1最大値の求め方]
(1)前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も近い点とを含む第1断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ1Aと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ3Aとの関係を表す第1多項式近似関数を求める。
(2)前記第1多項式近似関数の1階微分に対応する第1曲線を求める。
(3)発光角度θ1Aが40°を超える場合において、前記第1曲線における最大値を第1最大値とする。
[第2最大値の求め方]
(1)前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も遠い点とを含む第2断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ1Bと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ3Bとの関係を表す第2多項式近似関数を求める。
(2)前記第2多項式近似関数の1階微分に対応する第2曲線を求める。
(3)発光角度θ1Bが40°を超える場合において、前記第2曲線における最大値を第2最大値とする。
The light flux controlling member according to the present invention is a light flux controlling member for controlling the light distribution of the light emitted from the light emitting element, and is formed on the inner surface of the recess formed on the back side so as to intersect the central axis of the light flux controlling member. A first incident surface having a certain incident surface and an exit surface disposed on the opposite side of the incident surface, wherein the exit surface is disposed so as to intersect the central axis, and is convex toward the back side A second light-exiting surface that is arranged so as to surround the first light-emitting surface and is convex toward the front side, and that faces the light-emitting element to the concave part so that the light emission center is located on the central axis When the irradiated surface is arranged above the exit surface so as to be orthogonal to the central axis, the second maximum value obtained by the following “how to obtain the second maximum value” is: It is larger than the first maximum value obtained by the following “How to obtain the first maximum value”. Flux control member.
[How to find the first maximum value]
(1) In the first cross section including the central axis and a point closest to the central axis among the outer edges of the emission surface, the emission center of the arbitrary light beam emitted from the emission center and the incident surface Between the emission angle θ1A, which is the angle of the traveling direction in relation to the central axis, and the emission angle θ3A, which is the angle of the arbitrary light ray between the emitting surface and the irradiated surface, relative to the central axis A first polynomial approximation function representing is obtained.
(2) Find a first curve corresponding to the first derivative of the first polynomial approximation function.
(3) When the light emission angle θ1A exceeds 40 °, the maximum value in the first curve is set as the first maximum value.
[How to find the second maximum]
(1) In a second cross section including the central axis and a point farthest from the central axis among the outer edges of the emission surface, between the emission center and the incident surface of an arbitrary ray emitted from the emission center Between the emission angle θ1B, which is the angle of the traveling direction between the light emitting surface and the central axis, and the emission angle θ3B, which is the angle of the arbitrary light beam between the emitting surface and the irradiated surface, with respect to the central axis A second polynomial approximation function representing is obtained.
(2) A second curve corresponding to the first derivative of the second polynomial approximation function is obtained.
(3) When the light emission angle θ1B exceeds 40 °, the maximum value in the second curve is set as the second maximum value.
また、本発明に係る発光装置は、発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有する。 Moreover, the light-emitting device which concerns on this invention has a light emitting element and the light beam control member which concerns on this invention.
また、本発明に係る面光源装置は、前記発光素子の前記発光中心が矩形格子状に配置された複数の本発明に係る発光装置と、前記複数の発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、を有し、以下の式(1)を満たす、面光源装置。
また、本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される被照射部材と、を有する。 Moreover, the display apparatus which concerns on this invention has the surface light source device which concerns on this invention, and the to-be-irradiated member irradiated with the light radiate | emitted from the said surface light source device.
本発明に係る光束制御部材は、格子状に配置されても被照射面上における明部の発生を抑制することができる。また、本発明に係る発光装置、面光源装置および表示装置は、被照射面上における明部の発生を抑制できる光束制御部材を有するため、被照射面上に明部を生じさせにくい。 The light flux controlling member according to the present invention can suppress the occurrence of bright portions on the irradiated surface even when arranged in a grid pattern. In addition, since the light emitting device, the surface light source device, and the display device according to the present invention have the light flux control member that can suppress the occurrence of bright portions on the irradiated surface, it is difficult for the bright portions to be generated on the irradiated surface.
以下、本発明に係る光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置について、添付した図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の面光源装置の代表例として、液晶表示装置のバックライトなどに適する、発光装置が格子状に配置されている面光源装置について説明する。 Hereinafter, a light flux controlling member, a light emitting device, a surface light source device, and a display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, as a representative example of the surface light source device of the present invention, a surface light source device in which light emitting devices are arranged in a lattice shape suitable for a backlight of a liquid crystal display device will be described.
(面光源装置および発光装置の構成)
図2〜図4は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置100の構成を示す図である。図2Aは、本発明の一実施の形態に係る面光源装置100の平面図であり、図2Bは、正面図である。図3Aは、図2Bに示されるA−A線の断面図であり、図3Bは、図2Aに示されるB−B線の断面図である。図4は、面光源装置100の部分拡大断面図である。
(Configuration of surface light source device and light emitting device)
2-4 is a figure which shows the structure of the surface
図2A、B、図3A、Bおよび図4に示されるように、面光源装置100は、筐体110と、複数の発光装置200と、光拡散板(被照射面)120とを有する。本発明の面光源装置100は、液晶表示装置のバックライトなどに適用できる。また、図2Bに示されるように、面光源装置100は、液晶パネルなどの表示部材(被照射部材)107(図2Bにおいて、点線で示している)と組み合わせることで、表示装置100’としても使用できる。複数の発光装置200は、筐体110の底板112上の基板210に格子状(本実施の形態では、正方格子状)に配置されている。底板112の内面は、拡散反射面として機能する。また、筐体110の天板114には、開口部が設けられている。光拡散板120は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、例えば約400mm×約700mmとすることができる。
As shown in FIGS. 2A, B, 3A, B, and 4, the surface
複数の発光装置200は、それぞれ基板210上に一定の間隔で配置されている。複数の基板210は、それぞれ筐体110の底板112上の所定の位置に固定されている。本実施の形態では、発光素子220の発光中心(発光面)が正方格子状に位置するように、複数の発光装置200が配置されている。複数の発光装置200は、それぞれ発光素子220および光束制御部材300を有する。
The plurality of light emitting
発光素子220は、面光源装置100の光源であり、基板210上に実装されている。発光素子220は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード(LED)である。発光素子220は、その発光中心が中心軸CA上に位置するように配置されている。
The
光束制御部材300は、レンズであり、基板210上に固定されている。光束制御部材300は、発光素子220から出射された光の配光を制御し、当該光の進行方向を基板210の面方向に拡げる。光束制御部材300は、その中心軸CAが発光素子220の光軸OAに一致するように、発光素子220の上に配置されている(図4参照)。また、光束制御部材300は、発光素子220の光軸OAに沿う方向において、発光素子220の発光中心(発光面)が後述する入射面320の頂部近傍に対する曲率中心に位置するように配置されている(図4参照)。なお、後述する光束制御部材300の入射面320および出射面330は回転対称(入射面320は円対称、出射面330は4回対称)であり、かつこの回転軸は発光素子220の光軸OAと一致する。この入射面320および出射面330の回転軸を「光束制御部材の中心軸CA」という。また、「発光素子の光軸OA」とは、発光素子220からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。
The light
光束制御部材300は、一体成形により形成することができる。光束制御部材300の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であればよい。たとえば、光束制御部材300の材料は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)やポリカーボネート(PC)、エポキシ樹脂(EP)、シリコーン樹脂などの光透過性樹脂、またはガラスである。本実施の形態に係る面光源装置100は、光束制御部材300の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材300の備えるべき特徴については、別途詳細に説明する。
The light
光拡散板120は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置200からの出射光を拡散させつつ透過させる。光拡散板120は、複数の発光装置200の上に基板210と略平行に配置されている。通常、光拡散板120は、液晶パネルなどの被照射部材とほぼ同じ大きさである。たとえば、光拡散板120は、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂(MS)などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、光拡散板120の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板120の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
The
本発明に係る面光源装置100では、各発光素子220から出射された光は、光束制御部材300により光拡散板120の広範囲を照らすように拡げられる。後述するように、光束制御部材300の配光特性は、発光装置200の配列格子に沿った方向(X方向およびY方向)と、配列格子の対角線方向とで異なっているため、光拡散板120の内面は略均一に照らされる。各光束制御部材300から光拡散板120に到達した光は、拡散されつつ光拡散板120を透過する。その結果、本発明に係る面光源装置100は、面状の被照射部材(例えば液晶パネル)を均一に照らすことができる。
In the surface
(光束制御部材の構成)
図5A〜Cは、本発明の一実施の形態に係る光束制御部材300の構成を示す図である。図5Aは、光束制御部材300の平面図であり、図5Bは、底面図であり、図5Cは、図5Aに示されるA−A線の断面図である。
(Configuration of luminous flux control member)
5A to 5C are diagrams showing a configuration of light
図5A〜Cに示されるように、光束制御部材300は、凹部310の内面である入射面320と、出射面330とを有する。また、光束制御部材300は、光束制御部材300の取り扱いを容易にするための鍔部と、発光素子220から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を形成するとともに、光束制御部材300を基板210に位置決めして固定するための脚部(いずれも図示省略)とを有していてもよい。本実施の形態における光束制御部材300の平面視形状は、R面取りした略正方形である。
As shown in FIGS. 5A to 5C, the light
凹部310は、光束制御部材300の中心軸CA(発光素子220の光軸OA)と交わるように裏面305の中央部に配置されている(図4参照)。凹部310の内面は、入射面320として機能する。すなわち、入射面320は、中心軸CA(光軸OA)と交わるように配置されている。入射面320は、発光素子220から出射された光のうち、大部分の光を、その光の進行方向を制御するとともに、光束制御部材300の内部に入射させる。入射面320は、光束制御部材300の中心軸CAと交わり、中心軸CAを回転軸とした回転対称(本実施の形態では円対称)である。
The
裏面305は、光束制御部材300の裏側に位置し、凹部310の開口縁部から径方向に延在する平面である。
The
出射面330は、光束制御部材300の表側(光拡散板120側)に配置されている。出射面330は、光束制御部材300内に入射した光を、進行方向を制御しつつ外部に出射させる。出射面330は、中心軸CAと交わり、中心軸CAを回転軸とした回転対称(本実施の形態では4回対称)である。
The
出射面330は、中心軸CAを中心とする所定範囲に位置する第1出射面330aと、第1出射面330aの周囲に連続して形成される第2出射面330bを有する。第1出射面330aは、裏側に凸の曲面である。第1断面における第1出射面330aの曲率と、第2断面における第1出射面330aの曲率との大きさは特に限定されない。本実施の形態では、第1断面における第1出射面330aの曲率と、第2断面における第1出射面330aの曲率とは同一である。ここで、「第1断面」とは、中心軸CAと、出射面330の外縁のうち中心軸CAに最も近い点とを含む断面であり、図5AにおけるA−A線の断面をいう。また、「第2断面」とは、中心軸CAと、出射面330の外縁のうち中心軸CAから最も遠い点とを含む断面である。なお、本実施の形態では、「第2断面」は、中心軸CAを軸として、第1断面を45°回転させた断面であり、図5AにおけるB−B線の断面である。
The
第2出射面330bは、第1出射面330aの周囲に位置する、表側に凸の滑らかな曲面である。また、本実施の形態では、第1断面における第2出射面330bの曲率と、第2断面における第2出射面330bの曲率とは異なる。第2出射面330bは、中心軸CAを含む断面において、第2曲面330bは、中心軸から最も離れた位置にオーバーハング部330cを有する。ここで、「オーバーハング部」とは、中心軸CAに垂直な方向において、第2出射面330bの外側端部が、中心軸CAに沿う方向における第2出射面330bの下側端部よりさらに外側に張り出している部分をいう。本実施の形態では、第2出射面330bが当該オーバーハング部330cを有することにより、発光素子220から出射される光のうち、光軸OAに対する角度が大きい光も有効に光拡散板120(被照射面)を照明する光として利用できるように制御している。
The
(発光装置の配光特性)
図6A、Bは、発光装置200における光路図である。図6Aは、第1断面における発光装置200の光路図を示しており、図6Bは、第2断面における発光装置200の光路図を示している。なお、図6A、Bでは、光路を示すため発光素子220および光束制御部材300へのハッチングを省略している。また、図6A、Bに示される光路を示す光線は、出射角度が0°から80°まで5°刻みの各光線を示している。さらに、図6A、Bでは、発光装置200の被照射領域を示すために光拡散板120を図示している。
(Light distribution characteristics of light-emitting device)
6A and 6B are optical path diagrams in the
図6A、Bに示されるように、第1断面および第2断面において、発光素子220から出射された、出射角度が比較的小さな光は、拡げられつつ、光拡散板120に形成される被照射領域の中央部分(光束制御部材300の中心軸CAの近傍の領域)に向かうように制御される。これにより、発光装置200から出射された光は、被照射面の中央部分に過度に明るい部分を作ることなく被照射面の中央部分を均一に照射する。一方、発光素子220から出射された、出射角度の大きな光は、集光されつつ、被照射領域の端部に向かうように制御される。これにより、発光装置220から出射された光は、1灯当りの出射光によって照明されるべき被照射領域の端部に照射され、隣接する発光装置220空の出射光による被照射領域と端部が重なり合ったときに、被照射領域の中央部と同程度の明るさとなるように制御される。
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the first cross section and the second cross section, the light emitted from the
光束制御部材300のより具体的な形状については、光束制御部材300は、前述の入射面320と、前述の第1出射面330aおよび前述の第2出射面330bを含む前述の出射面330と有し、かつ「第1最大値の求め方」により求められる第1最大値が「第2最大値の求め方」により求められる第2最大値未満となることが必要である。
With respect to a more specific shape of the light
ここで、「第1最大値の求め方」および「第2最大値の求め方」について説明する。図7は、発光角度と出射角度を説明するための図である。図7では、第1断面における光路を示している。図7に示されるように、光束制御部材300の中心軸CAと、出射面330の外縁のうち中心軸CAに最も近い点とを含む第1断面において、発光中心から出射された任意の光線Lの発光中心と入射面320との間における進行方向の中心軸CAに対する角度を「発光角度θ1A」とし、当該任意の光線Lの出射面330と被照射面107との間における進行方向の中心軸CAに対する角度を「出射角度θ3A」とする。本実施の形態では、「第1断面」は、図5Aに示されるA−A線の断面である。第1断面は、中心軸CAと、格子線上の隣接する2つの発光中心を結ぶ直線とを含む断面でもある。
Here, “how to obtain the first maximum value” and “how to obtain the second maximum value” will be described. FIG. 7 is a diagram for explaining the emission angle and the emission angle. FIG. 7 shows an optical path in the first cross section. As shown in FIG. 7, in the first cross section including the central axis CA of the light
同様に、図面は省略するが、光束制御部材300の中心軸CAと、出射面330の外縁のうち中心軸CAに最も遠い点とを含む第2断面において、発光中心から出射された任意の光線Lの発光中心と入射面320との間における進行方向の中心軸CAに対する角度を「発光角度θ1B」とし、当該任意の光線Lの出射面330と被照射面107との間における進行方向の中心軸CAに対する角度を「出射角度θ3B」とする。本実施の形態では、「第2断面」は、図5Aに示されるB−B線の断面である。第2断面は、中心軸CAと、単位格子の対角線上の隣接する2つの発光中心を結ぶ直線とを含む断面でもある。
Similarly, although not shown, any light beam emitted from the emission center in the second cross section including the central axis CA of the light
図8A、Bは、第1最大値の求め方を説明するためのグラフである。図8Aは、発光素子220の発光中心から出射された光線の発光角度θ1Aと当該光線の出射角度θ3Aとの関係を示す第1多項式近似関数C1を示すグラフであり、図8Bは、第1多項式近似関数C1の1階微分に対応する第1曲線C1’を示すグラフである。図8Aの横軸は、発光角度θ1A(°)を示しており、縦軸は、出射角度θ3A(°)を示している。また、図8Bの横軸は、発光角度θ1A(°)を示しており、縦軸は、出射角度θ3A(°)の1階微分値を示している。
8A and 8B are graphs for explaining how to obtain the first maximum value. 8A is a graph showing a first polynomial approximation function C1 showing the relationship between the light emission angle θ1A of the light emitted from the light emission center of the
図9A、Bは、第2最大値の求め方を説明するためのグラフである。図9Aは、発光素子220の発光中心から出射された光線の発光角度θ1Bと当該光線の出射角度θ3Bとの関係を示す第1多項式近似関数C2を示すグラフであり、図9Bは、第1多項式近似関数C2の1階微分に対応する第1曲線C2’を示すグラフである。図9Aの横軸は、発光角度θ1B(°)を示しており、縦軸は、出射角度θ3B(°)を示している。また、図9Bの横軸は、発光角度θ1B(°)を示しており、縦軸は、出射角度θ3B(°)の1階微分値を示している。
9A and 9B are graphs for explaining how to obtain the second maximum value. FIG. 9A is a graph showing a first polynomial approximation function C2 showing the relationship between the emission angle θ1B of the light beam emitted from the light emission center of the
第1最大値の求め方は、以下の通りである。 The method for obtaining the first maximum value is as follows.
(1)第1断面において、発光中心から出射された任意の光線Lの発光角度θ1Aと、当該任意の光線Lの出射角度θ3Aとの関係を表す第1多項式近似関数C1を求める(図8A参照)。 (1) In the first cross section, a first polynomial approximation function C1 representing the relationship between the emission angle θ1A of an arbitrary light beam L emitted from the light emission center and the output angle θ3A of the arbitrary light beam L is obtained (see FIG. 8A). ).
(2)第1多項式近似関数の1階微分に対応する第1曲線C1’を求める(図8B参照)。 (2) Obtain a first curve C1 'corresponding to the first derivative of the first polynomial approximation function (see FIG. 8B).
(3)発光角度θ1Aが40°を超える場合において、第1曲線C1’における最大値を第1最大値とする(図8B参照)。 (3) When the light emission angle θ1A exceeds 40 °, the maximum value in the first curve C1 ′ is set as the first maximum value (see FIG. 8B).
本実施の形態において、以上のように求めることができる第1最大値は、約0.5であり、そのときの発光角度θ1Aは、40°である(図8B参照)。 In the present embodiment, the first maximum value that can be obtained as described above is about 0.5, and the light emission angle θ1A at that time is 40 ° (see FIG. 8B).
第2最大値の求め方は、以下の通りである。 The method for obtaining the second maximum value is as follows.
(1)第2断面において、発光中心から出射された任意の光線の発光角度θ1Bと、当該任意の光線の出射角度θ3Bとの関係を表す第2多項式近似関数C2を求める(図9A参照)。 (1) In the second cross section, a second polynomial approximation function C2 representing the relationship between the emission angle θ1B of an arbitrary ray emitted from the emission center and the emission angle θ3B of the arbitrary ray is obtained (see FIG. 9A).
(2)第2多項式近似関数の1階微分に対応する第2曲線C2’を求める(図9A参照)。 (2) Obtain a second curve C2 'corresponding to the first derivative of the second polynomial approximation function (see FIG. 9A).
(3)θ1Aが40°を超える場合において、第2曲線C2’における最大値を第2最大値とする(図9A参照)。 (3) When θ1A exceeds 40 °, the maximum value in the second curve C2 ′ is set as the second maximum value (see FIG. 9A).
本実施の形態において、以上のように求めることができる第2最大値は、約1.2であり、そのときのθ2Aは、約76°である(図9B参照)。 In the present embodiment, the second maximum value that can be obtained as described above is about 1.2, and θ2A at that time is about 76 ° (see FIG. 9B).
このように、「第2最大値が第1最大値より大きい」とは、図5AにおけるA−A線の方向よりもB−B線の方向の方が、光拡散板120の裏面(被照射面107)における明暗の局所的な変化度が大きいことを示している。これは、この後説明するように、光拡散板120の裏面(被照射面107)における照射領域の四隅の照射領域への過剰な光照射を抑制するように設計されることと関連している。
Thus, “the second maximum value is greater than the first maximum value” means that the back surface of the light diffusing plate 120 (irradiated) is greater in the direction of the BB line than in the direction of the AA line in FIG. 5A. It shows that the local change degree of light and dark in the surface 107) is large. This is related to being designed to suppress excessive light irradiation to the irradiation areas at the four corners of the irradiation area on the back surface (irradiated surface 107) of the
次に、第1断面および第2断面についての、光拡散板120の裏面(被照射面107)における照射領域の端部の位置について説明する。図10は、光拡散板120の裏面(被照射面107)における照射領域の端部の位置を説明するための図である。図10では、光束制御部材300を用いた面光源装置100を光拡散板120側から見たときの照射領域を破線で示している。
Next, the position of the edge part of the irradiation area | region in the back surface (irradiation surface 107) of the
図10に示されるように、本実施の形態では、発光素子220の発光中心が正方格子状に位置するように発光装置200が配置されている。このように発光素子220の発光中心が正方格子状となるように発光装置200が配置されている場合、平面視形状がR面取りした略正方形の光束制御部材300は、この正方格子に対応して、「第1断面」(図5AのA−A線の断面)が正方格子の単位格子の辺に沿い、「第2断面」(図5AのB−B線の断面)が正方格子の単位格子の対角線に沿うように配置される。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the
この場合、本実施の形態に係る光束制御部材300(発光装置200)は、以下の式を満たす。
図10に示されるように、式(1)において、D1は、正方格子の単位格子の辺上の隣接する2つの発光中心を結ぶ直線の半分の長さ(正方格子の単位格子の1辺の半分の長さ)である。また、D2は、正方格子の単位格子の対角線上の隣接する2つの発光中心を結ぶ直線の半分の長さ(正方格子の単位格子の対角線の半分の長さ)である。さらに、Pは、第2最大値に対応する発光角度θ1Bで発光素子220から出射された光線の光拡散板120の裏面における交点と、中心軸CAとの距離である。図10に示されるように、Pは、正方格子の単位格子の対角線方向における、光束制御部材300(発光装置200)による照射領域の端部の位置を特定している。なお、第1最大値に対応する発光角度θ1Aで発光素子220から出射された光拡散板120の裏面における交点と、中心軸との距離pは、D1と略同じ長さかそれよりも短くなるように設定される。
As shown in FIG. 10, in the formula (1), D1 is half the length of a straight line connecting two adjacent emission centers on the side of the unit lattice of the square lattice (one side of the unit lattice of the square lattice). Half the length). D2 is the length of half of the straight line connecting two adjacent emission centers on the diagonal of the unit lattice of the square lattice (half the length of the diagonal of the unit lattice of the square lattice). Further, P is the distance between the intersection point on the back surface of the
本発明者は、発光素子220の発光中心が正方格子状に位置するように発光装置200を配置した場合、上記式(1)を満たすように光束制御部材300の出射面330(特に第2出射面330b)の形状を調整することで、光拡散板120の裏面(被照射面107)において明部の発生を抑制できることを見出した。これは、1つの発光装置200により形成される略正方形状の照射領域の四隅の輝度が他の部分の輝度と比較して低いため、単位格子の中央部付近において4つの照射領域が重なることによる明部が生じにくいためだと推察される。
When the
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材300は、第2最大値が第1最大値より大きいため、格子状に配置された場合であっても、被照射面上における明部の発生を抑制できる。また、当該光束制御部材300を有する発光装置、面光源装置および表示装置では、明部の発生を抑制できる。
(effect)
As described above, the light
なお、本実施の形態では、発光素子220の発光中心が正方格子となるように配置した場合について示したが、本発明はそれに限らず、発光素子220の発光中心は長方格子となるように配置されていてもよい。長方格子である場合には、Pは単位格子の対角線の半分の長さよりも短く、かつ単位格子の長辺の半分の長さよりもPの方が長くなるよう設計される。
Note that although the case where the light emission center of the
また、底板112には、明部の発生をさらに緩和(抑制)するための緩和部を有していてもよい。図11Aは、緩和部411Aを説明するための図であり、図11Bは、他の緩和部411Bを説明するための図である。なお、図11A、Bでは、緩和部411A、411Bの位置を明確にするため、発光素子220を点線で図示している。
Further, the
発光素子220から出射された光のうち、一部の光は、光束制御部材300に制御されて被照射面に到達する。また、発光素子220から出射された光のうち、他の一部の光は、光束制御部材300に制御されて底板112の表面に到達する。底板112の表面に到達した光は、被照射面に向かって反射する。このように、被照射面に到達する光のうち、一部の光は、底板112で反射した光であるため、底板112で反射する光を少なくすれば、被照射面における明部の発生をさらに抑制できる。したがって、緩和部411A、411Bは、被照射面において、明部となりうる光が反射する底板112の少なくとも一部の領域に形成される。図11A、Bに示されるように、本実施の形態では、緩和部411A、411Bは、単位格子の対角線の交点近傍に形成されている。緩和部411A、411Bの構成は、底板112の表面において到達した光の反射を抑制できる範囲内において、適宜設計できる。図11Aに示されるように、緩和部411Aは、光を反射しない黒色の印刷部分であってもよい。また、図11Bに示されるように、緩和部411Bは、明部が生じる領域を切り抜いて構成してもよい。
Part of the light emitted from the
また、前述のとおり、光束制御部材300は、基板210に位置決めして固定するための脚部を有していてもよい。図12A〜Cは、変形例に係る光束制御部材300の底面図である。図12Aは、変形例1に係る光束制御部材300の底面図であり、図12Bは、変形例2に係る光束制御部材300の底面図であり、図12Cは、変形例3に係る光束制御部材300の底面図である。
Further, as described above, the light
脚部421A、421B、421Cの形状は、前述の機能を発揮できる範囲内において適宜選択できる。例えば、脚部421A、421B、421Cの形状は、円柱状であってもよいし、角柱状であってもよい。本実施の形態では、変形例1に係る光束制御部材300の脚部421Aおよび変形例2に係る光束制御部材300の脚部421Bの形状は、いずれも円柱状である。また、変形例3に係る光束制御部材300の脚部421Cは、角柱状である。これらの場合、脚部421A、421B、421Cは、基板210に対して接着剤などにより接着される。図12Aに示されるように、脚部421Aは、入射面320を取り囲むように、裏面305に3つ配置されていてもよい。また、図12Bに示されるように、脚部421Bは、入射面320を取り囲むように、裏面305に4つ配置されていてもよい。さらに、図12Cに示されるように、入射面320を挟むように、2つ配置されていてもよい。なお、図12Bに示されるように、光束制御部材300に4つの脚部412Bが配置されている場合には、4つの脚部412Bのうち、3つの脚部412Bのみ接着してもよい。このように、脚部421A、421B、421Cを有することにより、基板210に対する光束制御部材300の取り付け方向の間違いを防止できる。また、図12Bおよび図12Cに示されるように、光束制御部材300の中心軸CAを回転中心として、脚部421B、421Cが回転対称となるように配置された光束制御部材300では、取り付ける方向を発光装置200毎に変更できる。これにより、面光源装置100に使用する複数の発光装置200のゲート位置をランダムに配置できるため、射出成形時のゲートによる輝度ムラの発生を抑制できる。
The shapes of the
本発明に係る光束制御部材、発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。 The light flux controlling member, the light emitting device, and the surface light source device according to the present invention can be applied to, for example, a backlight of a liquid crystal display device or general illumination.
10 面光源装置
20 プリント配線基板
30 発光装置
35 発光素子
40 導光部材
41 レンズ部
42 鍔部
43 凹部
44 入射面
45 出射面
46 平面
47 曲面
100 面光源装置
100’ 表示装置
107 被照射面
110 筐体
112 底板
114 天板
120 光拡散板
200 発光装置
210 基板
220 発光素子
300 光束制御部材
305 裏面
310 凹部
320 入射面
330 出射面
330a 第1出射面
330b 第2出射面
330c オーバーハング部
411A、411B 緩和部
421A、421B、421C 脚部
CA 光束制御部材の中心軸
OA 発光素子の光軸
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光束制御部材の中心軸と交わるように、裏側に形成された凹部の内面である入射面と、
前記入射面の反対側に配置された出射面と、
を有し、
前記出射面は、前記中心軸と交わるように配置された、裏側に向けて凸の第1出射面と、前記第1出射面を取り囲むように配置された、表側に向けて凸の第2出射面と、を含み、
その発光中心が前記中心軸上に位置するように前記発光素子を前記凹部と対向するように配置し、かつ前記中心軸に直交するように前記出射面の上方に被照射面を配置した場合に、以下の「第2最大値の求め方」により求められる第2最大値は、以下の「第1最大値の求め方」により求められる第1最大値より大きい、
光束制御部材。
[第1最大値の求め方]
(1)前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も近い点とを含む第1断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ1Aと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ3Aとの関係を表す第1多項式近似関数を求める。
(2)前記第1多項式近似関数の1階微分に対応する第1曲線を求める。
(3)発光角度θ1Aが40°を超える場合において、前記第1曲線における最大値を第1最大値とする。
[第2最大値の求め方]
(1)前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も遠い点とを含む第2断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ1Bと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ3Bとの関係を表す第2多項式近似関数を求める。
(2)前記第2多項式近似関数の1階微分に対応する第2曲線を求める。
(3)発光角度θ1Bが40°を超える場合において、前記第2曲線における最大値を第2最大値とする。 A light flux controlling member for controlling the light distribution of the light emitted from the light emitting element,
An incident surface that is an inner surface of a recess formed on the back side so as to intersect with the central axis of the light flux controlling member;
An exit surface disposed on the opposite side of the entrance surface;
Have
The exit surface is disposed so as to intersect with the central axis, the first exit surface is convex toward the back side, and the second exit is disposed so as to surround the first exit surface and is convex toward the front side. And including a surface,
When the light emitting element is disposed so as to face the concave portion so that the light emission center is located on the central axis, and the irradiated surface is disposed above the emission surface so as to be orthogonal to the central axis. The second maximum value obtained by the following “how to obtain the second maximum value” is larger than the first maximum value obtained by the following “how to obtain the first maximum value”.
Luminous flux control member.
[How to find the first maximum value]
(1) In the first cross section including the central axis and a point closest to the central axis among the outer edges of the emission surface, the emission center of the arbitrary light beam emitted from the emission center and the incident surface Between the emission angle θ1A, which is the angle of the traveling direction in relation to the central axis, and the emission angle θ3A, which is the angle of the arbitrary light ray between the emitting surface and the irradiated surface, relative to the central axis A first polynomial approximation function representing is obtained.
(2) Find a first curve corresponding to the first derivative of the first polynomial approximation function.
(3) When the light emission angle θ1A exceeds 40 °, the maximum value in the first curve is set as the first maximum value.
[How to find the second maximum]
(1) In a second cross section including the central axis and a point farthest from the central axis among the outer edges of the emission surface, between the emission center and the incident surface of an arbitrary ray emitted from the emission center Between the emission angle θ1B, which is the angle of the traveling direction between the light emitting surface and the central axis, and the emission angle θ3B, which is the angle of the arbitrary light beam between the emitting surface and the irradiated surface, with respect to the central axis A second polynomial approximation function representing is obtained.
(2) A second curve corresponding to the first derivative of the second polynomial approximation function is obtained.
(3) When the light emission angle θ1B exceeds 40 °, the maximum value in the second curve is set as the second maximum value.
請求項1に記載の光束制御部材と、を有する、
発光装置。 A light emitting element;
The light flux controlling member according to claim 1,
Light emitting device.
前記複数の発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、
を有し、
以下の式(1)を満たす、
面光源装置。
A light diffusing plate that diffuses and transmits light from the plurality of light emitting devices;
Have
The following formula (1) is satisfied.
Surface light source device.
前記面光源装置から出射された光を照射される被照射部材と、
を有する、表示装置。 A surface light source device according to claim 3,
A member to be irradiated with light emitted from the surface light source device;
A display device.
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