WO2016051462A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2016051462A1
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optical axis
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incident
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ヨンホ リ
秀訓 野中
ヨフン チョ
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アジアブリッジジャパン株式会社
ヨンホ リ
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    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device including a light control member that controls light emitted from a light emitting element.
  • the light incident surface which is the inner surface of the light control member has a bell shape, and the outer surface of the light control member
  • the cross-sectional shape of a light exit surface is near the optical axis, the inclination of the contour line is almost perpendicular to the optical axis and the change in inclination is small, and when the distance from the optical axis is far away, the change in the inclination of the outline increases and gradually becomes parallel to the optical axis.
  • the light incident surface may be formed so that a gap is formed between the top of the virtual circle and the deepest portion of the light incident surface (for example, a patent Reference 2).
  • the light distribution of the light emitting element has a characteristic that the light flux density near the optical axis is high, so that the uniformity of the irradiated surface by the portion near the optical axis where the light flux is concentrated is made constant.
  • An object of the present invention is to solve such a problem, and it is an object to increase the illuminance of an irradiated surface near the optical axis and suppress the occurrence of a yellow ring phenomenon.
  • the present invention provides a light-emitting device having a light-emitting element and a light control member that has a rotationally symmetric shape about the optical axis and controls and outputs light incident from the light-emitting element.
  • the member includes a cavity formed between the light emitting element, a light incident surface on which light emitted from the light emitting element enters the inner surface of the cavity, and light incident from the light incident surface.
  • the light exit surface has a convex portion formed in the vicinity of the optical axis, and the concave portion of the light entrance surface transmits the incident light to the normal line on the light exit surface. Is formed so as to be incident on the light exit surface at an angle of 37 degrees or less.
  • the above-described present invention can increase the illuminance of the irradiated surface near the optical axis and suppress the occurrence of the yellow ring phenomenon.
  • Sectional drawing which shows the structure of the light-emitting device in an Example Top view of light-emitting device in Example Explanatory drawing of the shape of the light-incidence surface of the light control member in an Example Explanatory drawing of the shape of the light emission surface of the light control member in an Example Explanatory drawing of the light-incidence surface and light-emitting surface of the light control member in an Example Explanatory drawing which shows the effect
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device in the embodiment
  • FIG. 2 is a top view of the light emitting device in the embodiment.
  • a light-emitting device 1 is employed in a direct type backlight of a liquid crystal display, and includes a light-emitting element 2 and a light control member 3 that outputs light by controlling light incident from the light-emitting element 2. It is comprised by. As shown in FIG. 2, the light emitting device 1 has a rotationally symmetric shape about the optical axis 21.
  • the light emitting element 2 is a light source that emits light around the optical axis 21, and is, for example, an LED (Light Emitting Diode) light emitting element.
  • the optical axis 21 is the axis of light at the center of the three-dimensional outgoing light beam from the light emitting element 2 which is a point light source.
  • the light source of the present embodiment is, for example, the light source 22 shown in FIG. 14 (a) or the light source 23 shown in FIG. 14 (b).
  • the light source 22 is obtained by vapor-depositing a phosphor 22a that changes the light emitted from the light emitting element 2 to white light on the surface of the light emitting element 2 of a blue single color LED.
  • the light source 23 is obtained by applying a phosphor 23 a that turns the light emitted from the light emitting element 2 into white light around the light emitting element 2 of the blue monochromatic LED.
  • the phosphors 22a and 23a are not limited to the light emitted from the light-emitting element 2 but white light, and may be light of other colors.
  • the light emitting element 2 is not limited to one LED light emitting element, and may be a plurality of divided LED light emitting elements.
  • the light control member 3 has a light incident surface 31 on which light emitted from the light emitting element 2 is incident and a light output surface 32 that emits light incident on the light incident surface 31, with the optical axis 21 as the center. It is formed in a rotationally symmetric shape.
  • the light control member 3 is formed of a light transmission member for changing the direction of light emitted from the light emitting element 2 and is disposed so as to cover the light emitting element 2.
  • the light control member 3 is formed with a concave cavity facing the light emitting element 2 between the light emitting element 2 and a light incident surface 31 is formed on the inner surface of the cavity.
  • a light exit surface 32 is formed on the outer surface of the light control member 3, and a bottom surface 33 is formed between the light control member 3 and the support member that supports the light emitting element 2.
  • the cross-sectional shape of the light incident surface 31 is substantially orthogonal to the optical axis 21 on the optical axis 21, and a recessed portion 31 a that is recessed toward the light exit surface 32 is formed in the vicinity of the optical axis 21. It has a bell shape with little change in the inclination of the contour line.
  • the cross-sectional shape of the light exit surface 32 is a shape curved in a convex shape toward the opposite side of the light emitting element 2, is substantially perpendicular to the optical axis 21 on the optical axis 21, and is near the optical axis 21 in the vicinity of the light emitting element 2.
  • a convex portion 32a that gently protrudes toward the opposite side is formed, and a change in the inclination of the contour line increases at a portion away from the optical axis 21, and gradually changes to be substantially parallel to the optical axis 21. ing.
  • the light incident surface 31 and the light exit surface 32 have the concave portion 31a and the convex portion 32a formed in the vicinity of the optical axis 21 so that the light in the vicinity of the optical axis is complexly diffused.
  • the convex portion 32a formed on the light exit surface 32 but the convex portion 32a may not be formed as shown in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the shape of the light incident surface of the light control member in the embodiment.
  • the light incident surface 31 of the light control member 3 has an axially symmetric shape with respect to the optical axis (reference optical axis) 21, and the intersection of the optical axis 21 and the light emitting surface of the light emitting element 2 is a reference point O.
  • the angle formed by the straight line OP1 connecting the reference point O and the arbitrary point P1 on the light incident surface 31 and the optical axis 21 is defined as an angle ⁇ 1.
  • the distance D1 between the reference point O and the point P1 rapidly decreases as the angle ⁇ 1 increases, and ⁇ 1 ⁇ ⁇ 1 ⁇ ( In the case of ⁇ / 2) (radian), the distance D1 between the reference point O and the point P1 gradually decreases as the angle ⁇ 1 increases. Therefore, the recess 31a is formed in the range where the angle ⁇ 1 is 0 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 1 (radian).
  • the ratio that the distance D1 decreases with respect to the increase of the angle ⁇ 1 when the angle ⁇ 1 is 0 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 1 (radian) is the increase of the angle ⁇ 1 when the angle ⁇ 1 is ⁇ 1 ⁇ ⁇ 1 ⁇ ( ⁇ / 2) (radian).
  • the distance D1 is larger than the decreasing ratio.
  • the predetermined angle ⁇ 1 is an angle corresponding to a range in the vicinity of the optical axis 21 and can be changed according to the type of the light emitting element 2.
  • the reason why the recess 31a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light incident surface 31 is that the intensity of the incident light is strong in the vicinity of the optical axis 21 and the light is diffused.
  • FIG. 4 is an explanatory view of the shape of the light exit surface of the light control member in the embodiment.
  • the light exit surface 32 of the light control member 3 has an axially symmetric shape with respect to the optical axis (reference optical axis) 21, and an intersection of the optical axis 21 and the light emitting surface of the light emitting element 2 is defined as a reference point O.
  • the angle formed between the straight line OP2 connecting the reference point O and the arbitrary point P2 on the light exit surface 32 and the optical axis 21 is defined as an angle ⁇ 2.
  • the distance D2 between the reference point O and the point P2 decreases as the angle ⁇ 2 increases, and ⁇ 2 ⁇ ⁇ 2 ⁇ ( ⁇ / 2). ) (Radians), the distance D2 between the reference point O and the point P2 gradually decreases as the angle ⁇ 2 increases. Accordingly, the gentle convex portion 32a is formed in the range where the angle ⁇ 2 is 0 ⁇ ⁇ 2 ⁇ 2 (radian), and the concave portion is not formed on the light exit surface 32.
  • the predetermined angle ⁇ 2 is an angle corresponding to a range in the vicinity of the optical axis 21, and can be changed according to the type of the light emitting element 2.
  • the convex portion 32 a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light exit surface 32, it is possible to diffuse light having a strong intensity that enters the vicinity of the optical axis 21.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the light incident surface and the light outgoing surface of the light control member in the embodiment.
  • the distance between the reference point O of the light emitting element 2 and the optical axis 21 of the light incident surface 31 of the light control member 3 is the distance L0, and the range of the angle ⁇ (radian) between the optical axis 21 and the light beam that is combined and diffused.
  • the radius r1 of the recess 31a L0tan ⁇ .
  • the distance (thickness) t1 on the optical axis 21 between the light incident surface 31 and the light exit surface 32 of the light control member 3 is determined, and the light diffusion range L1 on the light exit surface 32 is determined.
  • the shape of the concave portion 31a of the light incident surface 31 is such that the incident angle ⁇ 2, which is an angle formed by the normal line H12 on the light exit surface 32, with respect to the incident light in the range of 0 ⁇ ⁇ 1 ⁇ predetermined angle ⁇ 1 (radian) is 37 degrees or less. Thus, it is formed so as to enter the light exit surface 32.
  • the diffusion magnification in the recess 31a of the light incident surface 31 is 100 times or more, and the diffusion magnification in the light incident surface 31 other than the recess 31a is approximately 29 to 30 times.
  • the light control member 3 includes the cavity formed between the light emitting element 2 and the incident light in which the light emitted from the light emitting element 2 enters the inner surface of the cavity.
  • the light exit surface 32 has a light exit surface 32 that emits light incident from the light entrance surface 31, and the light exit surface 32 has a convex portion 32 a formed in the vicinity of the optical axis 21.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the operation of the light emitting device in the embodiment.
  • light L1 to L4 and light L9 to L12 separated from the optical axis 21 having a relatively low luminous flux density among the light emitted from the light emitting element 2 are incident surfaces 31 other than the recesses 31a of the light control member 3. , Is simply diffused outside the optical axis 21 and reaches the light exit surface 32.
  • the light L1 to L4 and the light L9 to L12 that have reached the light exit surface 32 are further simply diffused by the light exit surface 32 other than the convex portion 32a, and irradiate the irradiation surface 4 with light.
  • light L5 to L8 in the vicinity of the optical axis 21 having a high luminous flux density out of the light emitted from the light emitting element 2 enters the concave portion 31a of the light incident surface 31 of the light control member 3, and is diffused by the concave portion 31a.
  • the light exit surface 32 is reached.
  • the lights L5 to L8 that have reached the light exit surface 32 are further diffused by the convex portions 32a of the light exit surface 32, and can irradiate light in a wide range near the optical axis 21 of the illumination surface 4 with good uniformity.
  • the concave portion 31 a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light incident surface 31 of the light control member 3, and the convex portion 32 a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light exit surface 32. Can be realized.
  • the light L emitted from the light emitting element 2 enters the point P ⁇ b> 11 of the light incident surface 31.
  • the angle formed between the light L entering the point P11 on the light incident surface 31 and the normal line H1 is the incident angle ⁇ 1.
  • the light L refracted at the point P11 on the light incident surface 31 enters the point P12 on the light emitting surface 32 at an emission angle ⁇ 1 ′ with respect to the normal line H1. At this time, the angle formed between the light L entering the point P12 on the light exit surface 32 and the normal H2 is the incident angle ⁇ 2.
  • the light L refracted at the point P12 on the light exit surface 32 exits at an exit angle ⁇ 2 ′ with respect to the normal H2.
  • the concave portion 31a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light incident surface 31 of the light control member 3, and the convex portion 32a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light outgoing surface 32.
  • the entire light exit surface 32 in particular, the incident angle ⁇ 2 of light at the convex portion 32a (light diffusion angle formed by the light incident on the light exit surface 32 and the normal line) is small.
  • the amount of Fresnel reflection loss can be reduced, the illuminance of the irradiated surface 4 near the optical axis can be increased, the decrease in color purity on the irradiated surface 4 can be suppressed, and the occurrence of the yellow ring phenomenon can be suppressed.
  • the light incident surface 31 has the concave portion 31a formed in the vicinity of the optical axis 21, and the concave portion 31a of the light incident surface 31 transmits the incident light on the light emitting surface 32. Since the angle ⁇ 2 with respect to the normal line H12 is 37 degrees or less and the light exit surface 32 is made incident, the illuminance of the irradiation surface 4 in the vicinity of the optical axis can be increased. The decrease in color purity can be suppressed, and the occurrence of yellow ring phenomenon can be suppressed.
  • the horizontal axis in FIG. 8A represents the angle ⁇ 1 [°] formed by the light beam and the optical axis 21 shown in FIG. 5, and the vertical axis represents the incident angle ⁇ 1 [°] of light on the light incident surface 31 in FIG. Yes.
  • the light incident surface 31 is formed so that the incident angle ⁇ 1 gradually increases with respect to the increase in the angle ⁇ 1.
  • the light exit surface 32 is formed so that the incident angle ⁇ 2 increases suddenly with respect to the increase in the angle ⁇ 1.
  • FIG. 9 represents the angle ⁇ 1 [°] between the optical axis 21 and the light beam shown in FIG. 3, and the vertical axis represents the light incident angle ⁇ 2 [°] on the light exit surface 32 in FIG. 81 is a graph when the predetermined angle ⁇ 1 is (4 ⁇ / 180) (radian), 82 is a graph when the predetermined angle ⁇ 1 is (10 ⁇ / 180) (radian), and 83 is the predetermined angle ⁇ 1. It is a graph when (6.5 ⁇ / 180) (radian).
  • the change in the incident angle ⁇ 2 is gradual, and by setting the predetermined angle ⁇ 1 to (6.5 ⁇ / 180) (radians), the uniformity and chromatic aberration on the irradiated surface are improved. I understand that.
  • the incident angle ⁇ 2 increases, and the incident angle ⁇ 2 exceeds 37 degrees, and as shown in FIG.
  • the uniformity on the irradiated surface 4 is impaired and chromatic aberration increases.
  • the incident angle ⁇ 2 becomes small as shown in FIG. 10B, but the irradiation surface 4 in the vicinity of the optical axis 21 is obtained. Since the light concentrates on the surface, the luminance uniformity on the irradiation surface 4 is impaired.
  • the intersection between the optical axis 21 and the straight line OP1 connecting the reference point O and the point P1 of the light incident surface 31 is the intersection point between the optical axis 21 and the light emitting surface of the light emitting element 2.
  • Is the angle ⁇ 1 [°] and the angle formed by the light emitted at the point P2 of the light exit surface 32 via the point P1 and the straight line parallel to the optical axis 21 is the angle ⁇ 2 [°]
  • ⁇ 2 / ⁇ 1 has a convex portion 32a formed on the light exit surface 32, so that there is always a local curve portion in the region 111 shown in FIG. 12A, or FIG. In the region 112 shown in FIG. 5, ⁇ 2 / ⁇ 1 increases and gradually decreases after the peak.
  • the concave portion 31a is provided in the vicinity of the optical axis 21 of the light incident surface 31 of the light control member 3, and the concave portion 31a of the light incident surface 31 transmits the incident light to the light exit surface.
  • the angle ⁇ 2 with respect to the normal H12 at 32 is 37 degrees or less and is formed so as to enter the light exit surface 32, whereby the illuminance of the illumination surface 4 near the optical axis can be increased, and the illumination surface 4 is suppressed, and the occurrence of the yellow ring phenomenon can be suppressed.
  • the recess 31a is formed in the vicinity of the optical axis 21 of the light incident surface 31, an effect that the manufacture of the light control member 3 can be facilitated is obtained.

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Abstract

【課題】光軸近傍の照射面の照度を増加させ、イエローリング現象の発生を抑制する手段を提供する。 【解決手段】発光素子2と、光軸21を中心とした回転対称の形状であり、発光素子2から入光した光を制御して出光する光制御部材3とを有する発光装置1において、光制御部材3は、発光素子2との間に形成された空洞部と、その空洞部の内表面に発光素子2から出射された光が入光する入光面31と、入光面31から入光した光を出光する出光面32とを有し、入光面31は、光軸21の近傍に形成された凹部31aを有し、入光面31の凹部31aは、入光した光を、出光面32における法線との角が37度以下で、出光面32に入光させるように形成されている。

Description

発光装置
 本発明は、発光素子から出射された光を制御する光制御部材を備えた発光装置に関する。
 従来の発光装置は、発光素子から出射された光を発散させ、フレネル反射による反射率を低減させるため、光制御部材の内表面である入光面を釣鐘形状とし、光制御部材の外表面である出光面の断面形状を光軸付近では輪郭線の傾きが光軸と略垂直で傾き変化が小さく、光軸から離れたところでは輪郭線の傾きの変化が大きくなり、次第に光軸と平行な方向に変化する形状としたものがある(例えば、特許文献1参照)。
 また、入光面に仮想円を内接させたとき、仮想円の頂部と入光面の最深部との間に隙間が生じるように入光面を形成しているものもある(例えば、特許文献2参照)。
特開2009-44016号公報 特開2011-221190号公報
 しかしながら、上述した従来の技術においては、発光素子の配光は光軸近傍の光束密度が高い特性を有しているため、光束が集中する光軸近傍部分による照射面の均斉度を一定にするためには、光制御部材の光軸近傍の出光面において入光する光と法線とが成す光拡散角度を大きくする必要があり、光軸近傍で大きな光拡散角度を設けるとフレネル反射損失量が増加し、光軸近傍の照射面の照度を低下させ、また照射面における色純度の低下を招き、出射光本来の白色に対して黄色味を帯びるイエローリング現象が発生してしまうという問題がある。
 本発明は、このような問題を解決することを課題とし、光軸近傍の照射面の照度を増加させ、イエローリング現象の発生を抑制することを目的とする。
 そのため、本発明は、発光素子と、光軸を中心とした回転対称の形状であり、前記発光素子から入光した光を制御して出光する光制御部材とを有する発光装置において、前記光制御部材は、前記発光素子との間に形成された空洞部と、前記空洞部の内表面に前記発光素子から出射された光が入光する入光面と、前記入光面から入光した光を出光する出光面とを有し、前記出光面は、前記光軸の近傍に形成された凸部を有し、前記入光面の凹部は、入光した光を、前記出光面における法線との角が37度以下で、前記出光面に入光させるように形成されていることを特徴とする。
 このようにした本発明は、光軸近傍の照射面の照度を増加させ、イエローリング現象の発生を抑制することができるという効果が得られる。
実施例における発光装置の構成を示す断面図 実施例における発光装置の上面図 実施例における光制御部材の入光面の形状の説明図 実施例における光制御部材の出光面の形状の説明図 実施例における光制御部材の入光面および出光面の説明図 実施例における発光装置の作用を示す説明図 実施例における出光面への入射角の説明図 実施例における入光面および出光面の特性を示すグラフ 実施例における入光面の凹部の範囲の特性を示すグラフ 実施例における入光面の凹部の作用を示す説明図 実施例における光制御部材の入光面および出光面の特性を示す説明図 実施例における光制御部材の入光面および出光面の特性を示すグラフ 変形例における発光装置の構成を示す断面図 実施例における光源の構成を示す説明図
 以下、図面を参照して本発明による発光装置の実施例を説明する。
 図1は実施例における発光装置の構成を示す断面図であり、図2は実施例における発光装置の上面図である。
 図1および図2において、発光装置1は、液晶ディスプレイの直下型バックライトに採用されるものであり、発光素子2と、発光素子2から入射した光を制御して出光する光制御部材3とにより構成されている。この発光装置1は、図2に示すように、光軸21を中心として回転対称の形状になっている。
 発光素子2は、光軸21を中心に周囲に光を出射する光源であり、例えばLED(Light Emitting Diode)発光素子である。ここで、光軸21は、点光源である発光素子2からの立体的な出射光束の中心における光の軸である。
 本実施例の光源は、例えば図14(a)に示す光源22または図14(b)に示す光源23である。光源22は、青色単色LEDの発光素子2の表面に、発光素子2から発せられた光を白色光にする蛍光体22aを蒸着したものである。また、光源23は、青色単色LEDの発光素子2の周辺に、発光素子2から発せられた光を白色光にする蛍光体23aを塗布したものである。なお、蛍光体22a、23aは発光素子2から発せられた光を白色光にするものに限られることなく、他の色の光にするものであっても良い。また、発光素子2は、1つのLED発光素子に限られることなく、複数の分割されたLED発光素子であっても良い。
 光制御部材3は、発光素子2から出射された光が入光する入光面31と、入光面31から入光した光を出光する出光面32とを有し、光軸21を中心に回転対称な形状に形成されている。また、光制御部材3は、発光素子2から出射された光の方向を変化させるための光透過部材で形成され、発光素子2を覆うように配置されている。
 この光制御部材3は、発光素子2との間に、発光素子2と対向した凹状の空洞部が形成され、その空洞部の内表面には入光面31が形成されている。また、光制御部材3の外表面には出光面32が形成され、さらに発光素子2を支持する支持部材との間に底面33が形成されている。
 入光面31の断面形状は、光軸21上では光軸21と略直交し、また光軸21近傍では出光面32に向かって窪んだ凹部31aが形成され、光軸21から離れた部位では輪郭線の傾きがあまり変化しない釣鐘形状を成している。
 出光面32の断面形状は、発光素子2の反対側に向かって凸状に湾曲した形状を成し、光軸21上では光軸21と略直交し、また光軸21近傍では発光素子2の反対側に向かって緩やかに突出した凸部32aが形成され、光軸21から離れた部位では輪郭線の傾きの変化が大きくなり、次第に光軸21と略平行するように変化する形状を成している。
 このように、入光面31および出光面32は、光軸21の近傍に形成された凹部31aおよび凸部32aを有し、光軸近傍の光を複合拡散させるようにしている。なお、本実施例では、出光面32に凸部32aを形成したもので説明するが、図13に示すように、凸部32aが形成されていないものとしても良い。
 図3は実施例における光制御部材の入光面の形状の説明図である。
 図3において、光制御部材3の入光面31は、光軸(基準光軸)21に対して軸対称の形状であり、光軸21と発光素子2の発光面との交点を基準点Oとし、基準点Oと入光面31の任意の点P1とを結ぶ直線OP1と、光軸21とが成す角を角α1とする。
 入光面31の形状は、角α1が0≦α1<β1(ラジアン)のとき、角α1の増加に伴って基準点Oと点P1との距離D1が急激に減少し、β1≦α1<(π/2)(ラジアン)のとき、角α1の増加に伴って基準点Oと点P1との距離D1が緩やかに減少する形状となっている。したがって、角α1が0≦α1<β1(ラジアン)の範囲で凹部31aが形成される。すなわち、角α1が0≦α1<β1(ラジアン)における角α1の増加に対して距離D1が減少する比は、角α1がβ1≦α1<(π/2)(ラジアン)における角α1の増加に対して距離D1が減少する比より大きくなっている。
 所定角β1は、光軸21の近傍の範囲に対応する角であり、発光素子2の種類に応じて変化させることが可能である。なお、所定角β1は、好ましくは、(5π/180~8π/180)(ラジアン)の範囲であり、より好ましくは、所定角β1=(6.5π/180)(ラジアン)である。
 このように、入光面31の光軸21の近傍に凹部31aを形成するのは、光軸21の近傍では入光する光の強度が強く、その光を拡散させるためである。
 図4は実施例における光制御部材の出光面の形状の説明図である。
 図4において、光制御部材3の出光面32は、光軸(基準光軸)21に対して軸対称の形状であり、光軸21と発光素子2の発光面との交点を基準点Oとし、基準点Oと出光面32の任意の点P2とを結ぶ直線OP2と、光軸21とが成す角を角α2とする。
 出光面32の形状は、角α2が0≦α2<β2(ラジアン)のとき、角α2の増加に伴って基準点Oと点P2との距離D2が減少し、β2≦α2<(π/2)(ラジアン)のとき、角α2の増加に伴って基準点Oと点P2との距離D2が徐々に減少する形状となっている。したがって、角α2が0≦α2<β2(ラジアン)の範囲で緩やかな凸部32aが形成され、出光面32には凹部が形成されていない。
 所定角β2は、光軸21の近傍の範囲に対応する角であり、発光素子2の種類に応じて変化させることが可能である。なお、所定角β2は、好ましくは、(5π/180~8π/180)(ラジアン)の範囲であり、より好ましくは、所定角β2=(6.5π/180)(ラジアン)である。
 このように、出光面32の光軸21の近傍に凸部32aを形成した場合、光軸21の近傍に入光する強度が強い光を拡散させることができる。
 図5は実施例における光制御部材の入光面および出光面の説明図である。
 図5において、発光素子2の基準点Oと光制御部材3の入光面31の光軸21における距離を距離L0、および光軸21と複合拡散させる光線との角α(ラジアン)の範囲を決定すると、凹部31aの半径r1=L0tanαとなる。
 光制御部材3の入光面31と出光面32の光軸21における距離(厚み)t1を決定し、出光面32における光拡散範囲L1を決定する。
 さらに、入光面31の凹部31aの形状は、0≦α1<所定角β1(ラジアン)の範囲で入射した光を、出光面32における法線H12と成す角である入射角θ2が37度以下で、出光面32に入射するように形成する。
 なお、入光面31の凹部31aにおける拡散倍率は100倍以上、凹部31a以外の入光面31における拡散倍率を約29倍から30倍となるように形成する。
 このように、本実施例では、光制御部材3は、発光素子2との間に形成された空洞部と、その空洞部の内表面に発光素子2から出射された光が入光する入光面31と、その入光面31から入光した光を出光する出光面32とを有し、出光面32は、光軸21の近傍に形成された凸部32aを有し、入光面31は、光軸21の近傍に形成された凹部31aを有し、入光面31の凹部31aは、入光した光を、出光面32における法線H12との角θ2が37度以下で、出光面32に入光させるように形成されている。
 上述した構成の作用について説明する。
 図6は実施例における発光装置の作用を示す説明図である。
 図6において、発光素子2から出射された光のうち光束密度が比較的低い光軸21から離れた光L1~L4および光L9~L12は、光制御部材3の凹部31a以外の入光面31に入光し、光軸21の外側に単純拡散され、出光面32へ到達する。
 出光面32へ到達した光L1~L4および光L9~L12は、凸部32a以外の出光面32でさらに単純拡散され、照射面4に光を照射する。
 一方、発光素子2から出射された光のうち光束密度の高い光軸21の近傍の光L5~L8は、光制御部材3の入光面31の凹部31aに入光し、凹部31aにより拡散され、出光面32へ到達する。
 出光面32へ到達した光L5~L8は、出光面32の凸部32aでさらに拡散され、照射面4の光軸21の近傍の広範囲を均斉度良く光を照射することができる。
 本実施例では、光制御部材3の入光面31の光軸21の近傍に凹部31aを形成し、また出光面32の光軸21の近傍に凸部32aを形成することにより、複合拡散を実現することができる。
 ここで、本実施例における光制御部材3の出光面32への入射角を図7に基づいて説明する。
 図7において、発光素子2から出射された光Lは、入光面31の点P11に入光する。このとき、入光面31の点P11において入光する光Lと法線H1とが成す角は入射角θ1となる。
 入光面31の点P11において屈折した光Lは、法線H1に対して出射角θ1´を成して出光面32の点P12に入光する。このとき、出光面32の点P12において入光する光Lと法線H2とが成す角は入射角θ2となる。
 出光面32の点P12において屈折した光Lは、法線H2に対して出射角θ2´を成して出光する。
 このように、本実施例では、光制御部材3の入光面31の光軸21の近傍に凹部31aを形成し、また出光面32の光軸21の近傍に凸部32aを形成したことにより、複合拡散となり、従来の単純拡散と比較して出光面32の全体、特に凸部32aにおける光の入射角θ2(出光面32において入光する光と法線とが成す光拡散角)が小さくなり、フレネル反射損失量が減少し、光軸近傍の照射面4の照度を増加させることができ、また照射面4における色純度の低下を抑制し、イエローリング現象の発生を抑制することができる。
 このように、本実施例では、入光面31は、光軸21の近傍に形成された凹部31aを有し、その入光面31の凹部31aは、入光した光を、出光面32における法線H12との角θ2が37度以下で、出光面32に入光させるように形成されていることにより、光軸近傍の照射面4の照度を増加させることができ、また照射面4における色純度の低下を抑制し、イエローリング現象の発生を抑制することができる。
 次に、図7における入光面31および出光面32の特性を図8の実施例における入光面および出光面の特性を示すグラフに基づいて説明する。
 図8(a)の横軸は、図5に示す光軸21と光線がなす角α1[°]、縦軸は、図7における入光面31における光の入射角θ1[°]を表している。このように本実施例では、入射角θ1が角α1の増加に対して徐々に増加するように、入光面31が形成されている。
 また、図8(b)の横軸は、図5に示す光軸21と光線がなす角α1[°]、縦軸は、図7における出光面32における光の入射角θ2[°]を表している。このように本実施例では、入射角θ2が角α1の増加に対して急に増加するように、出光面32が形成されている。
 次に、図3における入光面31の凹部31aの範囲の特性を図9の実施例における入光面の凹部の範囲の特性を示すグラフに基づいて説明する。
 図9の横軸は、図3に示す光軸21と光線がなす角α1[°]、縦軸は、図5における出光面32における光の入射角θ2[°]を表している。また、81は上述した所定角β1を(4π/180)(ラジアン)としたときのグラフ、82は所定角β1を(10π/180)(ラジアン)としたときのグラフ、83は所定角β1を(6.5π/180)(ラジアン)としたときのグラフである。
 図9に示すように、グラフ83は、入射角θ2の変化が緩やかであり、所定角β1を(6.5π/180)(ラジアン)としたことにより照射面における均斉度や色収差が良好になることが分かる。
 一方、グラフ81は、所定角β1を(4π/180)(ラジアン)としたことにより入射角θ2が大きくなり、入射角θ2が37度を超えてしまい、図10(a)に示すように、照射面4における均斉度が損なわれ、色収差が大きくなる。
 また、グラフ82は、所定角β1を(10π/180)(ラジアン)としたことにより、図10(b)に示すように、入射角θ2は小さくなるが、光軸21の近傍の照射面4に光が集中するため、照射面4における輝度の均斉度が損なわれる。
 なお、所定角β1を(5π/180)(ラジアン)以上、(8π/180)(ラジアン)以下の範囲にすることにより、グラフ83と略同等な効果が得られた。
 また、図11において、光軸21と発光素子2の発光面との交点を基準点Oとし、基準点Oと入光面31の点P1とを結ぶ直線OP1と、光軸21とが成す角を角α1[°]、点P1を経由して出光面32の点P2において出射する光と、光軸21と平行する直線とが成す角を角α2[°]とすると、角α1[°]とα2/α1との関係は、出光面32に凸部32aが形成されているため、必ず、図12(a)に示す領域111において変局曲線部分が存在するか、または図12(b)に示す領域112においてα2/α1が増加し、ピーク後、徐々に減少する特性を有している。
 以上説明したように、本実施例では、光制御部材3の入光面31の光軸21の近傍に凹部31aを有し、入光面31の凹部31aは、入光した光を、出光面32における法線H12との角θ2が37度以下で、出光面32に入光させるように形成されていることにより、光軸近傍の照射面4の照度を増加させることができ、また照射面4における色純度の低下を抑制し、イエローリング現象の発生を抑制することができるという効果が得られる。
 また、入光面31の光軸21の近傍に凹部31aを形成するようにしたことにより、光制御部材3の製造を容易にすることができるという効果が得られる。
 1  発光装置
 2  発光素子
 3  光制御部材
 4  照射面
 31 入光面
 31a 凹部
 32 出光面
 32a 凸部

Claims (5)

  1.  発光素子と、光軸を中心とした回転対称の形状であり、前記発光素子から入光した光を制御して出光する光制御部材とを有する発光装置において、
     前記光制御部材は、前記発光素子との間に形成された空洞部と、前記空洞部の内表面に前記発光素子から出射された光が入光する入光面と、前記入光面から入光した光を出光する出光面とを有し、
     前記入光面は、前記光軸の近傍に形成された凹部を有し、
     前記入光面の凹部は、入光した光を、前記出光面における法線との角が37度以下で、前記出光面に入光させるように形成されていることを特徴とする発光装置。
  2.  請求項1に記載の発光装置において、
     前記出光面は、前記光軸の近傍に形成された凸部を有し、
     前記光軸と、前記発光素子の発光面との交点を基準点としたとき、
     前記出光面の任意の点と、前記基準点とを結ぶ直線と、前記光軸がなす角をα2、前記出光面の任意の点と、前記基準点との距離をD2とすると、
     前記出光面は、0≦α2<所定角β2(ラジアン)の範囲で前記距離D2が減少し、所定角β2≦α1<(π/2)(ラジアン)の範囲で前記距離D2が徐々に減少し、
     前記入光面の任意の点と、前記基準点とを結ぶ直線と、前記光軸がなす角をα1、前記入光面の任意の点と、前記基準点との距離をD1とすると、
     前記入光面は、0≦α1<所定角β1(ラジアン)の範囲で前記角α1の増加に対して前記距離D1が減少する比が、所定角β1≦α1<(π/2)(ラジアン)の範囲で前記角α1の増加に対して前記距離D1が減少する比より、大きいことを特徴とする発光装置。
  3.  請求項2に記載の発光装置において、
     前記入光面は、0≦α1<所定角β1(ラジアン)の範囲で入光した光を、前記出光面における法線との角が37度以下で、前記出光面に入光させるように形成されている
    ことを特徴とする発光装置。
  4.  請求項3に記載の発光装置において、
     前記所定角β1は、(5π/180)ラジアン以上、(8π/180)ラジアン以下であることを特徴とする発光装置。
  5.  請求項3に記載の発光装置において、
     前記所定角β1は、(6.5π/180)ラジアンであることを特徴とする発光装置。
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JP2009193902A (ja) * 2008-02-18 2009-08-27 Stanley Electric Co Ltd 照明装置、看板照明装置および直下型液晶パネル用バックライト装置

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