JP2022017153A - Luminous flux control member, light emitting device, surface light source device, display device, and luminance unevenness improving method for light-emitting 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、当該発光装置を有する面光源装置、当該面光源装置を有する表示装置、および当該発光装置の輝度ムラ改善方法に関する。 The present invention relates to a light flux control member that controls the distribution of light emitted from a light emitting element, a light emitting device having the light beam control member, a surface light source device having the light emitting device, a display device having the surface light source device, and the present invention. The present invention relates to a method for improving uneven brightness of a light emitting device.
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されている。また、発光素子は広い範囲に光を照射するために数多く配置されることがある。 In a transmissive image display device such as a liquid crystal display device, a direct type surface light source device having a plurality of light emitting elements as a light source has been used in recent years. In addition, a large number of light emitting elements may be arranged to irradiate light over a wide range.
特許文献1は、多数の発光素子上に配置されるのに適した光束制御部材(マイクロアレイレンズ)を開示している。このマイクロアレイレンズでは、多数のレンズが支持プレートによって連なっており、基板に配置された多数の発光素子(ミニLED)上に1つのマイクロアレイレンズが配置される。このようにすることで、個々の発光素子上に個々のレンズを配置する必要がなく、実装時のハンドリング性が良好になり実装が容易になる。
上記のような光束制御部材(マイクロアレイレンズ)は、実装時のハンドリング性が良好であるものの、発光素子からの光を所望通りに配光しようとすると光束制御部材が厚いものになってしまうことがある。その結果、面光源装置も厚いものになってしまうことがある。 Although the above-mentioned luminous flux control member (microarray lens) has good handleability at the time of mounting, the luminous flux control member may become thick when trying to distribute the light from the light emitting element as desired. be. As a result, the surface light source device may also become thick.
本発明の目的は、複数の発光素子上に1つの光束制御部材を配置するようにして実装時のハンドリング性を良好にしつつ、複数の発光素子からの光をより適切に配光することができる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、上記の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。また、本発明のさらに別の目的は、上記の発光装置の輝度ムラ改善方法を提供することである。 An object of the present invention is to arrange one luminous flux control member on a plurality of light emitting elements to improve the handling property at the time of mounting, and to more appropriately distribute the light from the plurality of light emitting elements. It is an object of the present invention to provide a luminous flux control member. Another object of the present invention is to provide a light emitting device, a surface light source device, and a display device having the above-mentioned luminous flux control member. Further, another object of the present invention is to provide a method for improving the luminance unevenness of the above-mentioned light emitting device.
本発明の光束制御部材は、基板上に配置されたn個の発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、前記n個の発光素子から出射された光をそれぞれ入射させるためのn個の入射ユニットと、前記基板に沿う方向において前記n個の入射ユニットの間に配置され、前記n個の入射ユニットで入射した光を導光しながら出射させる出射ユニットと、前記光束制御部材の裏側に配置され、前記基板に対して前記光束制御部材を支持する複数の脚と、を有し、前記n個の入射ユニットは、それぞれ前記光束制御部材の裏側に配置され、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、前記光束制御部材の表側において前記入射面を挟んで前記発光素子と対向する位置に配置され、前記入射面で入射した光を前記発光素子の光軸から離れるように側方方向に反射させる反射面と、を有し、前記出射ユニットは、前記光束制御部材の表側に配置され、前記入射ユニットからの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる第1出射面と、前記光束制御部材の裏側において前記第1出射面と対向して配置され、前記入射ユニットからの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる第2出射面と、を有し、前記複数の脚は、それぞれ、以下の条件1または条件2を満たす位置に配置されている。
[条件1]
前記光束制御部材を平面視したときに、前記n個の入射ユニットのそれぞれの中心を繋げることで形成される多角形の重心に対して、前記n個の入射ユニットのそれぞれの中心から±(60/n)°の角度で2本の直線を引いたときに2n本の前記直線で囲まれた領域である第1領域の外側に、前記脚の少なくとも一部が配置されている。
[条件2]
前記発光素子の発光面のうち前記入射ユニットの中心軸との交点である発光中心から出射され、前記入射面で入射した光のうち、前記入射面から前記反射面に直接到達し、前記反射面で反射された後に他の面で反射されていない光、前記入射面から前記反射面に直接到達し、前記反射面および前記第1出射面で順次反射された後に他の面で反射されていない光、および前記入射面から前記第1出射面に直接到達し、前記第1出射面で反射された後に他の面で反射されていない光が実質的に到達しない領域である第2領域の内側に、前記脚の全部が配置されている。
The light beam control member of the present invention is a light beam control member for controlling the light distribution of the light emitted from the n light emitting elements arranged on the substrate, and is the light emitted from the n light emitting elements. An emission unit that is arranged between the n incident units in the direction along the substrate and emits the incident light by the n incident units while guiding the light incident on the n incident units. And a plurality of legs arranged on the back side of the light beam control member and supporting the light beam control member with respect to the substrate, and the n incident units are arranged on the back side of the light beam control member, respectively. The light emitted from the light emitting element is incident on the incident surface, and the light incident on the incident surface is arranged at a position facing the light emitting element with the incident surface on the front side of the light beam control member. It has a reflecting surface that reflects laterally away from the optical axis of the light emitting element, and the emitting unit is arranged on the front side of the light beam control member and reflects a part of the light from the incident unit. , A first emission surface for emitting another part and a part of the light emitted from the incident unit are reflected on the back side of the light beam control member so as to face the first emission surface, and the other part. The plurality of legs are arranged at positions satisfying the following
[Condition 1]
When the light beam control member is viewed in a plan view, the center of gravity of the polygon formed by connecting the centers of the n incident units is ± (60) from the center of each of the n incident units. At least a part of the leg is arranged outside the first region, which is the region surrounded by the 2n straight lines when the two straight lines are drawn at an angle of / n) °.
[Condition 2]
Of the light emitting surface of the light emitting element, the light emitted from the light emitting center which is the intersection with the central axis of the incident unit, and of the light incident on the incident surface, directly reaches the reflecting surface from the incident surface and reaches the reflecting surface. Light that has been reflected by and then not reflected by another surface, directly reaches the reflecting surface from the incident surface, is sequentially reflected by the reflecting surface and the first emitting surface, and then is not reflected by the other surface. Inside a second region, which is a region in which light and light that reaches the first emission surface directly from the entrance surface and is reflected by the first emission surface but not reflected by other surfaces does not substantially reach. All of the legs are arranged in.
本発明の発光装置は、基板上に配置されたn個の発光素子と、前記n個の発光素子の上に配置された上記の光束制御部材と、を有する。
前記発光装置において、前記複数の脚は、黒色よりも光学吸収の少ない色の接着剤により前記基板に接着されていることが好ましい。
The light emitting device of the present invention has n light emitting elements arranged on a substrate and the above-mentioned luminous flux control member arranged on the n light emitting elements.
In the light emitting device, it is preferable that the plurality of legs are adhered to the substrate with an adhesive having a color having less optical absorption than black.
本発明の面光源装置は、複数の上記の発光装置と、前記複数の発光装置から出射された光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、を有する。 The surface light source device of the present invention has a plurality of the above-mentioned light emitting devices and a light diffusing plate that diffuses and transmits the light emitted from the plurality of light emitting devices.
本発明の表示装置は、上記の面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材と、を有する。 The display device of the present invention includes the above-mentioned surface light source device and a display member irradiated with light emitted from the surface light source device.
本発明の発光装置の輝度ムラ改善方法は、上記の発光装置の輝度ムラ改善方法であって、輝度分布に応じて選択された光学吸収率を有する接着剤を用いて、前記光束制御部材の前記複数の脚を基板に固定する。 The method for improving the luminance unevenness of the light emitting device of the present invention is the above-mentioned method for improving the luminance unevenness of the light emitting device, and is the method for improving the luminance unevenness of the luminous flux control member by using an adhesive having an optical absorption rate selected according to the luminance distribution. Secure multiple legs to the board.
本発明によれば、複数の発光素子上に1つの光束制御部材を配置するようにして実装時のハンドリング性を良好にしつつ、複数の発光素子からの光をより適切に配光することができる光束制御部材を提供することができる。また、本発明によれば、上記の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ができる。 According to the present invention, it is possible to more appropriately distribute the light from the plurality of light emitting elements while improving the handleability at the time of mounting by arranging one light flux control member on the plurality of light emitting elements. A luminous flux control member can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a light emitting device, a surface light source device, and a display device having the above-mentioned luminous flux control member.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明に係る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面光源装置について説明する。この面光源装置は、面光源装置からの光を照射される表示部材102(例えば液晶パネル)と組み合わせることで、表示装置100’として使用されうる(図1B参照)。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, as a typical example of the surface light source device according to the present invention, a surface light source device suitable for a backlight of a liquid crystal display device or the like will be described. This surface light source device can be used as a display device 100'by combining with a display member 102 (for example, a liquid crystal panel) irradiated with light from the surface light source device (see FIG. 1B).
(面光源装置および発光装置の構成)
図1A、1B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1Aは、平面図であり、図1Bは、正面図である。図2Aは、図1Bに示されるA-A線の断面図であり、図2Bは、図1Aに示されるB-B線の断面図であり、図2Cは、発光素子220と光束制御部材300との位置関係を示す部分拡大平面図である。図3は、図2Bの一部を拡大した部分拡大断面図である。
(Structure of surface light source device and light emitting device)
1A and 1B are views showing the configuration of a surface
図1A~図3に示されるように、本実施の形態に係る面光源装置100は、筐体110、複数の発光装置200および光拡散板120を有する。複数の発光装置200は、筐体110の底板112上に格子状(マトリックス状)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、特に限定されないが、例えば約400mm×約700mmである。
As shown in FIGS. 1A to 3, the surface
図3に示されるように、発光装置200は、基板210上に固定されている。基板210は、筐体110の底板112上の所定の位置に固定されている。発光装置200は、複数の発光素子220および光束制御部材300を有している(図2Cも参照)。
As shown in FIG. 3, the
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。また、発光素子220の種類は、特に制限されないが、天面および側面から光を出射する発光素子220(例えば、COB型発光ダイオード)などが、本発明の実施の形態に係る発光装置200において好適に用いられる。
The
発光素子220の発光面の大きさは、特に制限されないが、適切に配光して色ムラを少なくする観点からは小さいほうが好ましい。具体的には、発光素子220の発光面の大きさは、0.1mm~0.6mmであることが好ましく、0.1mm~0.3mmであることがより好ましい。
The size of the light emitting surface of the
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する光学部材であり、基板210上に固定されている。この後説明するように、光束制御部材300は、複数の入射ユニット310を有し、光束制御部材300は、各入射ユニット310(入射面311)の中心軸CAが各発光素子220の光軸LAに一致するように、複数の発光素子220の上に配置されている。なお、本実施の形態に係る光束制御部材300において、光束制御部材300の入射ユニット310(入射面311および反射面312)は回転対称である。この入射ユニット310の回転軸を「入射ユニット310、入射面311または反射面312の中心軸CA」という。また、「発光素子220の光軸LA」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。「発光素子220の発光中心」とは、発光素子220の発光面のうち入射ユニット310の中心軸CAとの交点を意味する。
The luminous
光束制御部材300は複数の脚330を有しており、発光素子220が実装された基板210と光束制御部材300の裏面との間には、発光素子220から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている(図3参照)。光束制御部材300の複数の脚330は、接着剤により基板210に固定されてもよい。
The luminous
光束制御部材300の基板210への固定方法は、特に限定されない。たとえば、光束制御部材300の複数の脚330を、黒色または黒色よりも光学吸収の少ない有色の接着剤を用いて基板210に固定してもよい。この場合、発光装置200を上から見た際に、明部となりやすい領域に配置されている脚330については、黒色または光学吸収の多い色の接着剤を用いて基板210に固定することが好ましい。一方、発光装置200を上から見た際に、暗部となりやすい領域に配置されている脚330については、白色などの光学吸収の少ない色の接着剤を用いて基板210に固定することが好ましい。無色透明の接着剤を用いる場合には、基板などの被接着部材の色の影響を受けやすいが、有色の接着剤を選択的に用いることで、より輝度ムラの少ない発光装置を実現することができる。このように、輝度分布に応じて選択された光学吸収率を有する接着剤を用いて、光束制御部材300の複数の脚330を基板210に固定することで、発光装置200の輝度ムラを改選することができる。
The method of fixing the luminous
光束制御部材300は、一体成形により形成されている。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特に限定されない。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)などの光透過性樹脂、またはガラスである。
The luminous
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については、別途詳細に説明する。
The surface
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。通常、光拡散板120は、液晶パネルなどの表示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
本実施の形態に係る面光源装置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。各光束制御部材300から出射された光は、さらに光拡散板120により拡散される。その結果、本実施の形態に係る面光源装置100は、面状の表示部材102(例えば液晶パネル)を均一に照らすことができる。なお、発光面(光拡散板120)において明部または暗部が発生する場合には、明部または暗部の位置および程度に応じて使用する接着剤の色を調整することにより、接着剤における光の吸収および反射の程度を調整して明部または暗部の発生を解消するようにしてもよい
In the surface
図2Aおよび図2Cに示されるように、本実施の形態では、複数の発光素子220および複数の発光装置200は、いずれも格子状にかつ互いに離間して配置されている。そして隣り合う発光装置200の間隔L1は、複数の発光素子220の中心間距離L2の半分よりも小さくしてもよい。ここで「複数の発光素子220の中心間距離L2」とは、異なる発光装置200に属する2つの発光素子220の中心間距離を意味する。このようにすることで光束制御部材300によって光がより広く導光され、発光装置200の間が暗くなることを抑制することができる。
As shown in FIGS. 2A and 2C, in the present embodiment, the plurality of
また、隣り合う発光装置200間には隙間が存在し、発光装置200同士は接しないように配置されていることも重要である。隙間を空けて発光装置200を配置しないと、光束制御部材300の端部から出射した光が隣接する光束制御部材300の端部に入射したり、端部で反射したりして、光拡散板120上の発光品位に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
It is also important that there is a gap between the adjacent
(光束制御部材の構成)
図4は、実施の形態に係る光束制御部材300の斜視図である。図5Aは実施の形態に係る光束制御部材300の平面図であり、図5Bは光束制御部材300の底面図であり、図5Cは図5AのC-C線の断面図である。図5Cは、図5Aおよび図5Bよりも光束制御部材300を拡大して示している。以下、光束制御部材300の構成について説明する。
(Structure of luminous flux control member)
FIG. 4 is a perspective view of the luminous
光束制御部材300は、基板210上に配置されたn個の発光素子220から出射された光の配向を制御するための光束制御部材300であって、n個の入射ユニット310と、出射ユニット320と、複数の脚330を有する。本実施の形態では、光束制御部材300は、4個の発光素子220から出射された光の配向を制御するために、4個の入射ユニット310を有している。n個(4個)の入射ユニット310は、発光素子220の配列に対応して格子状に配置されている。出射ユニット320は、基板210に沿う方向においてn個(4個)の入射ユニット310の間に配置されている。複数の脚330は、光束制御部材300の裏側に配置されている。本実施の形態では、光束制御部材300は、4個の脚330を有している(図5B参照)。
The luminous
複数の入射ユニット310は、発光素子220から出射された光をそれぞれ入射させる。入射ユニット310は、発光素子220から出射された光を入射させる入射面311と、入射面311で入射した光を出射ユニット320に向けて反射させる反射面312とを有する。
Each of the plurality of
入射面311は、光束制御部材300の裏側に配置され、発光素子220と対向する位置に形成されている凹部の内面である。入射面311は、発光素子220から出射された光の大部分を、その進行方向を制御しつつ光束制御部材300の内部に入射させる。入射面311は、発光素子220の光軸LAと交わり、光軸LAに対して回転対称(円対称)である。入射面311の形状は、特に限定されず、入射面311で入射した光が反射面312および第1出射面321に向かうように設定される。本実施の形態では、入射面311を構成する凹部は、大きな浅い凹部の中央部に小さな深い凹部を配置した形状を有している(図3参照)。中央部の小さな凹部は、発光素子220の光軸LAから離れるにつれて基板210からの距離が徐々に短くなる形状である。この小さな凹部により構成される入射面311の一部は、発光素子220から光軸LAに対して小さな角度で出射された光が反射面312の中央部以外の領域にも向かうように発光素子220からの光を制御する。小さな凹部の周囲に位置する大きな凹部は、発光素子220の光軸LAから離れてもしばらくは基板210からの距離が略一定であり、その後徐々に短くなるような形状である。この大きな凹部により構成される入射面311の一部は、発光素子220から光軸LAに対して大きな角度で出射された光が第1出射面321に向かうように発光素子220からの光を制御する。
The
反射面312は、光束制御部材300の表側において入射面311を挟んで発光素子220と対向する位置に配置され、入射面311で入射した光を発光素子220の光軸LAから離れるように側方方向に反射させる。ここで、側方方向とは、光束制御部材300の外縁方向を意味しているのではなく、光軸LAを中心とするすべての径方向(光軸LAに垂直な方向)を意味する。したがって、反射面312は、入射面311で入射した光を光束制御部材300の中央部に向けても反射させる(図6参照)。このようにすることで、反射面312は、入射面311で入射した光が上方に抜けるのを抑制して発光素子220の直上に明部が発生するのを防ぐとともに、発光素子220間に光を導いて発光素子220間に暗部が発生するのも防ぐ。
The reflecting
反射面312の形状は入射面311から入射した光を側方に反射させることができれば特に制限されない。反射面312は、たとえば、発光素子220の光軸LAに対して回転対称(円対称)であり、かつ、発光素子220の光軸LAから離れるにつれて表側に向かう(基板210から離れる)ように構成されていてもよい。この回転対称の中心部分から外周部分にかけての母線は、発光素子220の光軸に対して傾斜した曲線または直線である。本実施の形態では、この母線は、発光素子220の光軸LAから離れるにつれて光軸LAに対する角度が大きくなる曲線である。反射面312は、入射面311の中心軸CAを回転軸として、この母線を360°回転させた状態の凹面である。
The shape of the reflecting
反射面312は、その中心部と外縁とを結ぶように配置された複数の凸条を有してもよい。各凸条は、第1傾斜面と、第1傾斜面と対に配置された第2傾斜面と、第1傾斜面および第2傾斜面の境界線である稜線を有する。複数の凸条は、互いに隣接する2つの凸条の間に谷部が形成されるように配置される。反射面312がこのような凸条を有することにより、入射面311で入射した光がより反射されて、光が上方に抜けてしまうことをより抑制することができる。
The
本実施の形態では、入射面311および反射面312は、発光素子220の発光中心から出射された光の一部が入射面311で入射し、反射面312で反射された後、出射ユニット320の第2出射面322に到達するように構成されている。
In the present embodiment, the
平面視したときに、入射面311を構成する凹部の開口縁の面積に対して、反射面312を構成する凹部の開口縁の面積は、0.5倍~2.0倍であることが好ましく、0.5倍~1.5倍であることがより好ましく、0.5倍~1.3倍であることが特に好ましい。このように、入射面311に対する反射面312の大きさが、従来の全反射レンズよりも小さい。これは、本実施の形態では、発光素子220の発光中心から出射され入射面311に入射した光は、反射面312だけではなく、第1出射面321にも到達するように設計していることに起因する。
When viewed in a plan view, the area of the opening edge of the recess constituting the reflecting
出射ユニット320は、各入射ユニット310で入射した光を導光しながら出射させる。本実施の形態では、4個の入射ユニット310が仮想長方形(正方形)の各頂点に配置されているとした場合、光束制御部材300は、仮想長方形の4つの辺に対応する位置にそれぞれ各辺に沿うように配置されている4個の出射ユニット320と、仮想長方形に取り囲まれるように配置されている1個の出射ユニット320とを有している。各出射ユニット320は、光束制御部材300の表側に配置され、入射ユニット310からの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる第1出射面321と、光束制御部材300の裏側において第1出射面321と対向して配置され、入射ユニット310からの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる第2出射面322とを有する。
The
出射ユニット320は、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が出射することを促進するための出射促進部を有することが好ましい。出射促進部は、第1出射面321および第2出射面322のうちの少なくとも一方に配置されていることが好ましい。本実施の形態では、出射促進部は、第1出射面321および第2出射面322に形成されており、第1出射面321と第2出射面322との間隔は、入射ユニット310から離れるほど小さくなっている。このような構成により、入射ユニット310から導かれた光は入射ユニット310から離れるほど第1出射面321から出射されやすくなる。
The
第1出射面321および第2出射面322の形状は、特に制限されない。本実施の形態では、前記仮想長方形の4つの辺に対応する位置に配置されている4個の第1出射面321は、前記仮想長方形の辺に沿う方向では曲率を有し、この辺に垂直な方向では曲率を有しない凹面である(図4参照)。また、前記仮想長方形の4つの辺に対応する位置に配置されている4個の第2出射面322は、入射ユニット310から離れるほど表側に向かう2つの傾斜平面により構成される凹面である。一方、前記仮想長方形に取り囲まれるように配置されている第1出射面321は、上下逆に配置された円錐台の上底および側面の一部により構成される凹面であり、第2出射面322は、平面である(図5A、図5C参照)。
The shapes of the
出射促進部の構成は、上記機能を発揮することができれば、特に制限されない。たとえば、出射促進部は、第1出射面321および第2出射面322のうちの少なくとも1つに配置された、凹面、粗面、フレネル面、溝および貫通孔からなる群より選ばれる少なくとも1つ以上であってもよい。
The configuration of the emission promoting unit is not particularly limited as long as the above functions can be exhibited. For example, the emission promotion unit is at least one selected from the group consisting of a concave surface, a rough surface, a Fresnel surface, a groove, and a through hole, which are arranged on at least one of the
出射促進部が第1出射面321または第2出射面322に形成された凹面の場合、第1出射面321と第2出射面322との間隔が入射ユニット310から離れるほど小さくなるため、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が第1出射面321および第2出射面322から出射されやすくなる。出射促進部が第2出射面322に形成された粗面の場合、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が、当該粗面において正反射ではなく乱反射するため、第1出射面321から出射されやすくなる。出射促進部が第1出射面321に形成された粗面の場合、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が、当該粗面において正反射ではなく拡散透過するため、第1出射面321から出射されやすくなる。出射促進部が第2出射面322に形成されたフレネル面または溝の場合、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が、当該フレネル面または当該溝を構成する面において第1出射面321における入射角が小さくなるように第1出射面321に向けて反射されるため、第1出射面321から出射されやすくなる。出射促進部が第1出射面321に形成されたフレネル面または溝の場合、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が、当該フレネル面または当該フレネル面を構成する面において出射されるため、第1出射面321から出射されやすくなる。出射促進部が第1出射面321および第2出射面322に開口する貫通孔の場合、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が、当該貫通孔を構成する面において出射されるため、第1出射面321から出射されやすくなる。
When the emission promoting portion is a concave surface formed on the
図6は、図5AのC-C線に示される断面における発光装置200の光路図である。ここでは、1個の発光素子220の発光中心から出射された光の光路を示している。図6に示されるように、発光素子220から出射された光は、入射面311で光束制御部材300に入射する。入射面311で入射した光の一部は、直接出射ユニット320に向かい、他の一部は反射面312で反射されて出射ユニット320に向かう。出射ユニット320に到達した光は、第1出射面321と第2出射面322との間で繰り返し反射されて出射ユニット320内を導光される。このとき、第1出射面321に到達した光の一部は、反射されずに第1出射面321から出射され、第2出射面322に到達した光の一部は、反射されずに第2出射面322から出射される。
FIG. 6 is an optical path diagram of the
このように、出射ユニット320に到達した光は、出射ユニット320の第1出射面321と第2出射面322の間を進みつつ、徐々に第1出射面321および第2出射面322から出射される。ここで、出射ユニット320は、第1出射面321と第2出射面322との間隔が入射ユニット310から離れるほど小さくなる出射促進部を有する。これにより、入射ユニット310から離れるほど、第1出射面321と第2出射面322との間を進む光が第1出射面321および第2出射面322から出射されやすくなる。
In this way, the light that has reached the
複数の脚330は、光束制御部材300の裏側に配置され、基板210に対して光束制御部材300を支持する。脚330の数および形状は、光束制御部材300を安定して支持することができれば特に制限されない。本実施の形態では、光束制御部材300は、4個の円柱形状の脚330を有している。
The plurality of
本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の配光特性への影響を低減する観点から、複数の脚330は、それぞれ、以下の条件1または条件2を満たす位置に配置されている。図5Bに示される光束制御部材300は、条件1を満たしている。
[条件1]
光束制御部材300を平面視したときに、n個の入射ユニット310のそれぞれの中心(中心軸CA)を繋げることで形成される多角形の重心CPに対して、n個の入射ユニット310のそれぞれの中心から±(60/n)°の角度で2本の直線を引いたときに2n本の直線で囲まれた領域である第1領域の外側に、脚330の少なくとも一部が配置されている。
[条件2]
発光素子220の発光面のうち入射ユニット310の中心軸CAとの交点である発光中心から出射され、入射面311で入射した光のうち、入射面311から反射面312に直接到達し、反射面312で反射された後に他の面で反射されていない光、入射面311から反射面312に直接到達し、反射面312および第1出射面321で順次反射された後に他の面で反射されていない光、および入射面311から第1出射面321に直接到達し、第1出射面321で反射された後に他の面で反射されていない光が実質的に到達しない領域である第2領域の内側に、脚330の全部が配置されている。
In the light
[Condition 1]
When the light
[Condition 2]
Of the light emitting surface of the
最初に、条件1について、図面を参照しつつ説明する。条件1は、入射ユニット310と光束制御部材300の中央部との間に脚330を配置しないことを規定している。入射ユニット310と光束制御部材300の中央部との間に脚330を配置すると、光拡散板120において光束制御部材300の中央部の直上に位置する領域に暗部が生じやすくなるからである。
First,
まず、光束制御部材300を平面視した状態で、n個の入射ユニット310のそれぞれの中心(中心軸CA)を繋げることで形成される多角形およびその重心CPを規定する。本実施の形態に係る光束制御部材300の場合、図7Aにおいて破線で示されるように四角形(正方形)が形成される。
First, a polygon formed by connecting the centers (central axes CA) of the
次に、n個の入射ユニット310のそれぞれの中心(前記多角形の頂点)から、前記多角形の中心CPに対して、+(60/n)°および-(60/n)°の角度で2本の直線を引く。本実施の形態では、n=4であることから、図7Bに示されるように、4個の入射ユニット310のそれぞれの中心(四角形の頂点)から、四角形の中心CPに対して±15°の角度となるように2本の直線を引く。各直線は、入射ユニット310の中心を起点として他の直線と交わるまで伸ばすこととする。
Next, from the center of each of the n incident units 310 (the apex of the polygon) to the center CP of the polygon at + (60 / n) ° and − (60 / n) ° angles. Draw two straight lines. In this embodiment, since n = 4, as shown in FIG. 7B, ± 15 ° from the center of each of the four incident units 310 (the apex of the quadrangle) to the center CP of the quadrangle. Draw two straight lines so that they are at an angle. Each straight line is extended from the center of the
そして、引かれた2n本の直線で囲まれた領域を第1の領域とする。それぞれの脚330は、少なくともその一部がこの第1の領域の外側に位置するように、光束制御部材300の裏側に配置される。本実施の形態では、図7Cに示されるように、光束制御部材300の裏側の面のうち、第1の領域および入射面311以外の領域、すなわちハッチングが付されている領域に、脚330の少なくとも一部が配置される。また、各脚330について、第1の領域の外側に存在する部分の割合は、30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、100%であることが特に好ましい。
Then, the area surrounded by the drawn 2n straight lines is set as the first area. Each
たとえば、図8Aに示されるように、すべての脚330について、脚330の全体が第1の領域の外側に位置する場合、この光束制御部材300は条件1を満たしている。また、図8Bに示されるように、すべての脚330について、脚330の一部が第1の領域の外側に位置する場合も、この光束制御部材300は条件1を満たしている。図5Bに示される光束制御部材300では、2個の脚330については、脚330の全体が第1の領域の外側に位置しており、2個の脚330については、脚330の一部が第1の領域の外側に位置しており、条件1を満たしている。一方、図8Cおよび図8Dに示されるように、少なくとも1つの脚330について、脚330の全体が第1の領域の内側に位置する場合、この光束制御部材300は条件1を満たしていない。
For example, as shown in FIG. 8A, for all
次に、条件2について、図面を参照しつつ説明する。条件2は、光束制御部材300の裏側において入射ユニット310の周囲に存在する、入射面311で入射した光が実質的に到達しない領域に脚330を配置することを規定している。入射面311で入射した光が実質的に到達しない領域に脚330を配置すれば、光束制御部材300の配光特性への影響が小さくなるからである。
Next, the condition 2 will be described with reference to the drawings. Condition 2 stipulates that the
図6に示されるように、発光素子220の発光中心から出射され、入射面311で入射した光の一部は、反射面312で反射されることなく、出射ユニット320の第1出射面321に直接向かう。また、発光素子220の発光中心から出射され、入射面311で入射した光の他の一部は、反射面312で反射され、出射ユニット320の第2出射面322に向かう。また、発光素子220の発光中心から出射され、入射面311で入射した光の他の一部は、反射面312および出射ユニット320の第1出射面321で順次反射され、出射ユニット320の第2出射面322に向かう。反射面312または第1出射面321から第2出射面322に向かう光は、入射面311からある程度離れたところで第2出射面322に到達する。したがって、図6において符号Aで示されるように、光束制御部材300の裏側には、より具体的には入射面311の周囲には、入射面311で入射した光が実質的に到達しない第2の領域が存在する。なお、ここでは、発光素子220の発光中心から出射されたすべての光が入射面311を透過し、反射面312に到達したすべての光が反射面312で全反射されるものとして考える。また、遠方の入射ユニット310から出射ユニット320を通って到達した光は考えないものとする。本実施の形態では、図9に示されるように、光束制御部材300の裏側の面のうち、第2の領域、すなわちハッチングが付されている領域に、脚330の全部が配置されてもよい。
As shown in FIG. 6, a part of the light emitted from the light emitting center of the
たとえば、図10A~Cに示されるように、すべての脚330について、脚330の全体が第2の領域の内側に位置する場合、この光束制御部材300は条件2を満たしている。なお、図10Cに示される例では、条件1を満たしていない可能性があるが、条件2を満たしている。一方、図10Dに示されるように、少なくとも1つの脚330について、脚330の少なくとも一部が第2の領域の外側に位置する場合、この光束制御部材300は条件2を満たしていない。
For example, as shown in FIGS. 10A to 10C, the luminous
図11Aは、上記条件1を満たす実施の形態に係る光束制御部材300の底面図である(図5Bと同じ図)。図11Bは、上記条件1および条件2を満たす実施の形態の変形例に係る光束制御部材300の底面図である。図12Aは、上記条件2を満たす実施の形態の変形例に係る光束制御部材300の底面図である。図12Bは、上記条件1および条件2のいずれも満たさない比較用の光束制御部材の底面図である。これらの図に示される光束制御部材は、脚330の太さおよび位置を除いては同じ構成である。
FIG. 11A is a bottom view of the luminous
複数の脚330は、光束制御部材300の裏面から突出するように配置されているが、
それぞれの脚330の周囲の裏面には、脚330を取り囲むように凹部331(溝)が形成されていてもよい。すなわち、光束制御部材300は、脚330の基端部を取り囲む凹部331を有していてもよい。図13Aは、このような凹部331を有する実施の形態の変形例に係る光束制御部材300の底面図である。図13Bは、脚330の周辺の部分拡大断面図である。このように脚330を取り囲むように凹部331を設けることで、接着剤を用いて光束制御部材300の脚330を基板210に固定する場合に、光束制御部材300の配光特性への接着剤の影響を低減することができる。なお、この効果は、複数の脚330が上記条件1および条件2を満たしていない場合にも得られる。
Although the plurality of
A recess 331 (groove) may be formed on the back surface around each
凹部331の形状は、特に制限されないが、発光装置200の輝度分布に応じて設定されることが好ましい。たとえば、光束制御部材300の厚み方向に沿う凹部331の断面形状は、三角形または長方形である。凹部331の位置も、脚330の基端部を取り囲んでいれば特に制限されないが、脚330の基端部に近いことが好ましい。また、脚330の側面と凹部331の内面とが連続していることが好ましい。たとえば、発光装置200の輝度分布に応じて設定された形状の凹部331に接着剤を流し込むことで、複数の脚330は、基板210に固定される。
The shape of the
光束制御部材300の表側の外縁は、R面取り、C面(傾斜面)取りなどの面取りがなされていてもよい。光束制御部材300の表側の外縁を面取りすることで、光拡散板120において発光装置200間に位置する領域により多くの光を照射することが可能となり、発光装置200間の領域が暗くなってしまうことを防ぐことができる。
The outer edge of the front side of the luminous
(照度分布のシミュレーション)
ここで、脚330の位置が光束制御部材300の配光特性に及ぼす影響を示すために、光束制御部材300を有する面光源装置100の照度分布のシミュレーション結果を示す。ここでは、面光源装置100において1個の発光装置200に含まれる4個の発光素子220のみを点灯した場合の光拡散板120上の照度分布を示している。
(Simulation of illuminance distribution)
Here, in order to show the influence of the position of the
図14Aは、比較のため、脚330を有しない光束制御部材を用いた場合の照度分布を示す。この光束制御部材は、脚330を有しない点を除いては、図4および図5A~Cに示される光束制御部材300と同じ構成である。図14Aにおいて、下側のグラフは、上の2個の発光素子220と下の2個の発光素子220との間における横方向の照度分布を示し、右側のグラフは右の2個の発光素子220の発光中心を通る縦方向の照度分布を示している(以後のシミュレーション結果でも同じである)。
FIG. 14A shows the illuminance distribution when the luminous flux control member having no
図14Aの結果から、本実施の形態に係る光束制御部材300のように入射ユニット310および出射ユニット320を適切に構成することで、各発光素子220から出射された光を適切に拡げて、所定の領域を略均一に照らせることがわかる。
From the result of FIG. 14A, by appropriately configuring the
図14Bは、図12Bに示される、上記条件1および条件2のいずれも満たさない位置に複数の脚330が配置された光束制御部材を用いた場合の照度分布を示す。この光束制御部材は、複数の脚330の太さおよび位置が異なる点を除いては、図4および図5A~Cに示される光束制御部材300と同じ構成である。
FIG. 14B shows an illuminance distribution when a light flux control member in which a plurality of
図14Bの結果から、複数の脚330を上記条件1および条件2のいずれも満たさない位置に配置すると、光束制御部材の本来の配光特性を発揮させることができなくなり、光束制御部材の中央の直上に暗部を生じさせてしまうことがわかる。
From the result of FIG. 14B, if the plurality of
図15Aは、図11A(図5B)に示される、上記条件1を満たす位置に複数の脚330が配置された本実施の形態に係る光束制御部材300を用いた場合の照度分布を示す。図15Bは、図11Bに示される、上記条件1および条件2を満たす位置に複数の脚330が配置された本実施の形態の変形例に係る光束制御部材300を用いた場合の照度分布を示す。図16は、図12Aに示される、上記条件2を満たす位置に複数の脚330が配置された本実施の形態の変形例に係る光束制御部材300を用いた場合の照度分布を示す。これらの光束制御部材は、複数の脚330の太さおよび位置が異なる点を除いては、図4および図5A~Cに示される光束制御部材300と同じ構成である。
FIG. 15A shows the illuminance distribution when the luminous
図15A~図16の結果から、複数の脚330を上記条件1または条件2を満たす位置に配置すると、複数の脚330を設けても光束制御部材の本来の配光特性を維持できることがわかる。
From the results of FIGS. 15A to 16, it can be seen that when the plurality of
これらの結果から、本実施の形態に係る光束制御部材300は、各発光素子220から出射された光を拡げて、各発光素子220に対応する領域を略均一に照らせることがわかる。
From these results, it can be seen that the luminous
(効果)
本実施の形態の光束制御部材300によれば、基板210と光拡散板120との間隔が狭い場合であっても、複数の発光素子220からの光を過度に拡がるのを抑制しつつ適切な範囲で拡げることができる。したがって、本発明はローカルディミングに有効である。また、本発明によれば複数の発光素子220からの光を1つの光束制御部材300で制御することが可能であるため、光束制御部材300の実装が容易になる。
(effect)
According to the light
(変形例)
上記では4個の発光素子220上に配置される、4個の入射ユニット310を有する光束制御部材300について説明したが、本発明に係る光束制御部材はこれに限られない。本発明に係る光束制御部材は、複数の発光素子220に対して用いられるものであれば特に制限されない。
(Modification example)
Although the luminous
図17A、Bは、6個の発光素子220上に配置される、6個の入射ユニット310を有する光束制御部材400の平面図および底面図である。光束制御部材400は、光束制御部材300と同様に、発光素子220の個数に対応する個数の入射ユニット310と、出射ユニット320と、複数の脚330をそれぞれ有する。複数の脚330は、上記条件1または条件2を満たす位置に配置されている。図17Cに示されるように、図17Bに示される例では、複数の脚330は、上記条件1を満たす位置に配置されている。
17A and 17B are a plan view and a bottom view of a light
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 luminous flux control 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, general lighting, and the like.
100 面光源装置
100’ 表示装置
102 表示部材
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、400 光束制御部材
310 入射ユニット
311 入射面
312 反射面
320 出射ユニット
321 第1出射面
322 第2出射面
330 脚
331 凹部
A 光が到達しない領域
CA 中心軸
CP n角形の中心
LA 光軸
100 surface light source
Claims (9)
前記n個の発光素子から出射された光をそれぞれ入射させるためのn個の入射ユニットと、
前記基板に沿う方向において前記n個の入射ユニットの間に配置され、前記n個の入射ユニットで入射した光を導光しながら出射させる出射ユニットと、
前記光束制御部材の裏側に配置され、前記基板に対して前記光束制御部材を支持する複数の脚と、
を有し、
前記n個の入射ユニットは、それぞれ
前記光束制御部材の裏側に配置され、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、
前記光束制御部材の表側において前記入射面を挟んで前記発光素子と対向する位置に配置され、前記入射面で入射した光を前記発光素子の光軸から離れるように側方方向に反射させる反射面と、
を有し、
前記出射ユニットは、
前記光束制御部材の表側に配置され、前記入射ユニットからの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる第1出射面と、
前記光束制御部材の裏側において前記第1出射面と対向して配置され、前記入射ユニットからの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる第2出射面と、
を有し、
前記複数の脚は、それぞれ、以下の条件1または条件2を満たす位置に配置されている、
光束制御部材。
[条件1]
前記光束制御部材を平面視したときに、前記n個の入射ユニットのそれぞれの中心を繋げることで形成される多角形の重心に対して、前記n個の入射ユニットのそれぞれの中心から±(60/n)°の角度で2本の直線を引いたときに2n本の前記直線で囲まれた領域である第1領域の外側に、前記脚の少なくとも一部が配置されている。
[条件2]
前記発光素子の発光面のうち前記入射ユニットの中心軸との交点である発光中心から出射され、前記入射面で入射した光のうち、前記入射面から前記反射面に直接到達し、前記反射面で反射された後に他の面で反射されていない光、前記入射面から前記反射面に直接到達し、前記反射面および前記第1出射面で順次反射された後に他の面で反射されていない光、および前記入射面から前記第1出射面に直接到達し、前記第1出射面で反射された後に他の面で反射されていない光が実質的に到達しない領域である第2領域の内側に、前記脚の全部が配置されている。 A luminous flux control member for controlling the light distribution of light emitted from n light emitting elements arranged on a substrate.
N incident units for incident light emitted from the n light emitting elements, and n incident units.
An emission unit that is arranged between the n incident units in a direction along the substrate and emits light incidented by the n incident units while guiding the light.
A plurality of legs arranged on the back side of the luminous flux control member and supporting the luminous flux control member with respect to the substrate,
Have,
The n incident units are arranged on the back side of the luminous flux control member, respectively, and have an incident surface on which light emitted from the light emitting element is incident.
A reflective surface arranged on the front side of the luminous flux control member at a position facing the light emitting element with the incident surface interposed therebetween, and reflecting light incident on the incident surface laterally so as to be away from the optical axis of the light emitting element. When,
Have,
The emission unit is
A first emission surface, which is arranged on the front side of the luminous flux control member, reflects a part of the light from the incident unit, and emits the other part.
A second emission surface, which is arranged on the back side of the luminous flux control member so as to face the first emission surface, reflects a part of the light from the incident unit, and emits the other part.
Have,
The plurality of legs are arranged at positions satisfying the following condition 1 or condition 2, respectively.
Luminous flux control member.
[Condition 1]
When the light beam control member is viewed in a plan view, the center of gravity of the polygon formed by connecting the centers of the n incident units is ± (60) from the center of each of the n incident units. At least a part of the leg is arranged outside the first region, which is the region surrounded by the 2n straight lines when the two straight lines are drawn at an angle of / n) °.
[Condition 2]
Of the light emitting surface of the light emitting element, the light emitted from the light emitting center which is the intersection with the central axis of the incident unit, and of the light incident on the incident surface, directly reaches the reflecting surface from the incident surface and reaches the reflecting surface. Light that has been reflected by and not reflected by other surfaces, directly reaches the reflecting surface from the incident surface, is sequentially reflected by the reflecting surface and the first emitting surface, and then is not reflected by other surfaces. Inside a second region, which is a region in which light and light that reaches the first emission surface directly from the entrance surface and is reflected by the first emission surface but not reflected by other surfaces does not substantially reach. All of the legs are arranged in.
前記n個の発光素子の上に配置された、請求項1~5のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
を有する、発光装置。 N light emitting elements arranged on the substrate and
The luminous flux control member according to any one of claims 1 to 5, which is arranged on the n light emitting elements.
A light emitting device.
前記複数の発光装置から出射された光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、
を有する、面光源装置。 A plurality of light emitting devices according to claim 6,
A light diffusing plate that diffuses and transmits light emitted from the plurality of light emitting devices,
A 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表示部材と、
を有する、表示装置。 The surface light source device according to claim 7 and
A display member that is irradiated with light emitted from the surface light source device, and
Has a display device.
輝度分布に応じて選択された光学吸収率を有する接着剤を用いて、前記光束制御部材の前記複数の脚を基板に固定する、
発光装置の輝度ムラ改善方法。 The method for improving luminance unevenness of a light emitting device according to claim 6.
The plurality of legs of the luminous flux control member are fixed to the substrate by using an adhesive having an optical absorption rate selected according to the luminance distribution.
How to improve the uneven brightness of the light emitting device.
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