专利名称：面光源装置、照明单元及光束控制构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种面光源装置、照明单元以及光束控制构件，适用于例如，在液晶显示板的背光照明用的面光源装置、将该面光源装置作为照明机构使用的照明单元、以及在这些面光源装置或照明单元上采用的光束控制构件上。更具体地说，本发明的面光源装置、照明单元及光束控制构件能够采用在电视监视器或计算机的监视器的背光照明上。另外，还能够广泛地利用在室内指示灯或各种照明等上。
背景技术：
以往，作为在计算机或电视接收机等上使用的液晶显示监视器的照明机构，将多个发光二极管(LED)作为点光源使用的面光源装置已为人所知。该面光源装置具备与液晶显示板大致同样形状的板状的光束控制构件，在其反面一侧将多个LED配置成矩阵状。来自这些LED的光从光束控制构件的反面一侧入射到光束控制构件的内部，从与该反面相对的出射面出射。于是，液晶显示板通过该出射光被背光照明。
说明这种技术的有如下几个文献。
(第1现有例)这是在特开2002-49326号公报上公开的现有例。根据该现有例，如图22所示，在面光源装置100上，与多个LED101分别一对一对应地配置有微型透镜阵列102，来自LED101的光介由微型透镜阵列102沿与平面垂直的方向(上方)出射。
(第2现有例)这是在特开昭59-226381号公报上公开的现有例。根据该现有例，如图23所示，发光显示装置103具备LED104、凹透镜105、凸透镜106。来自LED104的光通过凹透镜105漫射后，由凸透镜106聚光，沿与LED104的“光轴”大致平行的方向出射。在这里，所谓的“光轴”是来自点光源的立体的出射光束的中心上的光的行进方向。
(第3现有例)这是在特开昭63-6702号公报上公开的现有例。该现有例如图24所示，提供了以LED108作为光源的照明单元107。来自LED108的光通过聚光透镜110聚光并被向前方引导，接着通过漫射透镜111漫射。
(第4现有例)该现有例如图17(b)所示，提供了照明单元1。照明单元1具备光束控制构件4，在其反面4a一侧配置有LED5。另外，与LED5相对，在反面4a一侧形成大致半球状的凹部60，来自LED5的光介由凹部60被吸收到光束控制构件4的内部。该光从光束控制构件4的出射面4b出射。
但是，这些现有例存在如下问题。
(1)第1现有例在面光源装置100中，存在相邻的LED101的中间部分，即微型透镜阵列102的形状不连接的部分。由于光的出射量在该部分急剧变化，所以在各微型透镜阵列102的交界处部分，出射光的明暗的参差变大，从而很显眼。
(2)第2现有例发光显示装置103的多个凹透镜105很难说连续连接地形成平面。另外，多个凸透镜106也很难说连续连接地形成平面。因此，对于例如像大型的液晶显示板那样大面积的被照明构件供给均匀的面状照明是困难的。
(3)第3现有例在照明单元107中，通过聚光透镜110将来自LED108的光聚光后，由漫射透镜111漫射。因此，与现有例1比较，光的明暗差难以明显。可是，易产生来自相邻的多个LED108的光难以混合且各LED108之间的发光色的参差明显的问题。
(4)第4现有例就照明单元1而言，如图17(b)及图4所示，来自LED5的光的出射角θ1和来自光束控制构件4的光的出射角θ5之间的关系是除去从LED5出射的光中的法线近旁的光，θ5/θ1＞1。在这里，“法线”是与图17(b)的光轴L吻合的线，也是相对于光束控制构件4的出射面的法线。
因此，来自光束控制构件4的出射角θ5比来自LED2的出射角θ1大，能够使来自LED5的光扩展出射。可是，由于凹部60的端边缘(大致半球状的凹部60与平面状的反面4a的连结部分)是锐边，所以从该凹部60的端边缘入射的光与从凹部60的端边缘近旁入射的光交叉。该光的交叉部分会发生环状光这样的问题。其结果是，照明单元1不能够使来自LED5的光有效地顺畅扩展到所期望的范围。
发明内容
本发明的目的是在使用多个LED的面光源装置或使用该面光源装置的照明单元中，使各LED的发光色的参差不明显，能够成为无亮度不均的均匀的面状照明。
另外，本发明的另一目的是即便将1个LED作为光源使用时，也能够使来自LED的光有效地顺畅扩展到所期望的范围内。
本发明的特征基本在于，采用接受来自1个或多个点光源的光，并使其从出射面出射的新光束控制构件。
该光束控制构件具备与点光源对应的凹部。当点光源是多个时，设置多个凹部，使各凹部与各点光源对应。
各凹部具备对于出射的光而言满足下述条件1及条件2的形状，该出射的光是在从与该凹部对应的点光源出射的光中至少从其最大强度的光出射的方向到出射光的强度为最大强度的一半的值的光出射的方向为止的角度范围内出射的光。
●条件1从与上述凹部对应的点光源出射的光中，除去上述出射面的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1＞1)。
●条件2θ5/θ1＞1的值随着θ1的增加而逐渐变小。
(其中，θ1是从上述点光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后从上述出射面出射时的出射角。)另外，在本说明书中，“出射角”是用出射方向与光束控制构件的法线方向所成的角度来表示的。
在这里，上述凹部能够可可以具备第1入光面和第2入光面，并且这些第1入光面与第2入光面的连接部分成为拐点。
本发明首先提供上述光束控制构件。另外，本发明还提供使上述光束控制构件与点光源组合的面光源装置以及使该面光源装置与漫射构件组合的照明单元。
依据了本发明的面光源装置具备上述光束控制构件以及1个或多个点光源，通过该光束控制构件来自该点光源的光出射。另外，只要组合该面光源装置、光漫射构件以及被照明构件，并通过上述光漫射构件照射来自上述面光源装置的光，就能够提供依据了本发明的照明单元。
根据本发明，从点光源发出的光的光束通过光束控制构件的凹部能够有效且广范围地顺畅扩展。因此，照明光能够从光束控制构件的出射面遍及广范围、高亮度地均匀出射。另外，即便是使用了多个点光源时，来自各点光源的光也容易混合。由此，即便在各点光源的发光色上有参差，在通过光束控制构件得到的出射光中也不易出现各点光源之间的发光色的参差，能高度保证亮度的均匀性。
图1是表示能够应用本发明的面光源装置及具备该面光源装置的照明单元的俯视图，省略了被照明构件及光漫射构件的图示。
图2是图1中表示的照明单元的、沿着X1-X1线的剖视图。
图3是包括LED的光轴的照明单元的一部分剖视图，为了详细说明凹部的形状而扩大表示了图2的一部分。
图4是表示关于光束控制构件、LED出射角θ1和出射角θ5之间的关系的图。
图5是表示关于光束控制构件、LED出射角θ1和透镜面倾斜角θ3之间的关系的另一个图。
图6是表示第1形态的实施例的照明单元的剖视图。
图7是表示光束控制构件的第1变型例的俯视图。
图8是表示光束控制构件的第2变型例的俯视图。
图9是表示光束控制构件的第3变型例的俯视图。
图10是表示光束控制构件的第4变型例的俯视图。
图11是组合多个光束控制构件形成的大型出射面的光束控制构件组合体的俯视图。
图12是光述控制构件组合体所采用的光束控制构件的图，(a)是该光束控制构件的仰视图，(b)是该光束控制构件的侧视图，(c)是该光束控制构件的俯视图。
图13是放大表示光漫射构件的侧视图，(a)是表示光漫射构件的第1例的侧视图，(b)是表示光漫射构件的第2例的侧视图，(c)是表示光漫射构件的第3例的侧视图，(d)是表示光漫射构件的第4例的侧视图，(e)是表示光漫射构件的第5例的侧视图，(f)是表示光漫射构件的第6例的侧视图，(g)是照明单元的一部分放大剖视图。
图14是表示本发明能够应用的面光源装置及使用了该面光源装置的照明单元的第1变型例的图，(a)是省略照明单元的被照明构件及光漫射构件表示的俯视图，(b)是表示沿着(a)的X2-X2线的剖视图。
图15是表示本发明能够应用的面光源装置及使用了该面光源装置的照明单元的第2变型例，(a)是省略照明单元的被照明构件及光漫射构件表示的俯视图，(b)是表示沿着(a)的X3-X3线的剖视图。
图16是表示应用本发明的照明单元的被照明构件上照射的光的出射量分布图。
图17是对比表示照明单元(图17(a))与照明单元(图17(b)第4现有例)的图，照明单元(图17(a))使用了形成本发明形状的凹部(本发明形状(单光源))的光束控制构件，照明单元(图17(b)第4现有例)使用了形成现有形状的凹部(现有形状(单光源)的光束控制构件。
图18是表示能够应用本发明的彩色发光用面光源装置及具备该彩色发光用面光源装置的照明单元1的图，是去除被照明构件及光漫射构件表示的面光源装置、以及具备该面光源装置的照明单元的俯视图。
图19是沿着图18的X4-X4线表示的照明单元的剖视图。
图20是表示能够应用本发明的彩色发光用面光源装置、以及具备该面光源装置的照明单元1的变型例的图，是省略照明单元的被照明构件及光漫射构件表示的俯视图。
图21是表示能够应用本发明的光束控制构件的其他的变型例的图，(a)是表示在光束控制构件的出射面一侧形成凹部的形态的照明单元的一部分剖视图，(b)是表示在光束控制构件的反面一侧及出射面一侧分别形成凹部的形态的照明单元的一部分剖视图。
图22是表示第1现有例的示意结构图。
图23是表示第2现有例的示意结构图。
图24是表示第3现有例的示意结构图。
图中1-照明单元；2-面光源装置；3-被照明构件；4-光束控制构件；4a-背面；4b-出射面；5-LED(点光源)；6-光漫射构件；7-凹部；7a-第1入光面；7b-第2入光面；具体实施方式
以下参照
本发明的实施方式。
图1～图3表示本实施方式的照明单元1及照明单元1包含的面光源装置2。图1是去除被照明构件(例如液晶显示板)3等表示的照明单元1的俯视图(面光源装置的俯视图)。另外，图2是沿着图1中的线X1-X1的照明单元1的剖视图。另外，图3是照明单元的通过LED5的光轴L的部分剖视图，为了详细说明凹部7的形状，放大表示图2的一部分。
如这些图所示，照明单元1具备光束控制构件4；在该光束控制构件4的反面4a一侧大致等间隔配置的多个点光源5；相对于光束控制构件4的出射面4b留出间隔地相对配置的光漫射构件6；以及被照明构件3。光束控制构件4是大致矩形板状的构件。在本实施方式中，作为点光源5在这里采用发光二极管(LED)。面光源装置2由光束控制构件4及LED5构成。
(第1形态)薄板状的光束控制构件4是由如PMMA(聚甲基丙烯甲酯)、PC(聚碳酸酯)等的透明树脂材料或透明的玻璃构成，具备出射面4b和背面4a。在背面4a上与各LED5相对地分别形成凹部7。各凹部7是由球面状的第1入光面7a和顺畅地在背面4a一侧连接该第1入光面7a的周边缘的第2入光面7b所构成。符号L表示LED5的光轴，入光面7a以光轴L为中心对称地形成凹曲面状。
第2入光面7b与第1入光面7a大致反向地形成凸曲面。因此，凹部7在第1入光面7a和第2入光面7b的连接部分具有拐点P。另外，LED5的出射光的最大强度方向与光轴L一致。
在图3中，以正交于光轴L的水平面为基准面C。另外，将通过从LED5出射的光5L向光束控制构件4入射的位置Pa，且与基准面C平行的线作为A。另外，入射位置Pa是图3所示的凹部7的剖面的轮廓线7L与光5L的交点。
进而，将在入射位置Pa的凹部7的轮廓线7L的切线B与线A的夹角作为θ3。θ3也称作透镜倾斜角。
另外，将在光束控制构件4内行进的光5L相对于出射面4b的入射角(内部入射角)作为θ2。θ2是光5L与出射面4b的法线VL的夹角。而且，将来自光5L的出射面4b的出射角作为θ5。θ5是出射的光5L与相对于出射面4b的法线VL的夹角。
在这里，为了记述凹部7应满足的光学条件，对于LED5要考虑“半值强度角度范围”。如前所述，LED5在光轴L的方向上出射最大强度的光。该最大强度方向也是沿着光束控制构件4的出射面4b的法线方向的方向，随着在角度上离开该方向，出射强度渐渐降低。于是，将从该最大强度方向到强度降低至1/2(50％)的角度范围称作“半值强度角度范围”。
凹部7形成对于出射的光满足下述条件的形状，该出射的光是在从与该凹部对应的LED5出射的光中、出射到“至少包括半值强度角度范围的规定范围内”的光。
●条件1除去出射面4b的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1)＞1。另外，“法线方向近旁”最好是例如从光轴1L的方向至角度为5度或5度以内(±5度或以内)的角度范围。
●条件2θ5/θ1的值随着θ1的增加而逐渐变小。
图4是表示关于光束控制构件4、LED出射角θ1与出射角θ5的关系的图。在图4中，将上述的“至少包括半值强度角度范围的规定范围内”作为θ1＜α1的范围进行示例。而且，图4中的曲线8A表示满足上述条件1、2的θ1与θ5的关系的例。
另外，在图4中，用虚线表示的线10是(θ5/θ1)＝1的线。
在这里，将光束控制构件4的折射率作为n的话，则θ2及θ3能够用下式表示。
(公式1)θ2＝sin-1(sinθ5/n)(公式2)θ3＝tan-1[(sinθ1-n·sinθ2)/(cosθ1-n·cosθ2)]这样求得的θ3和θ1的关系如图5的曲线8B所示，一直到成为θ1＝θ3＝α2为止，θ3随着θ1的增加而逐渐增加。另外，在θ1＞α2的范围内，θ3随着θ1的增加逐渐减少。
下面，概略说明如上述那样形成凹部7的光束控制构件4的作用。如图3所示，来自LED5的光5L通过凹部7进入光束控制构件4的内部。这时发生折射，光5L的行进方向随之扩展。这样，行进方向扩展了的光5L从光束控制构件4的出射面4b面向外部(空气中)按照斯内尔定律出射。如果即便反面4a一侧是平坦面(无凹部7)发生折射，但却不会发生光的行进方向的扩张。因此，用符号5La表示假设该平坦面时的假设的入射光，用θ5a表示该出射角的话，则θ5a＜θ5。在这里，θ5a是光5La与出射面4b的法线的夹角角度。
这样，与不形成凹部7时相比，根据本发明，能够使出射光束充分扩展。其结果是，如图2所示，出射角θ1在半值强度角度范围的光的一部分从出射面4b出射后，能够一直到达相邻的LED5的进一步相邻的LED5的光轴L与光漫射构件6交叉的位置的近旁。
(第1形态的光束控制构件的例)下面，参照图4至图6说明光束控制构件4的各例。图1至图3表示的光束控制构件4的凹部7是根据LED5的发光特性(光束的扩展角度、半值强度角度范围)、LED5与光束控制构件4之间的距离L1、各LED5的形成间距(间隔)p、光束控制构件4的厚度t、以及光束控制构件4的出射面4b与光漫射构件6之间的间隔L2，来决定其最大直径(第2入光面7b的最外周直径)和其深度尺寸d及第1入光面7a以及第2入光面7b的形状等。
例如，在图6表示的例中，光束控制构件4是由折射率n＝1.49的透明树脂材料形成的，设定成L1＝3.72mm，p＝24.25mm，t＝3.28mm，L2＝9.0mm，d＝2.28mm。另外，第2入光面7b的周边缘部在θ1大致成75°的光入射的位置上，顺畅地与大致为平面形状的反面4a连接(参照图5的曲线8B)。
在这里，参照图5用与图4同样的图示方式表示了LED出射角θ1与透镜面倾斜角θ3的关系。如图5中的曲线8B所示，在图3上表示的凹部7的第1入光面7a与沿着随着θ1的增加θ3增加的曲线状部的角度范围(θ1是比大致30°小的角度范围)对应地形成。
另外，如图5的曲线8B所示，凹部7的第2入光面7b与沿着随着θ1的增加θ3减少的曲线状部的角度范围(θ1为从大致30°到大致75°的角度范围)对应地形成。于是，图5的曲线8B从增加变为减少的曲线状部的顶点(θ1为大致30°的角度位置)成为第1入光面7a与第2入光面7b连接的拐点。
另外，在本例中，在θ1为大致30°的位置上，使θ3成为大致30°地形成凹部7。在这里，所谓的“曲线状”除了顺畅的曲线自身以外还包括虽是细微直线的连续但作为整体看为曲线状态，或一部分包括直线部分但近似顺畅的曲线的状态。
另外，如果如上所述形成凹部7，则如图4所示，来自出射面4b的出射光的出射角θ5从0°到约75°为止，如向上凸的曲线状的线8A顺畅地渐渐增加。另一方面，线8A在θ5成为约75°时与假定不形成凹部7时的表示θ1与θ5的关系的直线10一致。另外，对有凹部7的光束控制构件4，表示θ1与θ5的关系的曲线8A即便一部分有直线状的部分，只要作为整体为向上凸的曲线状即可。
(第1形态的其他的变型例)图7至图10是分别表示光束控制构件4的第1～第4的变型例的俯视图。图7表示的光束控制构件4是将多个与各LED5对应的板状的光束控制构件片11a接合，形成与图1的一张板状的光束控制构件4大致同样的平面形状。同样，图8至图10表示的各光束控制构件4是将多个与各LED5对应的板状的光束控制构件片11b(图8)、11c(图9)或11d(图10)接合，构成与图1的一张板状的光束控制构件4大致同样的平面形状。
如图7所示，各光束控制构件片11a是正六边形，由透光性的粘接剂(如紫外线硬化树脂)固定。在各光束控制构件片11a的背面一侧(与光束控制构件的出射面相反一侧的面)，与LED5对应地各形成一个凹部7。
如图8所示，各光束控制构件片11b是细长的六边形(不是正六边形)，由透光性的粘接剂(如紫外线硬化树脂)固定。在各光束控制构件片11b的反面一侧(与光束控制构件的出射面相反一侧的面)，与LED5对应地各形成一个凹部7。
如图9所示，各光束控制构件片11c是正方形，它们在上下错位半个间隔，由透光性的粘接剂(如紫外线硬化树脂)固定。在各光束控制构件片11c的反面一侧(与光束控制构件的出射面相反一侧的面)，与LED5对应地各形成一个凹部7。
如图10所示，光束控制构件片11d也是正方形，它们纵横对齐，由透光性树脂粘接固定。
在第1至第4变型例中，各LED5配置在平面形状为六边形或四边形的各光束控制构件片的大致面积重心位置上。另外，在各光束控制构件片11a～11d的反面一侧形成凹部7，使得其平面形状是以LED5的光轴L为对称中心的凹面形状。
另外，凹部7的边缘形状并不限定为大致圆形形状(关于光轴L为点对称)，例如边缘形状也可以是椭圆形状。
(第2形态)图11至图12表示组合多个光束控制构件20～23而形成具有大型出射面的光束控制构件组合体25的示例。以下将光束控制构件组合体适当地简称为“组合体”。在这些图中，组合体25由第1至第4光束控制构件20～23组成。第1光束控制构件20与第4光束控制构件23是同一形状，第2光束控制构件21与第3光束控制构件22是同一形状，将2种光束控制构件(20，23)、(21，22)共计4张组合起来形成一张组合体25。
第1光束控制构件20与第2光束控制构件21的组合部26、以及第3光束控制构件22与第4光束控制构件23的组合部27从其板厚方向中间位置分为下面一侧和上面一侧两部分。而且，在下面一侧形成的六边形的3个边组成的梯形形状的凸状部分28与凹状部分30啮合，在上面一侧形成的大致圆弧形状的凸状部分31与凹状部分32啮合。
另外，如图11至图12所示，梯形形状的凸状部分28与大致圆弧形状的凸状部分31的顶部一致，梯形形状的凹状部分30与大致圆弧形状的凹状部分32的底部一致。于是，啮合的光束控制构件(20，21)、(22，23)在组合部26、27上，通过在大致圆弧形状的凹状部分32的底部和梯形形状的凹状部分30的底部的角部形成的大致三角形状的角接部分33、33，从下侧被支撑。
由此，能够防止第1光束控制构件20和第2光束控制构件21以及第3光束控制构件22和第4光束控制构件23在光束控制构件20～23的板厚方向产生错位。
另外，第1光束控制构件20和第3光束控制构件22的组合部34、以及第2光束控制构件21和第4光束控制构件23的组合部35从其板厚方向中间位置分为下面一侧和上面一侧两部分。而且，由在下面一侧形成的六边形的2个边组成的三角形状的凸状部分36与凹状部分37啮合，在上面一侧形成的大致圆弧形状的凸状部分38与凹状部分40啮合。
另外，如图所示，互相啮合的光束控制构件(20～23)的三角形状的凸状部分36从下方被支撑地配合在大致圆弧形状的凸状部分38的顶部与三角形状的凸状部分36的顶部上形成的大致三角形状的角接部分41上。
由此，能够防止第1光束控制构件20和第3光束控制构件22、以及第2光束控制构件21和第4光束控制构件23在这些光束控制构件20～23的板厚方向产生错位。
另外，第1光束控制构件20和第4光束控制构件23在光束控制构件组合体25的大致中央位置与六边形的倾斜的一边42对接。
另外，在第1至第4光束控制构件20～23上，在形成凹部7的反面一侧(例如图12的反面23a一侧)，在凹部7的周围形成多个连接在未图示的支撑底板上、支撑各个光束控制构件20～23的支撑突起44。
而且，第1至第4光束控制构件20～23的各组合部26、27、34、35由透光性的紫外线硬化树脂或其他的粘接剂粘接固定。另外，也可以仅用框架等按压住组合的光束控制构件20～23的外周。
使用这样的组合体，则能够很容易地制作大画面监视器用的背光照明(面光源装置)。另外，在本实施方式中，例示了组合4个光束控制构件20～23的组合体25，但也可以组合5个或5个以上或2个～4个光束控制构件。
图13(a)～(f)表示了在本实施方式的照明单元1中，如图13(g)所示在光束控制构件4的出射一侧配置的光漫射构件6的各示例。各光漫射构件6是用透光性优越的PMMA或PC等的树脂材料形成片状或平板形状，形成与被照明构件(液晶显示板、广告显示板、标识显示板等)3的平面形状大致同样的大小(面积)。
图13(a)的光漫射构件6是在片状母材6a的正反两面进行锤压凸出加工或珠群涂层(ビ一ズコ一ト)等的漫射处理，并在片状母材6a的正反两面形成细微的凹凸6b、6b。
图13(b)的光漫射构件6是将漫射材料6c混入片状母材6a，同时，在片状母材6a的正反两面进行锤压凸出加工或珠群涂层等的漫射处理，在片状母材6a的正反两面形成凹凸6b、6b。
图13(c)的光漫射构件6是在面向片状母材6a的光束控制构件4的一侧进行锤压凸出加工或珠群涂层等的漫射处理，形成凹凸6b，在与进行了该锤压凸出加工或珠群涂层等的漫射处理的面的相反一侧的片状母材6a的表面连续形成多个沿着与纸面垂直方向延伸的棱形突起6d。
图13(d)的光漫射构件6是具备在图13(c)的光漫射构件6的片状母材6a中混入漫射材料6c的结构。与图13(c)的光漫射构件6同样，在面向片状母材6a的光束控制构件4的一侧进行锤压凸出加工或珠群涂层等的漫射处理，形成凹凸6b。另外，在与其相反的一侧的片状母材6a的表面连续形成多个棱形突起6d。
另外，在图13(c)、图13(d)所示的棱形突起6d是大致三角形状(例如大致等边三角形)。
另外，正如图13(e)所示的光漫射构件，也可以在片状母材6a的出射面一侧形成多个圆锥形状的突起6e，由该突起6e漫射透射过片状母材6a的光。
另外，正如图13(f)表示的光漫射构件，也可以在片状母材6a的出射面一侧形成多个角锥(三角锥、四角锥、六角锥等的角锥)形状的突起6f，由该突起6f漫射透射过片状母材6a的光。
这种构造的光漫射构件6将从光束控制构件4的出射面4b出射的光边透射边漫射，使照射在被照明构件3上的光均匀化。
另外，这种光漫射构件6也可以安装在被照明构件3的LED5一侧的面上，并还可以与被照明构件3分开(分离状态)地配置在被照明构件3的LED5一侧的面一侧。
(第1变型例)图14表示本发明能够应用的面光源装置2及使用该面光源装置2的照明单元1的第1变型例。图14(a)是省略照明单元1的被照明构件及光漫射构件6表示的俯视图。另外，图14(b)是沿着图14(a)中的线X2-X2的剖视图。
在图14中，符号45是收容光束控制构件4的框架。当LED5接近框架45的侧面46时，来自该LED5的光有可能在框架45的侧面46反射，并从该侧面46近旁的出射面47出射。如果发生这种出射，则在从光束控制构件4的出射面47出射的光的亮度分布上会产生参差。于是，在LED5接近框架45的侧面46时，将该LED5近旁的侧面46进行遮光处理，在该侧面46上部分形成遮光处理部48。该遮光处理部48是涂敷吸光性良好的黑墨等，抑制在框架45的侧面46的光的反射。
这里，在图14上遮光处理部48的区域是接近侧面46的LED5的近旁的规定区域，大致具有与凹部7的最大直径大致同样的宽度。另外在图14上，遮光处理部48的区域与侧面46的高度方向的大致全区域对应(参照图14(b))。
另外，在该变型例中，也可以不在侧面46的高度方向的大致全领域上形成遮光处理部48，而是在侧面46的高度方向部分地形成遮光处理部48。
另外，在该变型例中，也可以不在框架45上形成遮光处理部48，而是降低在接近侧面46配置的LED5上施加的电压，从而抑制该LED5的光量。
这样，如果抑制了LED5的光量，则可取得在侧面46反射的光与从该侧面46近旁出射的光量的均衡，从而能够达到从光束控制构件4的出射面47出射的出射亮度的均匀化。
另外，在该变型例中，也可以在与侧面46相对的光束控制构件4的侧面形成遮光处理部。
还可以不在框架45或光束控制构件4上形成遮光处理部，而是在光漫射构件上形成印制等的遮光处理部。另外，还可以将这些多个处理进行组合。还有，也可以在框架底面或反射片上适当地形成遮光处理部。
(第2变型例)图15表示本发明能够应用的面光源装置2及使用该面光源装置2的照明单元1的第2变型例。图15(a)是省略被照明构件及光漫射构件6表示的俯视图。另外，图15(b)是沿着图15(a)中的线X3-X3的剖视图。
如图15所示，由于在由斜线部50～53表示的部分没有配置LED5，所以在斜线部50～53近旁，从光束控制构件4的出射面54出射的光量少。于是，在出射面54的斜线部50～53上施加漫反射处理，形成漫反射部55。由此，从接近的LED5到达漫反射部55的光进行漫反射，从而促进来自斜线部50～53的光的出射。
其结果是，来自出射面54的光的出射亮度均匀化。在这里，所谓的漫反射是指粗面化、光漫反射膜的粘贴、光漫反射涂料的涂敷等。漫反射部55在光束控制构件4的正反面及侧面的至少1个地方形成，但最好是在正反及侧面两方形成。
图16表示照射在应用本发明的照明单元1的被照明构件3的光的出射光量分布。
(LED单光源时)在图16中，曲线A表示与光束控制构件4的反面4a相对地配置1个LED5，并且与该LED5对应地形成本发明形状的凹部7时(单光源)的出射光量分布。
另外，曲线B是表示在光束控制构件4上不形成凹部7，仅配置1个LED5时的出射光量分布。
比较曲线A、B可知，对于曲线A，直到远离LED5的光轴L的位置为止被分配的光量增加。增加量可以认为是A和B的差△。
下面，图17(a)、(b)是对比表示照明单元1(a)与照明单元1(b)的图，照明单元1(a)使用了形成本发明形状的凹部7的光束控制构件4，照明单元1(b)使用了形成现有技术的半球状的凹部60的光束控制构件4。
使用了形成现有形状的凹部60的光束控制构件4的照明单元1在图16上由曲线C表示出射光量的分布。曲线C在C1部分表示出出射光量急剧增加。这可以认为是由于如图17(b)的Y1所示，从光束控制构件4出射的光交叉，该交叉部分的光量急剧增加的缘故。
在这里应注意的是，当采用了凹部60时，在与图5的现有形状相关的θ1-θ3的关系(θ1和θ3之间的关系)上，θ3与θ1的增加成比例地增加。
即便是采用了凹部60，如图4所示，θ5和θ1的关系与本发明形状时同样(θ5/θ1)＞1，但应注意的是(θ5/θ1)的值随着θ1的增加而增加。即不满足上述条件2。
对于现有形状的凹部60，在光束控制构件4的反面4a一侧与平面接续不顺滑，倾斜变化突然。因此，从光束控制构件4的出射面4b出射的光束不能均等扩展(参照图17(b))，同时进入了光束控制构件4内的光的一部分在出射面4b进行内部反射，不能从出射面4b出射，出射效率较差。
这种现有的照明单元1(图17(b))的缺点在图17(a)所示的使用了形成本发明形状的凹部7的光束控制构件4的照明单元1上并不存在。即对于从LED5出射的光中至少出射到半值强度角度范围内的光，除去光轴L近旁的光，来自LED5的出射角θ1与来自光束控制构件4的出射角θ5的关系，如图4所示，满足(θ5/θ1)＞1的关系，同时由于θ5/θ1的值随着θ1的增加而向逐渐变小的方向变化，所以透射过光束控制构件4的光成为有效、均等且顺畅扩展的光束(参照图16的曲线A)。
(LED多个光源时)
在图16中，曲线D表示在光束控制构件4的反面4a一侧按规定间隔配置多个LED5，与各LED5对应，在光束控制构件4的反面4a形成多个凹部7的本申请发明的照明单元1(例如图1至图2的构成)中，从光漫射构件6出射的光的光量分布。
另一方面，曲线E表示与上述同样按规定间隔配置多个LED5，但是在光束控制构件4的反面4a一侧不形成凹部7时，从光漫射构件6出射的光的光量分布。
从曲线D和E比较可以断定，曲线D的出射光量的变动比曲线E少，几乎没有急剧的变化。即根据本发明，从光漫射构件6出射的光量的亮度分布比由曲线E表示的照明单元更均匀化。
另外，在图16中，曲线F表示对于在光束控制构件4的反面4a一侧形成多个图17(b)所示的现有形状的凹部60，在与各凹部60对应地配置的多个LED5的照明单元1，从光漫射构件6出射的光的光量分布。
在曲线F的场合，与各LED5(或凹部60)对应地出现多个出射光量变化急剧的部分，出射光量的变动幅度也大。与此不同，在曲线D上，出射光量的变动也小，出射光量的急剧变化也几乎看不见。
如此，通过本发明固有的凹部7(多个)的作用，从光束控制构件4出射的光均等且充分扩展，与从周围的多个LED5发出的光混合，能够得到如图16的曲线D所示的均匀亮度的照明光。另外，即便在各个LED(例如白色发光的LED)5之间有发光色的参差(例如带有发黄的颜色的深浅)，多个LED5的光也能广泛混合。由此，其发光色的参差不明显，能够成为高质量的照明。
图18及图19表示能够应用本发明的彩色发光用面光源装置2及具备该彩色发光用面光源装置的照明单元1。
在图18中，去除了被照明构件3及光漫射构件6，用俯视图表示照明单元1。另外，图19是沿着图18中的线X4-X4的剖视图。还有，彩色用面光源装置2是由LED5R、5G、5B及光束控制构件4构成。如图所示，在照明单元1上，配置有R(红)、G(绿)、蓝(B)的LED5R、5G、5B，从而能够进行彩色照明。
R、G、B的各颜色的LED5R、5G、5B交互配置。使来自这些LED5R、5G、5B的光从光束控制构件4的凹部7入射到光束控制构件4的内部后，从其出射面4b出射，介由光漫射构件6将出射光照射在被照明构件3上。
如图19所示，位于左侧的LED5G的光束的端部的光越过位于正中的LED5G，一直到达位于右侧的LED5G的光轴L与光漫射构件6的交点近旁。
通过这种构成，使所有的LED5R、5G、5B都发光时自不必说，即便是使LED5R、5G、5B中的任意一个单一发光时，来自各LED的光也能够混合，得到亮度均匀化的高质量的照明。
图20表示这种彩色发光用面光源装置2及具备该彩色发光用面光源装置2的照明单元1的变型例。在该变型例中，在LED5R、5G、5B的任意一个的光不足的部分(图20的光束控制构件4的左右两端部)，适当地追加了用于补充不足的光量的LED5R、5G、5B(一部分或全部)。
追加的各LED的光轴也可以朝向框架70一侧倾斜安装。届时，来自该追加的各LED的光在分别位于光束控制构件4的左右两端部的框架70、70被反射后，广泛漫射。由此，追加的LED的光遍及整体。
另外，可以使向追加的LED供给的电压值或电流值与向其他的LED供给的电压值或电流值之间存在差值，调整追加的LED的发光量。
如此，图20所示的变型例示例了将追加的LED5R、5G、5B分别配置在光束控制构件4的左右两端部的形态。但也可以在来自LED的光不足的部分适当地配置其他追加的LED。例如，当在光束控制构件4的上下两端部存在来自LED5R、5G、5B的光的出射光不足的部分时，也可以适当地在这些上下两端部配置追加的LED5R、5G、5B。
另外，当使LED单色发光时，也可以在光量不足的部分适当配置LED，以实现发光色参差或出射光亮度的均匀化。
上述的实施方式的光束控制构件4示例了在反面4a一侧形成凹部7的形态。可是，并不限于此，也可以如图21(a)所示，在光束控制构件4的出射面4b一侧形成凹部7。
另外，还可以如图21(b)所示，在光束控制构件4的反面4a一侧及出射面4b一侧分别形成凹部7。
上述的各实施方式的形态表示了如图13所示，从LED出射的光的光轴与法线方向一致的构成。然而，当由于LED的质量的参差或包含LED的各零件的组装误差等而从LED出射的光的光轴与法线产生微小的错位时，本申请发明仍能够适用。而且，在这种情况下仍能够得到与上述的各实施方式同样的作用效果。
权利要求
1.一种面光源装置，包括点光源以及接受来自上述点光源的光并使其从出射面出射的光束控制构件，其特征在于上述光束控制构件具备与上述点光源对应的凹部；上述凹部具有对于出射的光而言满足下述条件1及条件2的形状，该出射的光是在从上述点光源出射的光中至少从其最大强度的光出射的方向到出射光的强度为最大强度的一半的值的光出射的方向为止的角度范围内出射的光条件1从上述点光源出射的光中，除去上述出射面的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1)＞1；条件2θ5/θ1的值随着θ1的增加而逐渐变小，其中，θ1是从上述点光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后从上述出射面出射时的出射角。
2.一种面光源装置，包括多个点光源以及接受来自这些点光源的光并使其从出射面出射的光束控制构件，其特征在于上述光束控制构件具备与上述多个点光源的每个对应的多个凹部；上述多个凹部的每个具备对于出射的光而言满足下述条件1及条件2的形状，该出射的光是在从与该凹部对应的点光源出射的光中至少从其最大强度的光出射的方向到出射光的强度为最大强度的一半的值的光出射的方向为止的角度范围内出射的光条件1从与上述凹部对应的点光源出射的光中，除去上述出射面的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1)＞1；条件2θ5/θ1的值随着θ1的增加而逐渐变小，其中，θ1是从上述点光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后从上述出射面出射时的出射角。
3.根据权利要求1所述的面光源装置，其特征在于上述凹部具有第1入光面和第2入光面，这些第1入光面和第2入光面的连接部分成为拐点。
4.根据权利要求2所述的面光源装置，其特征在于上述多个凹部的每个具有第1入光面和第2入光面，这些第1入光面和第2入光面的连接部分成为拐点。
5.一种照明单元，包括面光源装置、光漫射构件以及来自上述面光源装置的光通过上述光漫射构件照射的被照明构件，其特征在于上述面光源装置是根据权利要求1或3所述的面光源装置。
6.一种照明单元，包括面光源装置、光漫射构件以及来自上述面光源装置的光通过上述光漫射构件照射的被照明构件，其特征在于上述面光源装置是根据权利要求2或4所述的面光源装置。
7.一种光束控制构件，接受来自点光源的光并使其从出射面出射，其特征在于具备与上述点光源对应的凹部；上述凹部具备对于出射的光而言满足下述条件1及条件2的形状，该出射的光是在从上述点光源出射的光中至少从其最大强度的光出射的方向到出射光的强度为最大强度的一半的值的光出射的方向为止的角度范围内出射的光条件1从上述点光源出射的光中，除去上述出射面的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1)＞1；条件2θ5/θ1的值随着θ1的增加而逐渐变小，其中，θ1是从上述点光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后从上述出射面出射时的出射角。
8.一种光束控制构件，接受来自多个点光源的光并使其从出射面出射，其特征在于具备与上述多个点光源的每个对应的多个凹部；上述多个凹部的每个具备对于出射的光而言满足下述条件1及条件2的形状，该出射的光是在从与该凹部对应的点光源出射的光中至少从其最大强度的光出射的方向到出射光的强度为最大强度的一半的值的光出射的方向为止的角度范围内出射的光条件1从与上述凹部对应的点光源出射的光中，除去上述出射面的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1)＞1；条件2θ5/θ1的值随着θ1的增加而逐渐变小；其中，θ1是从上述点光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后从上述出射面出射时的出射角。
全文摘要
一种面光源装置(4)，接受来自至少1个LED5的光，并使其从出射面(4b)出射。与各LED5对应设有凹部(7)。各凹部(7)具有对于在从对应的LED5出射的光中至少在半值强度角度范围内出射的光而言满足条件1.2的形状。条件1在从对应的LED5出射的光中，除去出射面(4b)的法线方向近旁的光，满足(θ5/θ1)＞1。条件2θ5/θ1的值随着θ1的增加而逐渐变小。其中，θ1是从上述点光源出射的任意的光的出射角，θ5是具有上述出射角θ1的光其后从上述出射面出射时的出射角。即便使用多个LED，也能使各LED的发光色的参差不明显，成为没有亮度不均的均匀的照明。
文档编号G02F1/1335GK1721944SQ20051008420
公开日2006年1月18日 申请日期2005年7月15日 优先权日2004年7月16日
发明者大川真吾 申请人:恩普乐股份有限公司