TWI397747B - 發光裝置、面光源裝置、顯示裝置及光束控制構件 - Google Patents

發光裝置、面光源裝置、顯示裝置及光束控制構件 Download PDF

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Description

發光裝置、面光源裝置、顯示裝置及光束控制構件
本發明係關於發光裝置以及使用該發光裝置之面光源裝置、顯示裝置、以及使用於上述裝置的光控制構件。本發明，例如，可適用於液晶顯示面板之背光或室內等之用於一般照明等之各種照明裝置、或是組合顯示面板等之被照明構件與照明裝置。
向來，使用在個人電腦或電視等之液晶顯示監視器之照明裝置，已知有使用複數個發光二極體(LED)做為點光源的面光源裝置。該面光源裝置，具有與液晶顯示面板略呈同一形狀的板狀光束控制構件，而在其背面側，則以矩陣狀配置有複數之LED。來自上述LED的光係由光束控制構件之背面側入射到光束控制構件的內部，再由與該背面相對的出射面出射。接著，藉由該出射光使液晶顯示面板產生背光。
說明該種技術之幾種文獻係如下所記。
(第1習知例)本例，係揭示於日本特開2002－49326號公報之習知例。根據此習知例，如第12圖所示，在面光源裝置100中，微透鏡陣列102係以一對一的方式與複數個LED101的各個分別對應而配置，出自LED101的光介由微透鏡陣列102朝著與平面垂直的方向(上方)出射。
(第2習知例)本例，係揭示於日本特開昭59－226381號公報之習知例。根據此習知例，如第13圖所示，發光顯示裝置103，具備有：LED104、凹透鏡105、凸透鏡106。出自LED104的光，經由凹透鏡105擴散後，再由凸透鏡106聚光、而出射至與LED104之“光軸”略呈平行的方向。在此，“光軸”，係指起自點光源之位於立體之出射光束中心的光的行進方向。
(第3習知例)本例，係揭示於日本特開昭63－6702號公報之習知例。本習知例，如第14圖所示，係提供以LED108作為光源之顯示裝置107。來自LED108的光，係以聚光透鏡110聚光並引導至前方，然後再以擴散透鏡111擴散。
(第4習知例)本習知例，係提供如第15圖所示之顯示裝置121。顯示裝置121，係由：複數之LED晶片125；光擴散構件126；以穿透光擴散構件126的光而被照明之被照明構件(例如，液晶顯示面板)127構成。各LED晶片125，係將具有半球狀之出射面122的光束控制構件123固著在LED124的出射面側，例如以等間隔配置。各LED晶片125所出射的光，係穿透光擴散構件126後，供給至被照明構件127。
但是，上述習知例存在以下問題。
(1)第1習知例；在面光源裝置100中，存在有位於鄰接之LED101的中間部分，且為微透鏡陣列102的形狀形成非連接的部分。該部分會使光的出射量產生激烈變化，因此在各微透鏡陣列102交界處，出射光的明暗不均會擴大並更為明顯。
(2)第2習知例；發光顯示裝置103中的複數的凹透鏡105，很難形成連續連接的平面。此外，複數之凸透鏡106，也很難形成複數連續連接的平面。因此，例如很難如同大型之液晶顯示面板一般，對寬面積之被照明構件，供給均勻的面狀照明。
(3)第3習知例；顯示裝置107，以聚光透鏡110對發自LED108的光進行聚光後、再以擴散透鏡111擴散。因此較諸於第1習知例光的明暗差較不明顯。但是卻容易產生由鄰接之複數的LED108所發出的光之間不易混合，導致各LED108間的發光色產生明顯差異的問題。
(4)第4習知例；第4習知例的顯示裝置121，如第10圖所示，以對應各LED124之方式出現的照明光的亮度差異係以波形形狀變大。因此，在各LED124間的照明光會產生暗部，而不易進行均勻的面狀照明。此外，在第4習知例中，如第10圖之曲線B所示一般，由各LED晶片125出射的光的光量(光強度)具有會局部性地在LED124之光軸L附近變大的傾向。因此存在由鄰接之複數的LED124所發出的光之間不易混合，導致各LED124間的發光色產生明顯差異的問題點。
因此，本發明之1目的，係在發光裝置、使用該發光裝置之面光源裝置、以及使用該面光源裝置之顯示裝置中，能夠進行無亮度不均問題之均勻面狀照明。
此外，本發明之另1目的，係使上述諸裝置，即使是以1個發光元件作為光源使用時，也能夠使發自發光元件的光有效地、且柔順地擴大到所希望的範圍。
此外，本發明之又1目的，係在利用配列有複數發光元件之發光裝置的面光源裝置以及使用該面光源裝置之顯示裝置中，避免各發光元件之發光色的差異過於顯著。
此外，本發明之另1目的，係提供一種可利用在上述諸裝置的光控制構件。
本發明，首先，具備有：具有凹部與光控制出射面的光控制構件；以及收容在前述凹部的發光元件，係適用於使前述發光元件的光在前述光控制構件的內部傳播後，再使該光由前述光控制出射面出射的發光裝置。
根據本發明之1特徵，前述光控制出射面，具有：與前述基準光軸相交的第1出射面區域；位於該第1出射面區域的周圍的第2出射面區域，且在前述第1出射面區域與前述第2出射面區域之連接部分亦可存在有回折點(inflection point)。前述光控制出射面的表面形狀，係針對前述發光元件所出射的光中、至少從出射於最大強度之光的方向，到出射光的強度為最大強度之半值的光所出射之方向為止的角度範圍內的出射光，係滿足下記條件1以及條件2。
●條件1：前述發光元件所出射的光中，除了前述發光裝置之基準光軸附近的光之外，均滿足(θ 5/θ 1)>1。
●條件2：θ 5/θ 1的值，係隨著θ 1的增加而慢慢變小。(但是，θ 1，係前述發光元件所出射之任意光的出射角，θ 5，係具有前述出射角θ 1的光，之後由前述光控制出射 面出射時的出射角。)
此外，上述基準光軸附近(第3圖之光軸L的附近)，例如，θ 1最好設定在±5°以內程度。
在此，前述凹部所提供之凹面，可密接前述發光元件的發光面，或可在前述凹面與前述發光面之間，設置間隙。
此外，此外，根據本發明，上述發光裝置，可與將來自該發光裝置之光予以擴散、穿透的光擴散構件組合，而提供面光源裝置。此外，亦可使該面光源裝置，與被照射以該面光源裝置所發出之光的被照明構件組合，而提供顯示裝置。
以上，不論是哪一種情形，前述發光元件亦可以封裝構件封裝。此時，由前述發光元件出射的光，係穿透前述封裝構件後入射到前述光控制構件。此外，前述凹部所提供之凹面，亦可與前述封裝構件的外側面密接，或可在前述凹面與前述外側面之間設置間隙。
本發明，亦適用於具有用以收容發光元件的凹部的光控制構件。根據本發明之光控制構件，具備有：用以使前述發光元件的光在前述光控制構件內部傳播後出射的光控制出射面，前述光控制出射面的表面形狀，係針對前述發光元件所出射的光中、至少從出射最大強度之光的方向，到出射光的強度為最大強度之半值的光所出射之方向為止的角度範圍內的出射光，係滿足下記條件1以及條件2。
●條件1；前述發光元件所出射的光中，除了前述光控制構件之基準光軸附近的光之外，均滿足(θ5/θ1)>1。
●條件2；θ5/θ1的值，係隨著θ1的增加而慢慢變小。
(但是，θ1，係前述發光元件所出射之任意光的出射角，θ5，係具有前述出射角θ1的光，之後由前述光控制出射面出射時的出射角。)
在此，前述凹部，亦可以是一種用以將封裝構件所封裝的發光元件與前述封裝構件同時收容的凹部。
根據本發明，由發光元件發出之光的光束，係藉由滿足上述條件1、2之光束控制構件的光控制出射面，有效且廣範圍地柔順擴散。因此，可經由光束控制構件使照明光進行廣範圍的出射。
此外，即使以複數之發光元件作為光源使用時，發自各發光元件的光依然容易混合一起。因此，即使各發光元件的發光色存在差異，亦可經由光束控制構件使所出射之各發光元件的發光色之差異較不明顯，且出射光之亮度得以均勻化，而可獲得高品質的照明。
以下，參照圖式說明本發明之實施例。
[面光源裝置及顯示裝置之概略構成]
第1圖至第3圖係顯示，本實施例之顯示裝置1以及該顯示裝置1所使用之面光源光置2。此外，第1圖為平面圖，係將被照明構件(例如：液晶顯示面板)3等拆下後描繪而成，同時也是面光源裝置的平面圖。第2圖，顯示顯示裝置1之概略的剖面圖，係顯示沿著第1圖之X1－X1的剖面，第3圖係沿著發光元件4之基準光軸L的顯示裝置1的部分剖面圖，為說明光束控制構件5之光控制出射面6的表面形狀，而放大描示第2圖的一部分。
在此，所謂的基準光軸L係指：發自發光裝置之立體出射光束的中心的光的行進方向。此外，在本說明書中，該稱呼，亦適用於光束控制構件。亦即，可將光控制構件之立體出射光束的中心的光的行進方向稱為「光束控制構件之基準光軸」。
在本實施例中，係做為一種典型例，而說明發光元件4的光軸(發自發光元件4之立體出射光束的中心的光的行進方向)與基準光軸L呈一致時的例子。因此，在以下的說明中，係將基準光軸L轉稱為光軸L來進行說明。
參照第1圖至第3圖，顯示裝置1係具備：平面形狀呈略矩形狀之光擴散構件7；做為點狀光源之發光元件4；以及被照明構件(顯示面板)3。
發光元件4，係以略等間隔(間距P)之方式，複數配置。發光元件4，如在此所示，可用封裝構件9封裝，例如，可由發光元件4與封裝構件9構成LED19。
面光源裝置2係由：上述點狀光源(發光元件4，或LED19)；光束控制構件5以及光擴散構件7構成。此外，發光裝置2係由：點狀光源(發光元件4，或LED19)與光束控制構件5構成。
[光束控制構件] (第1態樣)
光束控制構件5係由：例如，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)EP(環氧樹脂)等透明樹脂材料或透明的玻璃所形成，係形成第1圖乃至第3圖所示形狀。平面形狀為略圓形狀。此外，光束控制構件5，如第4圖(b)所示，係在背面側(第4圖(b)之下面側)，形成與發光元件4之光出射面8密接之凹部10。凹部10，如第4圖(b)、(c)所示，位於光束控制構件5的背面側中心，形成與發光元件4之半球狀的光出射面8密接的半球狀。
光束控制構件5，背面側的平面部11係接合固定在發光元件4之安裝基板12，而凹部10係接合固定於發光元件4的光出射面8。
此外，光束控制構件5，其外表面側形成有光控制出射面6。該光控制出射面6係由：第1出射面區域6a；以及連續形成於第1出射面區域6a周圍之第2出射面區域6b所構成。光軸L與第1出射面區域6a交叉，而第1出射面區域6a係延在於以該交叉點做為中心的預定範圍內。
第1出射面區域6a，如第4圖(b)所示，其下方為凸出之平滑曲面形狀，形成像切除球的一部分之凹陷形狀。此外，第2出射面區域6b，如第4圖(b)所示，係連續形成於第1出射面區域6a，其上方具有凸出之平滑曲面形狀。第2出射面區域6b，可形成圍繞第1出射面區域6a之略中空圓板形狀。
第1、第2出射面區域6a、6b平滑連接，兩者之連接部份(交界部分)存在有回折點Po。此外，在第2出射面區域6b的外圍側，如第4圖(b)所示，形成有連接第2出射面區域6b與背面平面部11之第3出射面區域6c。
此外，在第4圖(b)之剖面形狀中，顯示大致由直線狀之傾斜面所構成之第3出射面區域6c，但該種構成僅為示例，亦即，只要不妨礙光束控制構件5之廣範圍且均勻的出射，亦可以是曲線形狀。
在此，將光軸L至出射面區域6b與6c的連接點Pa的角度設定為δ1，並將光軸L至回折點Po的角度設定為δ2。
根據第3圖說明光控制出射面6的詳細內容。在第3圖中，係將與發光元件4之光軸L正交的水平面稱之為基準面C。此外，將由發光元件4出射而傳播於光束控制構件5內之光H自光控制出射面6出射的位置設定為Px。位置Px，在第3圖中，亦為光控制出射面6與光H之間的交叉點。此外，將通過位置Px，與基準面C平行之直線設定為A。
此外，在第3圖中，將與位置Px之光控制出射面6的輪廓線相接的接線B與接線A的形成角設定為θ3。此外，傳播於光束控制構件5內部之光H自光控制出射面6出射的出射角設定為θ5。出射角θ5，係以光控制出射面6所出射之光H與光軸L所形成的角來定義。
在此，定義「半值強度角範圍」。由發光元件4出射之光，一般而言，係對沿著光軸L的方向出射最大強度的光。該方向，同樣也是沿著基準面C之法線方向的方向。發光元件4的出射光強度，會由該最大強度的方向隨著角度上的偏離而降低。
因此，將該出射光強度變為最大強度之半值為止的角度範圍，稱為「半值強度角範圍」。
第3圖所示之光控制出射面6的表面形狀(輪廓形狀)，在發光元件4所出射之光中、至少於包含半值強度角度範圍之「預定範圍」內，係形成為滿足下記條件1、2。此外，上記「預定範圍」，在第5圖中，係以θ1<δ1的角度範圍作為例示。
●條件1；由發光元件4所出射的光中，除了發光裝置29之基準光軸附近的光外，均滿足(θ5/θ1)>1。
●條件2；θ5/θ1的值，會隨著θ1的增加而慢慢變小。
(但是，θ1，係發光元件4所出射之任意光的出射角，θ5，係具有出射角θ1的光，之後由光控制出射面6出射時的出射角。)
此外，上述基準光軸近旁(第3圖之光軸L的附近)，θ1例如最好在±5°以內的程度較佳。
在第5圖中，虛線15，係表示(θ5/θ1)＝1的關係。在此，將光束控制構件5的擴散程度的係數設定為α時，在θ1<δ1的範圍內，θ5可由下記數式1表示，而θ3可由下記數式2表示。
(但是，θ1<δ1)
(但是，n為光束控制構件的折射率)
以上述方式算出之θ3，如第6圖中之曲線16所示，由光軸L附近到變為θ1＝δ2為止，θ3係隨著θ1的增加而慢慢減少。此外，在θ1>δ2的範圍中，θ3係隨著θ1的增加而慢慢增加。另外，當θ1與δ1一致時，θ3＝θ1。
接著，根據第2圖以及第3圖，說明光束控制構件5之光控制出射面6的作用。如上述的圖所示，由發光元件4出射之光H，於光束控制構件5的內部傳播後，由光控制出射面6根據斯耐爾定律(Snell’s law)出射至外部(空氣中)。此時，由本發明之光束控制構件5所出射的光束，較諸於第15圖所示之由習知之半球狀光束控制構件123所出射的光束，係以均勻且柔順擴散之方式朝著照射範圍內出射。亦即，可避免光束在發光元件4之正上方附近發生局部出射的情況。
(第1態樣例)接著，參照第1圖乃至第4圖說明使用本發明之第1態樣之光束控制構件5的發光裝置29的例子。上述之圖所示之光束控制構件5的光控制出射面6的第1出射面區域6a以及第2出射面區域6b的形狀等，係根據各要素設計。上記諸要素中，例如係包含以下各項。(a)發光元件4的發光特性(特別是，以半值強度角度範圍代表之光束的擴散角度)(b)光束控制構件5之光軸L方向的厚度d(特別是，發光元件4的發光部4a到光控制出射面6為止的光軸L方向的距離d1)(c)各發光元件4的配列間距p(d)光束控制構件5的外徑尺寸Do(e)光束控制構件6到光擴散構件7為止的光軸L方向的距離L1(f)光束控制構件5的折射率n(g)光束控制構件5的入射面凹部形狀(凹部10所提供之凹面的形狀)(h)發光元件4所出射之光入射至光束控制構件5為止的期間內所通過的媒體(空氣或封裝構件)的折射率
根據其中一例，光束控制構件5，係由：凹部形狀為半球狀，折射率n＝1.49之透明樹脂材料所構成，並設定為L1＝13.89mm、p＝24.25mm、d＝3.31mm、d1＝2.11mm、Do＝7.85mm。此外，光束控制構件5與發光元件4之間，係以折射率與光束控制構件5相等的材質構成。
該光束控制構件5，係以：第1出射面區域6a與第2出射面區域6b之連接部份的θ1，形成θ1＝δ2＝16°，且，第2出射面區域6b與第3出射面區域6c之連接部份的θ1，形成θ1＝δ1＝85°的方式來形成。第3出射面區域6c可視為：係使第2出射面區域6b之外圍端的接線沿著光軸L的外圍旋轉360°而形成的區域。
在此，在第4圖(b)中，θ1≦δ2的範圍為第1出射面區域6a的範圍，δ2≦θ1≦δ1的範圍為第2出射面區域6b的範圍。此外，δ1≦θ1的範圍為第3出射面區域6c的範圍。
此外，在本態樣中，封裝構件9與光束控制構件5的材料，若使用實質上為同折射率的材料時，由發光元件4出射之光H可不經折射直接到達光控制出射面6。例如：可以相同之透明樹脂或透明玻璃形成封裝構件9與光束控制構件5。
但是，本發明並不受限於該態樣，封裝構件9與光束控制構件5的各材料，可以是折射率彼此不同的材料。此外，封裝構件9未存在時，則空氣層會介在於發光元件4與光束控制構件5之間。
(第2態樣)第7圖，係顯示使用本發明之光束控制構件5之發光裝置29的第2態樣。除了與發光元件4之扣合構造外，第2態樣的光束控制構件5，係與第1態樣之光束控制構件5相同。
亦即，該光束控制構件5，如第7圖所示，係使用於當LED19的剖面具有矩形形狀之光出射面17的情況。與矩形形狀之光出射面17密接的矩形形狀的凹部18，形成於背面側的中央部。光束控制構件5，在背面側之平面部11接著固定於發光元件4的安裝基板12的同時，使凹部18接著固定於發光元件4的光出射面17。
上述構成之本態樣的光束控制構件5，係發揮與第1態樣之光控制構件5相同的作用效果。此外，第7圖係顯示封裝發光元件4之封裝構件9(LED19)的剖面形狀為矩形時的情況，但本發明並未限定於矩形。例如，LED19的形狀亦可為半球狀或其他異形形狀。
(第3態樣)第8圖，係顯示本發明之光束控制構件5的第3態樣。除了與發光元件4之扣合構造外，第3態樣的光束控制構件5，係與第1態樣之光束控制構件5相同。
亦即，該第3態樣之光束控制構件5，如第8圖所示，與發光元件4隔著縫隙扣合之半球狀之光入射面(凹部23的凹面)20係由基準面C形成於圖中上方側。在半球狀之光入射面20的圖中下方側，形成有與發光元件4隔著縫隙扣合之圓筒狀的LED收容部21。
發光元件4係接著固定於基板22上。此外，光束控制構件5，係將蓋子覆蓋在發光元件4上，將發光元件4收容於LED收容部21內的預定位置後，再使下面側的平面部11接著固定在基板22上。
根據上述構成，發光元件4所出射的光H，可介由空氣層由光束控制構件5的半球狀的光入射面20入射到光束控制構件5內部。而傳播於光束控制構件5的內部的光，則由光控制出射面6出射至外部。
在本態樣中，係進行：空氣層與光束控制構件5之折射率相異，及反映光束控制構件5之入射面凹部形狀的光束控制。發揮與第2態樣之光束控制構件5相同的作用效果。
此外，前述第2態樣以及第3態樣，可取代以發光元件4與封裝構件9一體化的LED19，而變形為僅使用發光元件4。此外，在第1以及第2態樣之發光裝置29中，亦可省略封裝構件9。或由封裝構件9兼做光束控制構件5之用。此外，封裝構件9與光束控制構件5，可黏接，或僅呈相接狀態。
(其他型態)此外，亦容許下記變形例。
(1)上述第1乃至第3態樣之光束控制構件5中，可於光控制出射面6形成縐紋面，使光控制出射面6所出射之光擴散。
(2)上述第1乃至第3態樣之光束控制構件5，可利用例如包含矽粒子或氧化鈦等光擴散物質之材料來形成。
[光擴散構件]
第9圖，係顯示本實施例之顯示裝置1的光擴散構件7。在該圖中，(a)至(f)之各光擴散構件7，係利用具有良好透光性的PMMA或PC等樹脂材料形成薄片狀或平板形狀，且形成與被照明構件3之平面形狀大致相同的大小(面積)。被照明構件3，例如為液晶顯示面板、廣告顯示面板、標識顯示面板等。
第9圖(a)之光擴散構件7，係在薄板狀母材7a的內外兩面進行壓印(emboss)加工或珠面包覆(beads coat)等擴散處理，而在薄板狀母材7a之內外兩面形成微細的凹凸7b，7b。
第9圖(b)之光擴散構件7，係將擴散材7c混入薄板狀母材7a之同時，在薄板狀母材7a的內外兩面進行壓印加工或珠面包覆等擴散處理，而在薄板狀母材7a的內外兩面形成凹凸7b，7b。
第9圖(c)之光擴散構件7，係在面向薄板狀母材7a之光束控制構件5a的一側進行壓印加工或珠面包覆等擴散處理而形成凹凸7b，在進行過上述壓印加工或珠面包覆等擴散處理之面的相反側的薄板狀母材7a表面連續形成多數個順著紙面垂直方向延伸的稜鏡突起部7b。
第9圖(d)之光擴散構件7，係呈現擴散材7c混入第9圖(c)之光擴散構件7之薄板狀母材7a的構造，與第9圖(c)之光擴散構件7相同，在面對薄板狀母材7a之光束控制構件5a的一側進行壓印加工或珠面包覆等擴散處理以形成凹凸7b，而在進行過該壓印加工或珠面包覆等擴散處理之面的相反側的薄板狀母材7a表面連續形成多數個稜鏡突起部7b。
此外，第9圖(c)、第9圖(d)所示之稜鏡突起部7b，其剖面形狀雖形成略二等邊三角形，但亦可採用其他略三角形狀的剖面形狀。
此外，如第9圖(e)所示，光擴散構件7，亦可在薄板狀母材7a的出射面側，形成複數個圓錐形狀的突起7e，而利用該突起7e使穿透薄板狀母材7a的光擴散。
此外，如第9圖(f)所示，光擴散構件7，亦可在薄板狀母材7a的出射面側，形成複數個角錐(三角錐、四角錐、六角錐等角錐)形狀的突起7f，而利用該突起7f使穿透薄板狀母材7a的光擴散。
上述構造之光擴散構件7，可穿透並擴散光束控制構件5之光控制出射面6所出射的光，並使照射於被照明構件3的光均勻化。
此外，上述光擴散構件7，亦可安裝於被照明構件3的發光元件4側的面。或與被照明構件3分開(在分離狀態下)，而另行配置在被照明構件3之發光元件4側的面側。
[光擴散構件所出射之光的強度]
第10圖，係顯示照射於本發明所適用之顯示裝置1之被照明構件3的光的強度分布圖。
(LED單燈的情況)在第10圖中，曲線A，係顯示使用本發明之光束控制構件5時的強度，顯示1個光束控制構件5所出射之發光元件4的光穿透光擴散構件7後的光強度(光量；以下、相同)。此外，曲線B，係顯示使用第15圖所示之習知的光束控制構件123時的光強度，顯示1個光束控制構件123所出射之LED124的光穿透光擴散構件126後的光強度。
如第10圖所示，比較使用本發明之光束控制構件5時的強度(曲線A)與使用第15圖所示之習知之光束控制構件123時的強度(曲線B)，可了解以下事實。
亦即，相較於在光軸L附近急速上升之曲線B，曲線A呈現較緩和之山形形狀。相較於曲線B，曲線A在光軸L附近的光強度較少，其分配至離開光軸L之位置為止的光量(光強度)增加(僅增加曲線A與曲線B的差△)。如上所述，使用本發明之光束控制構件5時，可使發光元件4所出射的光，較使用習知例時分布更為均勻。
(LED複燈的情況)此外，在第10圖中，曲線C，係顯示：對應發光元件4配置複數個本發明之光束控制構件5，而在上述複數之光束控制構件5所出射之發光元件4的光穿過光擴散構件7後所測量的光強度(參照第1圖乃至第2圖)。在第10圖中，曲線D，係顯示：對應LED124配置複數個第15圖所示之習知的光束控制構件123，而在上述複數之光束控制構件123所出射之LED124的光穿過光擴散構件126後所測量的光強度。
如第10圖所示，比較使用本發明之光束控制構件5時的光強度(曲線C)與使用第15圖所示之習知之光束控制構件123時的光強度(曲線D)，可了解以下事實。
亦即，根據曲線D，亮度差異係對應LED124反覆以大幅度呈現波形形狀，相反地，根據曲線C，對應發光元件4所呈現之亮度差異則極為微小。
其原因：如第10圖之A線所示，在使用本發明之光束控制構件5時，當發光元件4所出射之光由光束控制構件5之光控制出射面6出射時，除了光軸L附近的強度會受到抑制之外，偏離光軸L之位置的強度也會增加，因此，會使相鄰之發光元件4的光混合為一起，且穿過光擴散構件7的光的光量(光強度)會在光擴散構件7的出射面側均勻化。
如上所述，根據本發明之顯示裝置，藉由光束控制構件5之光控制出射面6的作用，可使光束控制構件5所出射的光柔順且充分擴散，並與周圍之複數發光元件4所發出的光結合，而獲得如第10圖C線所示之亮度均勻的照明光。
此外，本發明之顯示裝置1，即使各LED(例如：白色發光之LED)4所產生之光的顏色出現差異的現象(例如，偏黃之色彩的濃淡)，複數之發光元件4的光同樣可充分混合。因此，發光元件4之發光色的差異會較不明顯，而得以獲得高品質的照明。
[彩色用面光源裝置及顯示裝置]
第11圖，顯示適用本發明之彩色發光用面光源裝置2以及具備該裝置之顯示裝置1。其中，第11圖(a)，係顯示彩色發光用面光源裝置2以及具備該裝置之顯示裝置1的平面圖。第11圖(b)，係沿著第11圖(a)中之X4－X4的剖面圖。
如第11圖所示，R、G、B各色的發光元件4R、4G、4B係以交互方式配置。上述發光元件4R、4G、4B所出射的光，係由光束控制構件5之光控制出射面6出射，且該出射光係介由光擴散構件7照射於被照明構件3，以進行彩色照明。
不論是在使所有發光元件4R、4G、4B發光的情形下，或是在使發光元件4R、4G、4B之其中任一個產生單一發光的情形下，出射光均可超越相鄰之LED而到達位於更遠距離的LED，使來自各LED的光混合。因此可獲得一種亮度均勻化的高品質照明。
此外，在本發明的發光裝置29中，可在第3出射面區域6c的部分，使2個以上的發光裝置29結合並一體化。LED19(或發光元件4)的間距較短時，在做成面光源裝置2的組裝上會較為容易。
此外，在製作大型發光裝置29時，可將使用在1個發光元件4的光束控制構件5，先分割為複數個組件單元(block)以單獨形成各組件單元，再藉由組裝上述組件單元使其構成1個光束控制構件。
此外，在上述各實施例之態樣中，係如第3圖所例示一般，說明發光元件4所出射之光的光軸L與法線方向一致時的情形。但是，本申請案發明並未受上述所限。例如，即使因發光元件4之品質差異、包含發光元件4之各零件的組裝誤差等，使發光元件4所出射之光的光軸L與法線方向之間產生些微的偏差，依然可使用本發明，並獲得與上述之各實施例相同的作用效果。
1．．．顯示裝置
2．．．面光源裝置
3．．．被照明構件(液晶顯示面板)
4．．．發光元件
5．．．光束控制構件
6．．．光控制出射面
6a．．．第1出射面區域
6b．．．第2出射面區域
6c．．．第3出射面區域
7．．．光擴散構件
8、17．．．光出射面
9．．．封裝構件
10、18、23．．．凹部
11．．．平面部
12．．．安裝基板
19．．．LED
20．．．光入射面(凹面)
29．．．發光裝置
L．．．光軸(基準光軸)
Po．．．回折點
第1圖，係顯示可適用本發明之面光源裝置及具備該裝置之顯示裝置的平面圖，但省略被照明構件以及光擴散構件的描示。
第2圖，係沿著第1圖中之線X1－X1的剖面圖。
第3圖，係放大顯示第2圖之一部分的圖，關於第1圖所示之顯示裝置，顯示沿著LED之光軸的平面的部份剖面。
第4圖，係顯示光束控制構件之第1態樣的詳細圖，(a)為平面圖、(b)為沿著(a)中之線X2－X2的剖面圖、(c)係將光束控制構件與LED分解顯示的圖。
第5圖，係用以說明LED之出射角(LED出射面；一般為發光元件出射角)θ1與光束控制構件之出射角(控制構件出射角)θ5的關係的圖。
第6圖，係用以說明LED出射角θ1與透鏡面傾斜角θ3之關係的圖。
第7圖，係與本發明之第2態樣相關之光束控制構件的詳細圖，(a)為平面圖、(b)為沿著(a)中之線X3－X3的剖面圖、(c)係將光束控制構件與LED分解顯示的圖。
第8圖，係利用與第2圖相同之描示態樣來顯示採用本發明之第3態樣之光束控制構件的顯示裝置剖面的剖面圖。
第9圖，係放大顯示光擴散構件之諸例(a)至(f)、與顯示裝置之部份剖面(g)的圖，(a)係顯示光擴散構件之第1例的側面圖、(b)係顯示光擴散構件之第2例的側面圖、(c)係顯示光擴散構件之第3例的側面圖、(d)係顯示光擴散構件之第4例的側面圖、(e)係顯示光擴散構件之第5例的側面圖、(f)係顯示光擴散構件之第6例的側面圖、(g)係顯示裝置之部份放大剖面圖。
第10圖，係針對本發明之顯示裝置，將照射在被照明構件的光的強度分布，與第4習知例(比較例)中的強度分佈同時顯示的圖。
第11圖，係顯示可適用本發明之彩色發光用面光源裝置及具備該裝置之顯示裝置的圖，(a)，係去除被照明構件描繪而成的平面圖，(b)，係沿著(a)中之線X4－X4的剖面圖。
第12圖，係顯示第1習知例之模式構造圖。
第13圖，係顯示第2習知例之模式構造圖。
第14圖，係顯示第3習知例之模式構造圖。
第15圖，係顯示第4習知例之顯示裝置的剖面圖。
1．．．顯示裝置
2．．．面光源裝置
3．．．被照明構件(液晶顯示面板)
4．．．發光元件
5．．．光束控制構件
6．．．光控制出射面
6a．．．第1出射面區域
6b．．．第2出射面區域
6c．．．第3出射面區域
7．．．光擴散構件
8．．．光出射面
9．．．封裝構件
10．．．凹部
11．．．平面部
12．．．安裝基板
19．．．LED
29．．．發光裝置
L．．．光軸(基準光軸)

Claims (12)

  1. 一種發光裝置，係具備有：具有凹部與光控制出射面的光控制構件；以及收容在前述凹部的發光元件，在使前述發光元件的光，在前述光控制構件的內部傳播後，再使該光由前述光控制出射面出射的發光裝置，前述光控制出射面係具有：與前述基準光軸相交的第1出射面區域；及位於該第1出射面區域的周圍的第2出射面區域，且前述第1出射面區域與前述第2出射面區域之連接部分存在有回折點，前述光控制出射面的表面形狀，係針對前述發光元件所出射的光中、至少從出射其最大強度之光的方向，到出射光強度為最大強度之半值的光所出射之方向為止的角度範圍內的出射光，滿足下記條件1以及條件2：[條件1：前述發光元件所出射的光中，除了前述發光裝置之基準光軸附近的光之外，均滿足(θ 5/θ 1)>1的關係；條件2：θ 5/θ 1的值，係隨著θ 1的增加而慢慢變小；(但是，θ 1係前述發光元件所出射之任意光的出射角，θ 5係為具有前述出射角θ 1的光後來由前述光控制出射面出射時的出射角)]。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，前述凹部所 提供之凹面，係與前述發光元件之發光面密接。
  3. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，前述凹部所提供之凹面與前述發光元件之發光面之間，係設置有間隙。
  4. 一種面光源裝置，係具備有：發光裝置；及將發自該發光裝置之光予以擴散、穿透的光擴散構件，其特徵為：前述發光裝置係申請專利範圍第1至3項中任一項之發光裝置。
  5. 一種顯示裝置，係具備有：面光源裝置；及被照射來自該面光源裝置之光的被照明構件，其特徵為：前述面光源裝置係申請專利範圍第4項之面光源裝置。
  6. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中，前述發光元件係由封裝構件封裝，前述發光元件所出射的光係在穿透前述封裝構件後入射至前述光控制構件。
  7. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中，前述凹部所提供的凹面係與前述封裝構件的外側面密接。
  8. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中，前述凹部所提供的凹面與前述封裝構件的外側面之間係設有間隙。
  9. 一種面光源裝置，係具備有：發光裝置；及將發自該發光裝置之光予以擴散、穿透的光擴散構件，其特徵為：前述發光裝置係申請專利範圍第6至8項中任一項之發光裝置。
  10. 一種顯示裝置，係具備有：面光源裝置；及被照射來自 該面光源裝置之光的被照明構件，其特徵為：前述面光源裝置係申請專利範圍第9項之面光源裝置。
  11. 一種光控制構件，係具備有用以收容發光元件的凹部者，其特徵為具備：使前述發光元件的光在前述光控制構件內部傳播後再使之出射的光控制出射面，前述光控制出射面係具有：與前述基準光軸相交的第1出射面區域；及位於該第1出射面區域的周圍的第2出射面區域，且前述第1出射面區域與前述第2出射面區域之連接部分存在有回折點前述光控制出射面的表面形狀，係針對前述發光元件所出射的光中，至少從出射其最大強度之光的方向，到出射光強度為最大強度之半值的光所出射之方向為止的角度範圍內的出射光，滿足下記條件1以及條件2者：[條件1：前述發光元件所出射的光中，除了前述光控制構件之基準光軸附近的光之外，均滿足(θ 5/θ 1)>1的關係；條件2：θ 5/θ 1的值，係隨著θ 1的增加而慢慢變小；(但是，θ 1係前述發光元件所出射之任意光的出射角，θ 5係為具有前述出射角θ 1的光後來由前述光控制出射面出射時的出射角)]。
  12. 如申請專利範圍第11項之光控制構件，其中，前述凹部係用以將封裝構件所封裝的發光元件與前述封裝構件同時收容者。
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