JP3875247B2 - 発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材 - Google Patents
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Description
このようなLEDを光源とした面光源装置として、図12に示すようなものが知られている。この面光源装置100は、複数のLED101のそれぞれに一対一で対応するようにマイクロレンズアレイ102を配置し、LED101からの光をマイクロレンズアレイ102を介して平面に垂直な方向(上方)に出射するようになっている(特許文献1参照)。
また、LEDを光源とした発光表示装置として、図13に示すようなものが知られている。この発光表示装置103は、LED104からの光を凹レンズ105で拡散したのち、その凹レンズ105で拡散された光を凸レンズ106で集光し、LED104の光軸にほぼ平行な方向に光を出射するようになっている(特許文献2参照)。
また、LEDを光源とした表示装置として、図14に示すものが知られている。この表示装置107は、LED108からの光を集光レンズ110によって集光して前方に導き、その集光された光を拡散レンズ111で拡散するようになっている(特許文献3参照)。
また、図15に示す表示装置121は、出射面122が半球状の光束制御部材123をLED124の出射面側に固着してなるLEDチップ125を複数配置し、各LEDチップ125から出射する光を光拡散部材126を透過させた後、その光拡散部材126を透過した光で被照明部材(例えば、液晶表示パネル)127を面状に照明するようになっている。
図1〜図3は、本実施の形態に係る表示装置1及びこの表示装置1を構成する面光源装置2を示すものである。なお、図1は被照明部材(例えば、液晶表示パネル)3等を取り外して示す表示装置1の平面図(面光源装置の平面図)である。また、図2は、表示装置1の概略を示す断面図であり、図1のX1−X1線に沿って切断して示す表示装置1の断面図である。また、図3は、発光素子4の基準光軸Lを含む表示装置1の一部断面図であり、光束制御部材5の光制御出射面6の形状を説明するために図2の一部を拡大して示す図である。ここで、基準光軸Lとは、発光装置からの立体的な出射光束の中心における光の進行方向をいう。なお、本実施の形態においては、発光素子4の光軸(発光素子4からの立体的な出射光束の中心における光の進行方向)と基準光軸Lが一致している場合を例にして説明する。したがって、以下の説明において、基準光軸Lを光軸Lと言い換えて説明する。
(第1態様)
このような表示装置1を構成する光束制御部材5は、図1乃至図3に示すような形状をしており、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、PC(ポリカーボネート)、EP(エポキシ樹脂)等の透明樹脂材料や透明なガラスで形成されている。
このようにして求められたθ3は、図6の曲線16に示すように、光軸Lの近傍からθ1=δ2となるまでは、θ3はθ1の増加とともに徐々に減少し、θ1>δ2の範囲では、θ3はθ1の増加とともに徐々に増加するようになっている。そして、θ1がδ1に合致すると、θ3=θ1となる。
次に、本発明の第1態様に係る光束制御部材5を用いた発光装置29の実施例を図1乃至図4を参照しつつ説明する。これらの図に示した光束制御部材5の光制御出射面6は、発光素子4の発光特性(発光素子4からの出射光束の広がり角度であって、特に出射光の強度が最大強度の半分の値の光の出射角)、光束制御部材5の光軸L方向の厚さd(特に、発光素子4の発光部4aから光制御出射面6までの光軸L方向の距離d1)、各発光素子4のピッチ間距離p、光束制御部材5の外径寸法Do、光制御出射面6から光拡散部材7までの光軸L方向の距離L1、光束制御部材5の屈折率n、光束制御部材5の入射面凹部形状(凹み10を構成する凹面形状)、発光素子4から出射した光が光束制御部材5に入射するまでの間に通過する部材(隙間)の屈折率に応じて、第1の出射面6a及び第2の出射面6bの形状等が決定されるようになっている。例えば、光束制御部材5は、入射面凹部形状が半球状で、屈折率n=1.49の透明樹脂材料で形成されており、L1=13.89mm、p=24.25mm、d=3.31mm、d1=2.11mm、Do=7.85mmに設定されている。また、光束制御部材5と発光素子4の間は、光束制御部材5と屈折率の等しい材質で構成されている。この光束制御部材5は、第1の出射面6aと第2の出射面6bの接続部分におけるθ1が、θ1=δ2=16°となるように、また、第2の出射面6bと第3の出射面6cの接続部分におけるθ1が、θ1=δ1=85°となるように形成されている。そして、第3の出射面6cは、第2の出射面6bの外周端の接線を光軸Lの周りに360°回転させて形成されるようになっている。ここで、図4(b)において、θ1≦δ2の範囲が第1の出射面6aの範囲であり、δ2≦θ1≦δ1の範囲が第2の出射面6bの範囲であり、δ1≦θ1の範囲が第3の出射面6cの範囲である。
図7は、本発明に係る光束制御部材5を用いた発光装置29の第2態様を示す図である。この第2態様の光束制御部材5は、発光素子4との係合構造を除き、第1態様の光束制御部材5と同様である。
図8は、本発明に係る光束制御部材5の第3態様を示す図である。この第3態様の光束制御部材5は、発光素子4との係合構造を除き、第1態様の光束制御部材5と同様である。
なお、上述の第1乃至第3態様の光束制御部材5において、光制御出射面6にシボ面を形成し、光制御出射面6から出射する光を拡散させるようにしてもよい。
図9は、本実施の形態に係る表示装置1の光拡散部材7を示すものである。この図において、(a)〜(f)の各光拡散部材7は、光透過性に優れたPMMAやPC等の樹脂材料によってシート状あるいは平板形状に形成されており、被照明部材(液晶表示パネル、広告表示パネル、標識表示パネル等)3の平面形状とほぼ同様の大きさ(面積)に形成されている。
図10は、本発明が適用される表示装置1の被照明部材3に照射される光の出射光量分布を示す図である。
この図10において、線Aは、本発明の光束制御部材5を使用した場合の出射光量を示しており、1個の光束制御部材5から出射した発光素子4の光が光拡散部材7を透過した後の光量を示している。また、この図10において、線Bは、図15に示す従来の光束制御部材123を使用した場合の出射光量を示しており、1個の光束制御部材123から出射したLED124の光が光拡散部材126を透過した後の光量を示している。
また、図10において、線Cは、本発明の光束制御部材5を発光素子4に対応させて複数配置し、これら複数の光束制御部材5から出射した発光素子4からの光が光拡散部材7を透過した後に測定された光量を示している(図1乃至図2参照)。また、図10において、線Dは、図15に示す従来の光束制御部材123をLED124に対応させて複数配置し、これら複数の光束制御部材123から出射したLED124からの光が光拡散部材126を透過した後に測定された光量を示している。
図11は、本発明を適用できるカラー発光用面光源装置2及びこれを備えた表示装置1を示すものである。このうち、図11(a)は、カラー発光用面光源装置2及びこれを備えた表示装置1の平面図を示すものである。また、図11(b)は、図11(a)のX4−X4線に沿って切断して示す断面図である。
Claims (11)
- 発光素子からの光を光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置において、
前記光束制御部材は、前記発光素子からの光が前記光束制御部材に入射する光入射面と、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面とを備え、前記発光装置の基準光軸に沿った方向から見た形状が略円形形状となるように形成されており、
前記光制御出射面は、
前記発光装置の基準光軸近傍で且つ前記基準光軸を中心とする所定範囲に位置する球の一部を切り取ったような凹み形状の第1の出射面と、この第1の出射面の周囲に連続して形成される第2の出射面とを有し、これら第1の出射面と第2の出射面との接続部分が変曲点となっており、
前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点(Px)を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度をθ1とし、
前記到達点(Px)を通り且つ前記基準光軸に直交する線(A)と前記到達点(Px)における輪郭線に対する接線(B)とのなす角度をθ3とし、
前記光制御出射面の前記到達点(Px)から出射する光の出射角をθ5とすると、
前記第1の出射面における前記θ3が前記θ1の増加とともに徐々に減少し、前記第2の出射面における前記θ3が前記θ1の増加とともに徐々に増加するようになっており、
前記到達点(Px)からの出射光が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ5/θ1>1の関係を満足するとともに、このθ5/θ1の値をθ1の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記光入射面は、前記発光素子の光出射面に密接していることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記光入射面は、前記発光素子の光出射面に隙間をもって係合していることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
- 前記請求項1乃至3のいずれかに記載された複数の発光装置と、これら複数の発光装置からの光を拡散・透過する光拡散部材と、を備え、
前記複数の発光装置が互いに等間隔で配置され、
これら複数の発光装置のうちの隣り合う発光装置からの出射光が混ざり合う位置に前記光拡散部材が配置された、
ことを特徴とする面光源装置。 - 前記請求項4に記載の面光源装置と、この面光源装置からの光を照射する被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置。
- 発光素子からの光を封止部材と光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置において、
前記光束制御部材は、前記封止部材に封止された前記発光素子からの光が前記光束制御部材に入射する光入射面と、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面とを備え、前記発光装置の基準光軸に沿った方向から見た形状が略円形形状となるように形成されており、
前記光制御出射面は、
前記発光装置の基準光軸近傍で且つ前記基準光軸を中心とする所定範囲に位置する球の一部を切り取ったような凹み形状の第1の出射面と、この第1の出射面の周囲に連続して形成される第2の出射面とを有し、これら第1の出射面と第2の出射面との接続部分が変曲点となっており、
前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点(Px)を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度をθ1とし、
前記到達点(Px)を通り且つ前記基準光軸に直交する線(A)と前記到達点(Px)における輪郭線に対する接線(B)とのなす角度をθ3とし、
前記光制御出射面の前記到達点(Px)から出射する光の出射角をθ5とすると、
前記第1の出射面における前記θ3が前記θ1の増加とともに徐々に減少し、前記第2の出射面における前記θ3が前記θ1の増加とともに徐々に増加するようになっており、
前記到達点(Px)からの出射光が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ5/θ1>1の関係を満足するとともに、このθ5/θ1の値をθ1の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記光入射面は、前記封止部材に封止された前記発光素子の光出射面に密接していることを特徴とする請求項6の発光装置。
- 前記光入射面は、前記封止部材に封止された前記発光素子の光出射面に隙間をもって係合していることを特徴とする請求項6記載の発光装置。
- 前記請求項6乃至8のいずれかに記載された複数の発光装置と、これら複数の発光装置からの光を拡散・透過する光拡散部材と、を備え
前記複数の発光装置が互いに等間隔で配置され、
これら複数の発光装置のうちの隣り合う発光装置からの出射光が混ざり合う位置に前記光拡散部材が配置された、
ことを特徴とする面光源装置。 - 前記請求項9に記載の面光源装置と、この面光源装置からの光を照射する被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置。
- 発光素子または封止部材に封止された発光素子からの光が入射する光入射面と、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面とを備え、前記発光素子と共に発光装置を構成するようになっており、前記発光装置の基準光軸に沿った方向から見た形状が略円形形状となるように形成された光束制御部材であって、
前記光制御出射面は、
前記発光装置の基準光軸近傍で且つ前記基準光軸を中心とする所定範囲に位置する球の一部を切り取ったような凹み形状の第1の出射面と、この第1の出射面の周囲に連続して形成される第2の出射面とを有し、これら第1の出射面と第2の出射面との接続部分が変曲点となっており、
前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点(Px)を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度をθ1とし、
前記到達点(Px)を通り且つ前記基準光軸に直交する線(A)と前記到達点(Px)における輪郭線に対する接線(B)とのなす角度をθ3とし、
前記光制御出射面の前記到達点(Px)から出射する光の出射角をθ5とすると、
前記第1の出射面における前記θ3が前記θ1の増加とともに徐々に減少し、前記第2の出射面における前記θ3が前記θ1の増加とともに徐々に増加するようになっており、
前記到達点(Px)からの出射光が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ5/θ1>1の関係を満足するとともに、このθ5/θ1の値をθ1の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている、
ことを特徴とする光束制御部材。
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