发光装置、面光源装置以及显示装置的制作方法

专利名称：发光装置、面光源装置以及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光装置、面光源装置以及显示装置，例如涉及作为从液晶显示板的 背面侧面状地进行照明的背光的光源或室内的一般照明等各种照明使用的发光装置、用于 各种照明的面光源装置以及将面光源装置作为照明设备而与被照明部件组合使用的显示装置。
背景技术：
一直以来，作为用于个人计算机和电视等的液晶显示监视器的照明设备，已知使 用了多个发光二极管(LED)作为点状光源的面光源装置。面光源装置为在与液晶显示监视器的液晶显示面板大致相同形状的板状的光束 控制部件的背面侧矩阵状地配置多个LED。面光源装置使从LED射出的光射入到光束控制 部件的内部，并在从光束控制部件射出光时控制光的行进方向。然后，面光源装置通过光扩 散部件将从光束控制部件射出的光进行扩散后，从背面侧面状地对液晶显示板进行照明。专利文献1记载了透过光学元件的光大致垂直于平面地射出的平面光源。图1是 示意地表示将专利文献1记载的LED作为光源的面光源装置的图。如图1所示，与多个LEDlOl的各个LEDlOl —对一对应地将微型透镜阵列102配 置在面光源装置100上。通过由微型透镜阵列102控制从LEDlOl射出的光的行进方向，面 光源装置100使光沿与基板平面垂直的方向(上方)射出。在专利文献2记载了下述显示装置，即在透镜罩的凸部的内部形成有空洞部，在 空洞部的外周形成了空隙部，该空隙部具有使从发光元件横向射出的光朝向凸部的方向反 射的倾斜面。图2是表示专利文献2记载的显示装置的结构图。如图2所示，在矩阵显示装置 130中，在显示板基板131上矩阵状地排列发光元件132，在发光元件132的表面一侧配置 透镜罩133。透镜罩133以紧贴的方式载放在显示板基板131上。透镜罩133在与发光元 件132对应的位置形成大致半球状的凸部134，在凸部134的内部形成了内部包含发光元件 132的空洞部135。空洞部135的侧壁使从发光元件132射出的光朝向正面侧(图2的上 方侧)折射而取入。从发光元件132射出的光的射入面仅为空洞部135的侧壁。另外，在 透镜罩133中，在内部包含发光元件132的空洞部135的周围形成空隙部136。空隙部136 使从发光元件132横向射出后进入透镜罩133内的光由空隙部136的倾斜面137和绝缘基 板138朝向正面一侧全反射。由此，增大矩阵显示装置130的正面侧的照明光亮度。引用文献专利文献专利文献1 日本特开2002-49326号公报专利文献2 日本特开2001-250986号公报但是，这样的以往的面光源装置存在下述问题，即由于从发光元件射出的光射入 到光束控制部件的背面(与基板对置的面)，光束控制部件将该光聚光而射出，所以在被照射面产生照度不均。照度不均成为均勻的面状照明的障碍，从而使照明质量下降。

发明内容
本发明是鉴于上述各点而完成的，其目的在于提供能够抑制照度不均的发光装 置、面光源装置以及显示装置。本发明的发光装置包括发光元件，其排列在基板上，并且射出光；以及光束控制 部件，其具有对从所述发光元件射出的光的行进方向进行控制的光控制射出面、使主光线 射入内部的凹处以及从所述凹处的开口边缘部沿径向延伸且使副光线射入内部的背面，所 述主光线是距从所述发光元件射出的立体光束的中心轴即基准光轴规定的角度的范围内 射出的光，所述副光线是从所述发光元件射出的所述主光线以外的光，该发光装置采用在 所述光束控制部件的背面格子状地形成多个凸部或多个凹部的结构。本发明的面光源装置采用的结构包括上述发光装置以及扩散/透过从所述发光 装置射出的光的光扩散部件。本发明的显示装置采用的结构包括上述面光源装置以及照射来自所述面光源装 置的光的被照明部件。根据本发明，能够使从发光元件射出的光中的、射入光束控制部件的背面的光散 射。其结果，能够抑制照度不均，使照射来自光束控制部件的光的被照射面的照度均勻，能 够获得高品质的照明质量。


图1是示意地表示以往的将LED作为光源的面光源装置的图。图2表示以往的显示装置的结构图。图3是用于说明本发明的基本原理的图。图4是本发明实施方式1的构成显示装置的面光源装置的俯视图。图5是沿图4的Xl-Xl线剖开而示出的显示装置的剖面图。图6是表示本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的详细结构的图。图7是表示本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的详细结构的图。图8是表示本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的详细结构的图。图9是切取本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面的一部分而示 意地表示格子状凸部的结构的立体图。图10是用于说明在本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面形成 了格子状凸部的光束控制部件的作用的图。图11是用于说明本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面为平滑 面的光束控制部件的作用的图。图12是表示本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的照射面的光的照 度分布的图。图13是用于说明在本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面形成 的凸部的图。图14是用于说明在本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面形成的凸部与散射光的图。图15是用于说明在本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面形成 的凸部与散射光的图。图16是用于说明在本发明实施方式1的面光源装置的光束控制部件的背面形成 的凸部与散射光的图。图17是本发明实施方式2的发光装置的光束控制部件的剖面图。图18是切取本发明实施方式2的发光装置的背面的一部分而示意地表示格子状 凸部的结构的立体图。图19是本发明实施方式3的发光装置的光束控制部件的剖面图。图20是用于说明在本发明实施方式3的发光装置的光束控制部件的背面使光被 回射(retroreflect)的情形的图。图21是用于说明在本发明实施方式3的发光装置的光束控制部件的背面使光被 回射的情形的图。图22是表示为了验证本发明实施方式3的发光装置的效果进行了模拟的结果的 图。图23是表示本发明实施方式3的发光装置的光束控制部件的变形例的图。图24是本发明实施方式4的发光装置的光束控制部件的剖面图。图25是切取本发明实施方式5的发光装置的变形例1的光束控制部件的背面的 一部分而示意地表示格子状凹凸部的结构的图。图26是切取本发明实施方式5的发光装置的变形例2的光束控制部件的背面的 一部分而示意地表示格子状凹部的结构的图。图27是切取本发明实施方式5的发光装置的变形例3的光束控制部件的背面的 一部分而示意地表示格子状凹凸部的结构的图。附图标记说明1 面光源装置；2 光扩散部件；3 发光元件；4、40、50 光束控制部件；5 发光装 置；6 显示装置；7 被照明部件；11 光控制射出面；12 背面；13、43、53、73、93 格子状凸 部；13a，13b，43a、43b、53a、53b、73a、73b、73c、93a 凸部；14 凹处；15 凸缘；16 脚；18 基板；43c 凹凸面；63,83,103 格子状凹部；63a、83a、83b、83c、103a 凹部；93a 棱线。
具体实施例方式下面，参照附图具体说明本发明的实施方式。(原理说明)说明本发明的基本想法。图3是用于说明本发明的基本原理的图。以往，未考虑从光束控制部件的背面射入的光。根据本发明人的实验明确了下述 事实，即，若从光束控制部件的背面这样的光射入到光束控制部件内部，则光束控制部件将 该光聚光而射出，由此在被照射面产生照度不均。但是，已认识到，仅使光束控制部件的背 面为粗糙面，无法防止照度不均的产生。因此，本发明人发现了下述结构，即为了使从发光元件射入到光束控制部件的背面的光散射，在光束控制部件的背面格子状地形成多个凸部或多个凹部。该结构具有下面 的特征。图3表示作为配置光束控制部件时的基准的座标轴。在XYZ正交座标的原点0上 配置发光元件的射出面上的一点即发光点，在远离原点0的与XY平面平行的面S上以光束 控制部件的基准光轴与Z轴一致的方式配置光束控制部件的背面。另外，在将光束控制部 件的基准光轴与面S的交点设为点PO时，将以原点为0为顶点的假想锥形的锥面与所述面 S之间的交线上的点Pl和以Z轴为旋转轴将点Pl旋转θ 1 = 45度所得的点Ρ2设为从原 点0射出的光的射入点。例如，如果在光束控制部件的背面以沿与线PO-Pl正交的方向棱 线延伸的方式格子状地形成多个线条状的凸部(条状突起)或线条状的凹部(沟槽)，则能 够使从原点0射出的光向不同的方向折射。另外，从点Pl射入的光到达与面S平行的被照 射面S’的点的、距基准光轴的距离Ll与从点Ρ2射入的光到达被照射面S’的点的、距基准 光轴的距离L2不同。由此，能够抑制在被照射面上产生圆环状的特别的亮部。(实施方式1)[面光源装置的整体形状]图4是基于上述想法的、实施方式1所涉及的构成显示装置的面光源装置的俯视 图。另外，在图4中未图示液晶显示板等被照明部件。图5是沿Xl-Xl线剖开图4的显示 装置所得的剖面图。另外，本实施方式的面光源装置是适用于液晶显示板的例子。如图4所示，面光源装置1包括板状的光扩散部件2、作为点状光源的发光元件 3以及光束控制部件4。光扩散部件2配置在液晶显示板等被照明部件的背面，与被照明部 件大致为相同的形状。多个发光元件3以大致等间隔的间距P配置在光扩散部件2的背面 一侧。光束控制部件4控制从发光元件3射出的光束的行进方向。上述发光元件3和光束控制部件4构成发光装置5。如图5所示，显示装置6由面光源装置1和配置在光扩散部件2的射出面8 (与背 面9相反侧的面)的被照明部件7构成。通过透光性优良的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或PC(聚碳酸酯)等树脂材料形成 薄片状或平板形状的光扩散部件2。光扩散部件2形成为与液晶显示板、广告显示板、标识 显示板等被照明部件的平面形状大致相同的大小。在光扩散部件2的表面形成细微的凹凸(棱镜状突起、由压纹加工或微珠涂层的 扩散处理形成的凹凸)、或者在光扩散部件2的内部混入扩散材料。通过该加工，光扩散部件2使从光束控制部件4的光控制射出面11 (参照图6)射 出的光在透过的同时扩散，从而使照射到被照明部件上的光变得均勻。发光元件3例如为LED。发光元件3矩阵状地配置在光扩散部件2的背面侧。光束控制部件4是控制从发光元件3射出的光的行进方向的扩散透镜，例如为非 球面透镜。光束控制部件4例如由PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PC (聚碳酸酯)、EP(环氧树 脂)等透明树脂材料或透明玻璃形成。[光束控制部件4的整体形状]图6至图8是表示上述光束控制部件4的详细结构的图。图6是上述光束控制部 件4的俯视图，图7的(a)是图6的A-A’箭头方向剖面图，图7的(b)是图7的(a)的C 部放大图，图8是上述光束控制部件4的仰视图。
图7是用于说明包含发光元件3的基准光轴L的光束控制部件4的形状的图。基 准光轴L是指作为光束的代表的假想的光线且从发光元件3射出的立体光束的中心的光的 行进方向。在本实施方式中说明，发光元件3的光轴(发光元件3的光学的中心轴)与基 准光轴L 一致的情况的例子。如图6至图8所示，光束控制部件4包括光控制射出面11、背面12以及凹处14。 光控制射出面11控制从发光元件3射出并射入到光束控制部件4的内部的光在射出时的 射出方向。凹处14使主光线射入到其内部，所述主光线为从发光元件3射出的光中的、对 于基准光轴方向在规定的角度的范围内射出的光。背面12从凹处14的开口边缘部沿径向 延伸且使副光线射入到其内部，所述副光线为相对于基准光轴以较大的角度从发光元件3 射出的、除了上述主光线以外的光。在背面12形成格子状凸部13，该格子状凸部13使从发 光元件3射入到光束控制部件4的背面12的光散射。另外，光束控制部件4包括朝向光控制射出面11的径向外侧突起的大致圆环状 的凸缘15、用于在将光束控制部件4定位于基板18 (参照图5)的状态下安装到基板18的 圆杆状的脚16以及用于引导脚16的定位的突起17。如图7的(a)所示，光控制射出面11朝向凸缘15的上方(光扩散部件2—侧)突起。在凸缘15的内周面的同心圆周上等间隔地形成三个脚16。突起17形成为与三个 脚16位置对应，并朝向凸缘15的径向外侧突起。通过在光束控制部件4定位于基板18的状态下，将脚16粘接到基板18的表面 18a(参照图5)，由此将光束控制部件4安装到基板18。在将光束控制部件4安装到基板18时，在发光元件3的发光面与光束控制部件4 的背面12 (基准面)之间形成间隙ε (参照图5)。作为形成间隙ε的理由例如有消极的 理由和积极的理由，所述消极的理由为由于以在凹处14收纳发光元件3的方式将光束控制 部件4载放在基板18上时的安装误差，所述积极的理由为使从发光元件3产生的热散热的 目的等。[光束控制部件4的光控制射出面11]光束控制部件4的光控制射出面11由以光轴L为中心的位于规定范围的第一射 出面11a、与第一射出面Ila的周围邻接地形成的第二射出面lib以及连接第二射出面lib 和凸缘15的第三射出面11c。如图7的(a)所示，第一射出面Ila是向下凸出的光滑的曲面形状，形成为切取了 球的一部分的凹陷形状。另外，第二射出面lib与第一射出面Ila邻接地形成且为向上凸 出的光滑的曲面形状，并且形成的第二射出面lib的平面形状形为包围第一射出面Ila的 大致中空圆盘形状。另外，第三射出面Ilc与第二射出面lib邻接地形成，并且形成的第三 射出面Ilc的剖面大致呈直线状的倾斜面。另外，只要第三射出面Ilc不是妨碍从光束控 制部件4的宽范围且均勻的射出的形状，也就可以形成为曲线状。[光束控制部件4的格子状凸部13]如上所述，光束控制部件4在基板18上由脚16支撑，在光束控制部件4的背面12 与发光元件3的发光面之间形成以散热等为目的的间隙ε。由于形成了该间隔ε，从发光 元件3的发光面射出的光的一部分经由光束控制部件4的背面12射入到光束控制部件4内部。在背面12为平滑面时，到达光束控制部件4的背面12即透镜底面的光被折射成偏 向基准光轴L而射入到光束控制部件4内部，并从光控制射出面11射出。该射出光不是由 光束控制部件4能够控制成光滑地扩散而射出的光，其经由平滑的背面12和光控制射出面 11而无意间被聚光，在被照射面生成圆环状的亮部而造成照度不均(通过图12的(b)在后 面叙述)。本实施方式为在光束控制部件4的背面12形成格子状凸部13，通过格子状凸部 13使射入到光束控制部件4的背面12的光散射。也就是说，从背面12上的任意的光射入 点Pl射入的光线与从以基准光轴L为旋转轴使该光射入点旋转45度所得的光射入点P2 射入的光线，对于各个光射入点的背面12上的法线的角度不同。因此，通过从将基准光轴 L作为旋转轴使光射入点Pl旋转360度所得的轨迹上的各点射入的光而获得的被照射部 (到达被照射面的光在被照射面上描绘的轨迹)不是圆环状，散射在宽范围内。另外，格子状凸部13的各线条的形状只要是能够使射入光束控制部件4的背面12 的光充分地散射的形状即可，与条状突起的延伸的方向正交的剖面形状可以为三角形状、 在顶部去角取弧所得的三角形状、半圆形状，还可以对这些线条间的沟槽部附加圆弧形状。 另外，若考虑从模具转印光束控制部件4的转印性，优选格子状凸部13的各个突起部为曲 面，但出于不使光向光轴方向折射的目的优选剖面为三角形状。另外，根据本发明人的实验 明确了下述事实，即为了使射入光束控制部件4的背面12的光充分地散射，优选格子状地 配置凸部。如图7的(a)和图8所示，在光束控制部件4的背面12形成格子状凸部13。格子 状凸部13的特征分别在于(1)其为凸部；(2)其为格子状。(1)凸部如图7的(b)所示，将从光束控制部件4的背面12朝外突出的多个线条状的凸部 13a以这些凸部13a的棱线平行的方式进行排列，而且将与这些凸部13a正交的多个线条状 的凸部13b (参照在后面叙述的图9)以这些凸部13b的棱线平行的方式进行排列，由此形 成格子状凸部13。与线条的延伸方向正交的凸部13a的剖面形状为近似于半圆的形状，并 且为对顶部以R形状去角(chamfer)的三角形状。例如，凸部13a的底面长度为0. 5mm，形 成线条的倾斜面的底角为45°，顶端的R为0.2mm。凸部13a的倾斜角度可以小于45°，但 出于使射入光束控制部件4的背面12的光散射的目的，优选凸部13a的倾斜角度为45°以 上。格子状凸部13形成在光束控制部件4的背面12，该格子状凸部13与光束控制部 件4主体利用PMMA、PC、EP等透明树脂材料并由模具进行转印而一体地形成。因此，在凸部 13a的倾斜角度较大时，为了在成形时获得所需转印精度，需要将树脂和模具设为高温使得 容易进行转印，或者为了抑制凹陷及缩痕，需要充分地进行保压，所以在冷却时间和保压时 间上需要时间，有可能造成成本增加。在本实施方式中，通过使凸部13a的剖面形状为大致半圆形，格子状凸部13能够 使射入到光束控制部件4的背面12的光充分地散射，而且能够在形成光束控制部件4时使 模具的转印变得容易，从而降低制造成本。(2)格子状如图8所示，通过上述多个凸部13a和与其正交的凸部13b形成格子状凸部13 (参照后面叙述的图9)。这里，格子状凸部13从光束控制部件4的背面12的中心朝向外周面 而设置在规定区域即可。在图8中，直至脚16的大致内周面为止形成格子状凸部13。也可 以在光束控制部件4的背面12的整个面上形成格子状凸部13。图9是切取格子状凸部13的一部分而示意地表示其结构的立体图。如图9所示，通过使剖面形状为大致半圆形的多个凸部13a和多个凸部13b格子 状地正交，形成格子状凸部13。通过格子状地形成凸部，在将以发光元件3的发光面上的 一点为顶点的与基准光轴L对称的圆锥假定配置为该圆锥的底面与光束控制部件4的背面 12重叠的情况下，连接从圆锥顶点射出并沿锥面行进的光线与背面12之间的交点所得的 形状与圆锥底面的周边形状(圆形状)一致。但是，经由这些交点后射出光束控制部件4的 光线与被照明部件7之间的交点在被照明部件7的被照射面上形成的形状不是圆形状。因 此，对纵向和横向中的任一方向，都能够使射入到光束控制部件4的背面12的光散射。另 一方面，若不是格子状地形成而是自中心放射状地形成上述凸部，或者相隔均等间隔地形 成圆锥状的突起，则反而有时导致在被照射面上产生具有规则性的强聚光图案，从而有可 能光聚光在被照射面上的狭窄范围内而产生异常的亮部。另外，明确了下述事实，S卩，若格子状地形成凸部，则与背面12平滑时的情况相比 亮部的照度值也较低。这样，若格子状地形成凸部，则能够容易地加工以注射成型等转印足 以使光散射的形状所需的模具，从而能够降低制造成本。[光束控制部件4的作用]以下，说明上述那样构成的光束控制部件4的作用。图10是用于说明在光束控制部件4的背面12形成了格子状凸部13的光束控制 部件4的作用的图。图11是用于说明光束控制部件4的背面12为平滑面(即，没有形成 格子状凸部13的平滑面)的光束控制部件4的作用的图。图12是表示由从光束控制部件 4射出的光照射的照射面的光的照度分布的图，并且是光扩散部件2的背面(被照射面)的 照度分布。图12的(a)表示由从形成了图10的格子状凸部13的光束控制部件4照射的 光照射的被照射面上的照度分布，图12的(b)示出由从图11的背面12为平滑面的光束控 制部件4照射的光照射的被照射面上的照度分布作为本实施方式1的比较例。纵轴和横轴 表示距发光装置5的基准光轴L的尺寸。首先，如图10和图11所示，从发光元件3射出的光中的、半光强角(half intensity angular)的范围内的光的大部分从凹处14射入到光束控制部件4，并在光束控 制部件4的内部传播后，按照斯涅尔定律从第一射出面Ila至第三射出面Ilc射出到外部 (空气中)。此时，从光束控制部件4射出的光束朝向照射范围内平滑地扩散。然而，由于在光束控制部件4的背面12和基板18 (参照图5)之间形成了间隙ε， 所以从发光元件3的发光面光进入该间隙ε，并且进入的光从光束控制部件4的背面12射 入到光束控制部件4内部。如图11所示，在光束控制部件4的背面12为平滑面时，即没有在光束控制部件4 形成格子状凸部13时，射入到光束控制部件4的背面12 (透镜底面)的光以折射成偏向基 准光轴L的状态在光束控制部件4内行进，并从第二射出面lib和第三射出面Ilc射出。其 结果，通过至光束控制部件4的射入面中的折射和光束控制部件4的凸透镜状的射出面中 的聚光，在被照射面上产生光的聚光后的部分(亮部)比其他部分明亮且圆环状地发光的圆环状的照度不均21。能够从光扩散部件2的射出面侧看出圆环状的照度不均21，从而使 照明质量降低。与此相对，本实施方式通过在光束控制部件4的背面12形成格子状凸部13，使射 入到光束控制部件4的背面12的光散射。如图10所示，在光束控制部件4的背面12形成格子状凸部13时，通过格子状凸 部13使光散射，所以射入到光束控制部件4的底面12 (透镜底面)的光从光束控制部件4 朝向被照射面的宽范围射出而没有偏向基准光轴L地聚光。其结果，如图12的(a)所示， 大幅度降低被照射面上的照度不均22。在图12的(a)中，为了说明的方便，表示为照度不 均22，但实际上该光的强度差较小且为不必称为照度不均22的良好等级。而且，照度不均 22相对于图12的(b)的圆环状的照度不均21不仅光的强度差被抑制得非常小，而且如图 12的(a)所示亮部呈离散的形状，所以光集中的部分(亮部)分散，成为更不显眼的状态的 照度不均。另外，图12的(a)的照度不均22的形状为离散的十字形状是由于将格子状凸 部13设为正方格子所致的。然而，考虑如果能够使从光束控制部件4的背面12射入的光的光路散乱，则能够 获得与本实施方式同样的效果。但是，根据本发明人的实验等明确了下述事实，即有时仅通 过扩散面难以获得充分的效果。作为扩散光的通常方法，考虑在光束控制部件4的背面12形成粗糙面。通过对 作为光束控制部件4的模具的面进行蚀刻处理并使其表面变得粗糙，能够容易地制作粗糙图13是用于说明在光束控制部件4的背面12形成的凹部的图。图13的(a)表 示格子状凹部13的凹部。而且，图13的(b)表示进行了粗糙面处理的背面12。而且，图 13的(c)表示用于形成粗糙面的进行了粗糙处理的模具表面和转印了其形状的背面12。如图13的(c)所示，在使用了通常的蚀刻剂的粗糙面处理中，由模具形成的转印 面31非常精细(单位为μ级)。即使对光束控制部件4的背面12进行这样的精细加工处 理，也无法使射入的光充分地散射。但是，对本实施方式的格子状凸部13进一步附加这样 的细微的凹凸，发挥更加扩散光的效果。关于此点，通过实施方式2在后面叙述。另外，在由模具的转印面32通过注射成型等而转印形成光束控制部件4时，若树 脂和模具的温度设定和保压的实施方式不适当，则如图13的(c)所示，光束控制部件4的 背面12形成比模具的转印面32的细微的凹凸更光滑的凹凸的加工面31，从而无法充分地 使射入光散射。如果想要通过模具的转印面32进行精度更高的转印，则成形周期变长，需 要较多的时间和调节，从而成本上升。另外，通过使用了特殊蚀刻剂或锉刀等的粗糙面处理，只要将图13的(b)的粗糙 面33的高度d设为图13的(a)的格子状凸部13的凸部13a左右，则能够使射入的光散射。 但是，本发明人发现，这样的粗糙面处理除了成本上升以外，还有下面的缺点。也就是说，对 于需要通过光束控制部件4的背面12的粗糙面处理而在粗糙面33的一个凸部获得充分量 的高低差d，若稍微缩短图13的(b)所示的粗糙面33的成形周期则转印不充分，无法获得 所需量的高低差d。在这样的没有获得充分的高低差d的粗糙面33中，基于与光束控制部 件4的背面12为平滑面时同样的理由，从发光元件3的发光面照射的光在光束控制部件4 的背面12(透镜底面)中折射成偏向基准光轴L。因此，在该光从光束控制部件4射出后，在被照射面上聚光，产生照度不均。如上所述，在通常的粗糙面处理中，无法使从光束控制部件4的背面12射入的光 的光路充分散乱。在用于通常的用途的粗糙面处理中，即使能够形成凸部，但从光学的角度 来看时，仍产生与背面12为平滑面时同样的照度不均。因此，如图13的(a)所示，在本实施方式中，在光束控制部件4的背面12高精度 地形成格子状凸部13，而不是使用了蚀刻剂或锉刀等的、形成高低差较小的处理面的粗糙 面加工。[凸部和散射光的说明]图14至图16是用于说明在光束控制部件4的背面12形成的凸部13a和射入到 该凸部13a的光的散射光。图14的(a)是表示从背面12侧所见的凸部13a以与XYZ正交 座标轴的X轴平行的方式形成在光束控制部件4的背面12时的射入背面12的光线方向的 图。另外，图14的(b)示意地表示从侧面(X轴方向)所见的图14的(a)的形状。图15 的(a)表示从与图14的(a)所示的光束控制部件4的背面12的凸部13a正交方向射入到 该凸部13a的光线方向。另外，图15的(b)表示从正交方向射入的光线受到的、光束控制 部件4的背面12的凸部13a的作用。图16的(a)表示对光束控制部件4的背面12的凸 部13a从斜角45°方向射入的光线方向。另外，图16的(b)表示从斜角45°方向射入的 光线受到的、光束控制部件4的背面12的凸部13a的作用。另外，图15的(b)所示的光线 中的一光线与所述图3中的线0-P1所示的光线一致，图16的(b)所示的光线中的一光线 与所述图3中的线0-P2所示的光线一致。如图14的(b)所示，在光束控制部件4的背面12形成凸部13a。如图14的(a) 所示，取与凸部13a平行的光线方向x和与凸部13a正交的光线方向。如图15的(a)所示，从与光束控制部件4的背面12的凸部13a正交方向光射入 到该凸部13a时，如图15的(b)所示，射入到凸部13a的光的射入角度参差不齐。因此，射 入到光束控制部件4的背面12 (透镜底面)的光作为散射光从光束控制部件4的光控制射 出面11射出而不聚光。如图16的(a)所示，从斜角45°方向射入到光束控制部件4的背面12的凸部13a 的情况也一样，如图16的(b)所示，射入到凸部13a的光的射入角度参差不齐。另外，由于 对凸部13a带角度(此时为斜角45° )地射入光，所以在图16的(b)的图纸中的高度以 及深度方向上光的射入角度也参差不齐。因此，射入到光束控制部件4的背面12 (透镜底 面)的光作为散射光从光束控制部件4的光控制射出面11射出而不聚光。如以上详细的说明，在本实施方式中，在光束控制部件4的背面12形成了格子状 凸部13，该格子状凸部13由使从发光元件3射入到光束控制部件4的背面的光散射的多个 线条状的凸部构成。由此，射入到光束控制部件4的背面12 (透镜底面)的光散射而不聚 光，并从光控制射出面11朝向被照射面上的宽范围射出。其结果，如图12的(a)所示，在 被照射面中，能够抑制照度不均，使照度均勻，并获得高质量的照明质量另外，本实施方式在将光束控制部件4安装到基板18时，在发光元件3的发光面 和光束控制部件4的背面12之间形成间隙￡的情况下，抑制射入到光束控制部件4的背 面12(透镜底面)的光的偏向基准光轴L的聚光。这样，本实施方式容许在发光元件3的发 光面和光束控制部件4的背面12之间形成的间隙e，所以不要求过度的安装精度。因此，
11本实施方式不需要使用将发光元件3小型化至可收纳于凹处14内的大小的高价部件等，能 够使用通用的部件，从而能够降低成本。基于同样的理由，本实施方式在光束控制部件4的背面12的整个区域可能成为射 入面的情况下也能够获得高品质的照明质量。另外，本实施方式在即使将光束控制部件配 置在距发光元件规定尺寸的位置也能够获得高品质的照射面，并且能够抑制起因于发光元 件发出的热的恶劣影响。(实施方式2)[光束控制部件的整体形状]图17是实施方式2的发光装置的光束控制部件的剖面图。图17的(a)是光束控 制部件的剖面图，图17的(b)是图17的(a)所示的C部的放大图。另外，在图17中，对于 与图7共同的结构部分附加相同的标号，并省略其说明。使用光束控制部件40代替图4至图11的光束控制部件4。图17的(a)所示的光束控制部件40与图7的(a)所示的光束控制部件4比较， 格子状凸部43的形状与格子状凸部13的形状不同。格子状凸部43形成在光束控制部件40的背面12，该格子状凸部43与光束控制部 件40主体利用PMMA、PC、EP等透明树脂材料并由模具进行转印而一体地形成。如图17的(b)和图18所示，排列从光束控制部件40的背面12朝外突出的多个 线条状的凸部43a以使这些凸部43a的棱线平行，而且排列与这些凸部43a正交的多个线 条状的凸部43b以使这些凸部43b的棱线平行，由此形成格子状凸部43。而且，在相邻的凸 部43a与凸部43a、凸部43b与凸部43b之间形成凹部。凸部43a和凸部43b的表面形成了 细微的凹凸面43c。图18是切取格子状凸部43的一部分而示意地表示格子状凸部的结构的立体图， 并且是与图9对应的图。如图18所示，通过使剖面形状为大致半圆形的多个凸部43a和多个凸部43b正 交，形成格子状凸部43。因此，通过格子状地形成凸部，对纵向和横向的任一方向，都能够使 射入光束控制部件40的背面12的光散射。凸部43a的剖面形状近似于半圆的形状。例如，凸部43a的底面长度为0. 5mm，底 角为45°，顶端的R为0.2mm。可以为使凸部43a的倾斜角度为45°以上或小于45°的形 状。出于适当使射入光束控制部件40的背面12的光散射的目的，优选凸部43a的倾斜角 度为45°以上。细微的凹凸面43c是形成在凸部43a的表面的70 iim左右的粗糙面。通过对形成 了凸部43a的模具进行蚀刻处理并使其粗糙，制作细微的凹凸面43c。这样，根据本实施方式，通过在光束控制部件40的背面12形成格子状凸部43，能 够使射入光束控制部件40的背面12的光适当地散射，并且通过在凸部43a和凸部43b的 表面形成细微的凹凸面43c，能够提高散射性能，更加抑制照度不均。(实施方式3)[光束控制部件的整体形状]在上述实施方式1和2中说明了通过在光束控制部件4(40)的背面12设置格子 状凸部13 (43)，使射入背面12的光散射的发明。
本发明人发现，通过进一步改良格子状凸部13的形状，还获得能够回射由光扩散 部件2反射的光以及增大该回射的光的量的效果。在实施方式3中，说明用于使回射的光的量增大的、格子状凸部13的形状的发明。图19是本实施方式的发光装置的光束控制部件的剖面图。图19的(a)是光束控 制部件的整体剖面图，图19的(b)是图19的(a)所示的C部的放大图。另外，在图19中， 对于与图7共同的结构部分附加相同的标号，并省略其说明。使用光束控制部件50代替图4至图11的光束控制部件4。图19的(a)所示的光束控制部件50与图7的(a)所示的光束控制部件4比较， 格子状凸部53的形状与格子状凸部13的形状不同。格子状凸部53形成在光束控制部件50的背面12，该格子状凸部53与光束控制部 件50主体利用PMMA、PC、EP等透明树脂材料并由模具进行转印而一体地形成。如图19的(b)所示，通过排列从光束控制部件50的背面12朝外突出的多个线条 状的凸部53a以使这些凸部53a的棱线平行，并排列与这些凸部53a正交的多个线条状的 凸部53b以使这些凸部53b的棱线平行，由此形成格子状凸部53。而且，在相邻的凸部53a 与凸部53a、凸部53b与凸部53b之间形成四角锥的凹部。与线条的延伸方向正交的凸部 53a、凸部53b的剖面形状为等腰三角形。另外，格子状凸部53可以从光束控制部件50的背面12的中心朝向外周面而设置 在规定区域，也可以形成在光束控制部件50的背面12的整个面上。[格子状凸部53的凸部53a和回射光的说明]从光束控制部件50的光控制射出面11射出的光的一部分没有透过光扩散部件 2(参照图5)而由光扩散部件2反射。由光扩散部件2反射的光的一部分射入光控制射出 面11。如图19所示，通过使形成的格子状凸部53的凸部53a的剖面形状为等腰三角形， 射入光控制射出面11的光由凸部53a回射而再次从光控制射出面11射出。图20和图21是用于说明由光扩散部件2反射而射入光控制射出面11的光通过凸 部53a被回射的情况的图。图20表示底面(基准面)与角锥面的夹角即倾斜角e为45° 的情况，图21表示倾斜角e为55°的情况。另夕卜，图20的(b)是图20的(a)的C部的放 大图，图21的(b)是图21的(a)的C部的放大图。如图20所示，在e = 45°时，从与基准面垂直的方向射入光控制射出面11的光 54的一部分在一个凸部53a内全反射而再次从光控制射出面11射出。另一方面，如图21所示，在0 =55°时，从与基准面垂直的方向射入光控制射出 面11的光54的一部分在多个凸部53a之间反射和折射的同时通过，并且再次从光控制射 出面11射出。在一个凸部53a内全发射的光的一方比在多个凸部53a之间反射和折射的同时通 过并射出的光明亮。也就是说，回射的光的量较多。但是，在e =45°时，从与基准面垂直的方向以外的方向射入的光中也有在多个 凸部53a之间反射和折射的同时通过并射出的光。因此，不能笼统地说在9 =45°时回射 的光的量最多。[模拟结果]
因此，本发明人为了验证本实施方式的效果，对倾斜角e和回射的光的量之间的 关系进行了模拟。图22是表示该模拟结果的图。图22的横轴表示倾斜角0。另外，图22的纵轴表示到达基板18的表面18a(受 光面)的光量的、相对于倾斜角为0° (背面12为平面)时的比例。也就是说，图22的纵轴的值越小，回射的光的量越多。如图22所示，通过模拟明 确了，在倾斜角e大致为55°时，回射的光的量最多。[变形例]另外，如上述图10所示，距发光元件3越近，射入背面12的光的量越多。因此，如图23所示，可以在距背面12的中心规定距离的区域55内进行主要以使 光散射为目的的加工(凹凸加工等)，在背面12的其他区域56进行主要以回射为目的加工 (设置格子状凸部53)。这样，在来自发光元件3的光容易射入的凹处14的周边附近的区 域55(内侧区域)形成光散射部，在背面12上的远离凹处14的区域即来自发光元件3的 光难以到达的区域56 (外侧区域)形成回射部，由此能够有效地发挥光散射和回射的两个 功能。如上所述，根据本实施方式，通过在光束控制部件50的背面12由剖面形状为等腰 三角形的凸部53a、凸部53b形成格子状凸部53，使光扩散部件2所反射的光回射而再次照 射到光扩散部件2，由此对其进行有效利用，所以能够减少显示面上的亮度的下降量。另外，为了减少显示面上的亮度的下降量，有时在显示装置的基板18的表面18a 上设置反射板。根据本实施方式，由光束控制部件50回射的光透过光扩散部件2而照射到 显示面(被照射面)，所以即使不在基板18的、发光装置5的下面部分设置反射板，也能够 抑制显示面的亮度不均，获得高品质的照明质量。(实施方式4)在实施方式4中，说明在光束控制部件的背面格子状地形成多个凹部的情况。图24是本实施方式的发光装置的光束控制部件的剖面图。图24的(a)是光束控 制部件的整体剖面图，图24的(b)是图24的(a)所示的C部的放大图。另外，在图24中， 对于与图19共同的结构部分附加相同的标号，并省略其说明。使用光束控制部件60代替图19至图23的光束控制部件50。图24的(a)所示的光束控制部件60与图19的(a)所示的光束控制部件50比较， 不同点在于，形成格子状凹部63代替格子状凸部53。形成凹部63a代替光束控制部件50 的凸部53a，形成凹部63b代替凸部53b。在光束控制部件60的背面12排列多个凹条的凹部63a以使该凹部63a的棱线平 行，并排列与该凹部63a正交的多个凹条的凹部63b以使该凹部63b的棱线平行，由此形成 格子状凹部63。而且，在相邻的凹部63a与凹部63a、凹部63b与凹部63b之间形成四角锥 的凸部63c。从光束控制部件60的背面12朝外突出的多个四角锥的凸部63c与光束控制部件 60主体利用PMMA、PC、EP等透明树脂材料并由模具进行转印而一体地形成。另外，格子状凹部63可以从光束控制部件60的背面12的中心朝向外周面而设置 在规定区域，也可以形成在光束控制部件60的背面12的整个面上。根据本实施方式，也能够使从发光元件射入光束控制部件的背面的光散射。
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(实施方式5)在上述各个实施方式中，在光束控制部件的背面正方格子状地形成多个凹部或多 个凸部的情况，但本发明并不限于此，也可以三角格子状或六角格子状地形成多个凹部或 多个凸部。在实施方式5中，说明在光束控制部件的背面三角格子状或六角格子状地形成多 个凹部或多个凸部的情况。[变形例1]本实施方式的变形例1是在光束控制部件的背面三角格子状地形成多个凸部的 情况。图25是切取本实施方式的发光装置的变形例1的光束控制部件的背面的一部分而 示意地表示格子状凹部的结构的图。图25的(a)是立体图，图25的(b)是仰视图，图25 的(c)是侧视图。如图25所示，通过排列从光束控制部件的背面朝外突出的多个线条状的凸部 73a,排列多个凸部73b以使其与凸部73a成60度角，并排列凸部73c以使其与凸部73a和 凸部73b成60度角，由此形成格子状凸部73。而且，在由凸部73a、凸部73b以及凸部73c 包围的部分形成三角锥的凹部。与线条的延伸方向正交的凸部73a、凸部73b以及凸部73c 的剖面形状为等腰三角形。[变形例2]本实施方式的变形例2是在光束控制部件的背面三角格子状地形成多个凹部的 情况。图26是切取本实施方式的发光装置的变形例2的光束控制部件的背面的一部分而 示意地表示格子状凹部的结构的图。图26的(a)是立体图，图26的(b)是仰视图，图26 的(c)是侧视图。如图26所示，在格子状凹部83形成从光束控制部件的背面朝外突出的多个三角 锥的凸部83d。在多个凹条的凹部83a、多个凹部83b以及多个凹部83c以60度相交而形 成的三角格子中，在凹部83a、凹部83b以及凹部83c包围的部分形成该三角锥的凸部83d。[变形例3]本实施方式的变形例3是在光束控制部件的背面六角格子状地形成多个凸部的 情况。图27是切取本实施方式的发光装置的变形例3的光束控制部件的背面的一部分而 示意地表示格子状凹部的结构的仰视图。如图27所示，通过在光束控制部件的背面六角格子状地排列六边形的棱线(图27 的粗线凸部93a)，形成格子状凸部93。而且，形成由六边形的凸部93a包围的六角锥的凹部。[变形例4]本实施方式的变形例4是在光束控制部件的背面六角格子状地形成多个凹部的 情况。变形例4的光束控制部件为形成六边形的沟槽(图27的粗线凹部103a)来代替所 述变形例3中的六边形的凸部93a。通过在光束控制部件的背面六角格子状地排列六边形的沟槽(凹部)103a，形成 格子状凹部103a。而且，形成由六边形的凹部103a包围的六角锥的凸部。在本实施方式的各个变形例中，也能够使从发光元件射入光束控制部件的背面的 光散射。
另外，如实施方式1、实施方式2、实施方式3以及实施方式5中的变形例1那样， 在制品(光束控制部件)中形成线条的情况下，模具的加工较容易。上述的说明是本发明的最佳实施方式的例证，但本发明的范围并不限于此。例如，光扩散部件可以安装在被照明部件的发光元件一侧的面上，或者在与被照 明部件分离的状态下，配置在与被照明部件的发光元件相对的面一侧。另外，光束控制部件也可以在光控制射出面上形成凹凸面，使从光控制射出面射 出的光扩散。另外，光束控制部件也可以由包含光扩散物质(例如，硅粒子或氧化钛)的材料形 成。另外，在上述各个实施方式中，使用了发光装置、面光源装置以及显示装置等名 称，但这是为了说明的方便，也可以称为平面光源、显示元件等。工业实用性本发明的发光装置、面光源装置以及显示装置能够用于电视监视器、个人计算机 的监视器的背光、室内显示灯或各种照明等用途。
权利要求
1.一种发光装置，包括发光元件，其排列在基板上，并射出光；以及光束控制部件，其具有对从所述发光元件射出的光的行进方向进行控制的光控制射出 面、使主光线射入内部的凹处以及从所述凹处的开口边缘沿径向延伸且使副光线射入内部 的背面，其中，所述主光线是相对于从所述发光元件射出的立体光束的中心轴即基准光轴 在规定的角度的范围内射出的光，所述副光线是从所述发光元件射出的除了所述主光线以 外的光，在所述光束控制部件的背面形成格子状地配置了多个线条状的凸部所得到的格子状 凸部或格子状地配置了多个线条状的凹部所得到的格子状凹部。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述格子为正方格子。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述格子为三角格子。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述格子为六角格子。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述格子状凸部或所述格子状凹部与所述光 束控制部件的背面一体成形。
6.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述线条状的凸部或所述线条状的凹部的与 线条的延伸方向正交的剖面形状为三角形状、对顶部去角取弧所得的三角形状或者半圆形 状。
7.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述线条状的凸部的线条间的沟槽部具有圆 弧形状。
8.如权利要求1所述的发光装置，其中，对所述线条状的凸部或所述线条状的凹部进 行粗糙面加工。
9.如权利要求1所述的发光装置，其中，所述线条状的凸部的与突出方向正交的剖面 形状为三角形状，并且所述线条状的凸部的底边与其他边所成的角度即倾斜角大致为55度。
10.一种面光源装置，包括权利要求1所述的发光装置以及使从所述发光装置射出的光扩散并透过的光扩散部件。
11.一种显示装置，包括权利要求10所述的面光源装置以及被来自所述面光源装置的光照射的被照明部件。
全文摘要
能够防止照度不均发生的发光装置、面光源装置以及显示装置。该发光装置(5)包括射出光的发光元件(3)以及控制从发光元件(3)射出的光的行进方向的光束控制部件(4)，在光束控制部件(4)的背面(12)(透镜底面)形成多个格子状凸部(13)。射入光束控制部件(4)的背面(12)的光的射入角度因格子状凸部(13)而不均匀。因此，从背面(12)射入的光散射而不聚光，并从光束控制部件(4)射出。面光源装置(1)以及显示装置(6)包括该发光装置(5)。
文档编号F21Y105/00GK102003638SQ201010154198
公开日2011年4月6日 申请日期2010年4月23日 优先权日2009年4月27日
发明者山口昌南, 福田康幸 申请人:恩普乐股份有限公司