本发明涉及对从发光元件射出的光的配光进行控制的光束控制部件。另外，本发明涉及具有所述光束控制部件的发光装置、具有所述发光装置的面光源装置以及具有所述面光源装置的显示装置。
背景技术：
在液晶显示装置等透射式图像显示装置中，有时使用直下式的面光源装置作为背光源。近年来，使用具有多个发光元件作为光源的直下式的面光源装置(例如，参照专利文献1)。
图1a和图1b是表示专利文献1中记载的面光源装置10的结构的图。图1a是面光源装置10的立体图，图1b是面光源装置10的局部放大剖面图。应予说明，在图1a中，为了表示装置的内部而省略了光漫射部件15的一部分。
如这些图所示，面光源装置10具有壳体11、配置于壳体11内的支撑板12、固定于支撑板12的多个安装基板13、固定于安装基板13的多个光源单元14以及配置于壳体11的开口部的光漫射部件15。为了使光反射，支撑板12和安装基板13的表面被涂装为白色。光源单元14具有led16和对led16的出射光的配光进行控制的光学元件20，隔着间隔件17固定于安装基板13。
光学元件20具有：形成于背面侧的平面形状的入射面21、形成于正面侧的喇叭筒形状的反射面22以及以将入射面21的外缘与反射面22的外缘连接的方式形成的侧面23。led16的出射光由入射面21入射至光学元件20内，由反射面22向侧面23反射。反射光由侧面23向光学元件20外射出。来自侧面23的出射光的一部分射向光漫射部件15，来自侧面23的出射光的另一部分射向支撑板12或安装基板13。到达支撑板12或安装基板13的光在支撑板12或安装基板13的表面漫射并反射。从侧面23到达光漫射部件15的光和从支撑板12或安装基板13到达光漫射部件15的光在光漫射部件15漫射并透射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-048883号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题
在专利文献1中记载的光学元件20中，到达侧面(出射面)23的光的一部分由侧面23反射(菲涅尔反射)，到达光学元件(光束控制部件)20的背面侧的面(入射面21)。在到达入射面21的光由入射面21反射的情况下，反射光朝向光学元件20的正上方，因此会产生辉度不均。另外，当到达入射面21的光在入射面21透射的情况下，透射光被间隔件17吸收，因此光的损失较大。这样，由侧面(出射面)23反射后的光朝向光学元件(光束控制部件)20的正上方或被吸收的情况是不优选的。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供光束控制部件，该光束控制部件对从发光元件射出的光的配光进行控制，且能够抑制产生辉度不均并更高效地利用由出射面反射后的光。另外，本发明的目的还在于提供具有该光束控制部件的发光装置、面光源装置及显示装置。
解决问题的方案
本发明的光束控制部件对从发光元件射出的光的配光进行控制，包括：入射面，以与所述光束控制部件的中心轴相交的方式配置于背面侧，使从所述发光元件射出的光的一部分入射；反射部，以包围所述入射面的方式配置于背面侧；全反射面，以与所述中心轴相交的方式配置于正面侧，使由所述入射面入射的光向侧方反射；以及出射面，以包围所述中心轴和所述全反射面的方式配置，将由所述全反射面反射后的光射出，所述反射部具有多个凸条，该多个凸条用于使由所述出射面菲涅尔反射并到达所述反射部的光反射，所述多个凸条具有第一反射面、第二反射面以及作为所述第一反射面和所述第二反射面的交线的棱线。
本发明的发光装置具有发光元件和本发明的光束控制部件。
本发明的面光源装置具有本发明的发光装置和光漫射部件，该光漫射部件使来自所述发光装置的光漫射并透射。
本发明的显示装置具有本发明的面光源装置和显示部件，该显示部件被照射从所述面光源装置射出的光。
发明效果
具有本发明的光束控制部件的面光源装置与具有以往的光束控制部件的面光源装置相比，能够将光均匀且高效地照射到被照射面。因此，本发明的面光源装置和显示装置与以往的装置相比，更明亮且辉度不均较少。
附图说明
图1a和图1b是表示专利文献1中记载的面光源装置的结构的图。
图2a和图2b是表示实施方式1和2的面光源装置的结构的图。
图3a和图3b是表示实施方式1和2的面光源装置的结构的剖面图。
图4是将图3b的一部分放大后的局部放大剖面图。
图5a～图5d是表示实施方式1的光束控制部件的结构的图。
图6a～图6d是表示实施方式2的光束控制部件的结构的图。
图7a～图7d是表示比较例的光束控制部件的结构的图。
图8是表示各光束控制部件的配光特性的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
[实施方式1]
(面光源装置和发光装置的结构)
图2a～图4是表示本发明的实施方式1的面光源装置100的结构的图。图2a是面光源装置100的俯视图，图2b是面光源装置100的主视图。图3a是图2b所示的a-a线的剖面图，图3b是图2a所示的b-b线的剖面图。图4是将图3b的一部分放大后的局部放大剖面图。
如图2a、图2b、图3a及图3b所示，本实施方式的面光源装置100具有壳体110、多个发光装置200及光漫射部件120。另外，如图2b所示，面光源装置100通过与液晶面板等显示部件(被照射部件)102(图2b中用虚线表示)组合，还能够作为显示装置100’来使用。
如图3a所示，多个发光装置200以矩阵状配置于壳体110的底板112的内表面113上。在此，底板112的内表面113作为漫反射面发挥功能。另外，在壳体110的顶板115设置有开口部。光漫射部件120以覆盖该开口部的方式配置，并作为发光面发挥功能。不特别地限定发光面的大小，例如为约400mm×约700mm。
如图4所示，在多个发光装置200中，未图示的支脚部被固定于配置在底板112的内表面113上的基板114，该支脚部分别形成于光束控制部件300的背面侧。多个发光装置200分别具有发光元件210和光束控制部件300。对于支脚部的位置和数量，可以在考虑到以下要点的基础上，自由地进行设定：能够将对面光源装置100的发光面的光学影响抑制到最小限度，且能够稳定地固定于基板114。
发光元件210是面光源装置100的光源。发光元件210例如是白色发光二极管等发光二极管(led)。
光束控制部件300对从发光元件210射出的光的配光进行控制。应予说明，在本实施方式中，光束控制部件300的入射面310、反射部340、全反射面320及出射面330均为旋转対称，且它们的旋转轴重合。在本实施方式中，将它们的旋转轴称作“光束控制部件的中心轴ca”。
通过一体成型来形成光束控制部件300。对于光束控制部件300的材料，只要是能够使所希望的波长的光通过的材料即可，不特别地进行限定。光束控制部件300的材料例如是聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)或聚碳酸酯(pc)、环氧树脂(ep)等透光性树脂或玻璃。
本实施方式的面光源装置100在光束控制部件300的结构上具有一个特征。因此，对光束控制部件300另行详细说明。
光漫射部件120是具有光漫射性的板状的部件，使来自发光装置200的出射光漫射并透射。通常，光漫射部件120的大小与液晶面板等被照射部件的大小大致相同。例如，光漫射部件120由聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物树脂(ms)等透光性树脂形成。作为光漫射部件120，已知，为了赋予光漫射性而在光漫射部件120的表面形成有细微的凹凸的光漫射部件或在光漫射部件120的内部分散有珠粒等光漫射子的光漫射部件等。
(光束控制部件的结构)
图5a～图5d是表示本实施方式的光束控制部件300的结构的图。图5a是光束控制部件300的俯视图。图5b是图5a所示的a-a线的剖面图。图5c是光束控制部件300的仰视图。图5d是光束控制部件300的主视图。应予说明，在图5b中省略了剖面线。
如图5a～图5d所示，光束控制部件300具有：入射面310，以与光束控制部件300的中心轴ca相交的方式配置于背面侧；反射部340，以包围入射面310的方式配置于背面侧；全反射面320，以与中心轴ca相交的方式配置于正面侧；以及出射面330，以包围中心轴ca和全反射面320的方式配置。在此，“正面侧”是指光漫射部件120侧，“背面侧”是指底板112侧(发光元件210侧)。
入射面310是以与光束控制部件300的中心轴ca相交的方式配置于背面侧的、大致三角锥状的凹部的内表面。另外，入射面310使从发光元件210射出的光入射至光束控制部件300内。入射面310构成为，使所入射的光的大部分朝向全反射面320。
全反射面320以与中心轴ca相交的方式配置于正面侧，使由入射面310入射的光向侧方(出射面330侧)反射。在本实施方式中，全反射面320包括配置于与入射面310相对的位置的第一全反射面322和以包围第一全反射面322的方式配置的第二全反射面323。第一全反射面322是大致三角锥状的凹部的内表面，该大致三角锥状的凹部形成为在与入射面310的顶部相对的位置具有顶部。第二全反射面323是圆环状的平面。
出射面330以包围中心轴ca和全反射面320的方式配置。出射面330是将光束控制部件300的背面侧的面的外缘与正面侧的面的外缘连接的侧面。出射面330将由全反射面320反射后的光向侧方(远离光束控制部件300的中心轴ca的方向)射出。此时，到达出射面330的光的一部分被内部反射而朝向反射部340。
反射部340与入射面310同样地配置于光束控制部件300的背面侧，使由出射面330内部反射并到达反射部340的光进一步内部反射。在本实施方式中，反射部340包括配置于包围入射面310的位置的第一反射部341和以包围第一反射部341的方式配置的第二反射部342。反射部340(第一反射部341和第二反射部342)具有用于使从出射面330到达的光反射的多个凸条。多个凸条分别具有第一反射面343、第二反射面344以及作为第一反射面343和第二反射面344的交线的棱线345，发挥如全反射棱镜那样的功能。各凸条的剖面形状为大致三角形状。
在本实施方式中，无论是在第一反射部341还是在第二反射部342中，多个凸条均配置为使棱线345的延长线与中心轴ca交叉，且随着棱线345靠近中心轴ca而靠近正面侧。不特别地限定第一反射部341中的各凸条(棱线)的倾斜角度，但从不使所到达的光向正上方反射且不使该光透射的观点来看，优选以底板112为基准而为0°～10°左右。另外，也不特别地限定第二反射部342中的各凸条(棱线)的倾斜角度，但从使所到达的光不向正上方反射且不使该光透射的观点来看，优选以底板112为基准而为5°～15°左右。
(面光源装置中的光路)
在本实施方式的面光源装置100中，在各发光装置200中从发光元件210射出的光的配光受光束控制部件300的控制。在各发光装置200中，从发光元件210射出的光在入射面310透射，由全反射面320反射并到达出射面330。到达出射面330的光的大部分从出射面330向侧方射出。另一方面，到达出射面330的光的一部分由出射面330内部反射，到达反射部340(第一反射部341或第二反射部342)。到达反射部340的光由发挥如全反射棱镜那样的功能的凸条内部反射，不向正上方行进而向侧方行进，从出射面330等向侧方射出。从各发光装置200的光束控制部件300向侧方射出的光由底板112的内表面113漫反射后到达光漫射部件120，或直接到达光漫射部件120。光漫射部件120在使来自发光装置200的出射光漫射并透射。
(效果)
如上所述，在本实施方式的面光源装置100中，光束控制部件300具有反射部340，该反射部340用于使由出射面330内部反射后的光进一步内部反射。因此，不会出现以下情况，即由出射面330内部反射后的光由光束控制部件300的背面向正上方方向反射，或在光束控制部件300的背面透射并被底板112的内表面113吸收等情况。因此，具有本实施方式的光束控制部件300的面光源装置100与具有以往的光束控制部件的面光源装置相比，能够将光均匀且高效地照射到被照射面。因此，本实施方式的面光源装置100和显示装置100’与以往的装置相比，更明亮且辉度不均较少。
[实施方式2]
(面光源装置和发光装置的结构)
实施方式2的面光源装置与实施方式1的面光源装置100的不同之处仅在于，代替实施方式1的光束控制部件300而具有实施方式2的光束控制部件400。因此，在本实施方式中，仅对实施方式2的光束控制部件400进行说明。
(光束控制部件的结构)
在实施方式2的光束控制部件400中，只有反射部410的形状与实施方式1的光束控制部件300不同。因此，对于与实施方式1的光束控制部件300相同的结构，标以相同的附图标记并省略其说明。
图6a～图6d是表示本实施方式的光束控制部件400的结构的图。图6a是光束控制部件400的俯视图。图6b是图6a所示的a-a线的剖面图。图6c是光束控制部件400的仰视图。图6d是光束控制部件400的主视图。应予说明，在图6b中省略了剖面线。
如图6a～图6d所示，光束控制部件400具有：入射面310，以与光束控制部件400的中心轴ca相交的方式配置于背面侧；反射部410，以包围入射面310的方式配置于背面侧；全反射面320，以与中心轴ca相交的方式配置于正面侧；以及出射面330，以包围中心轴ca和全反射面320的方式配置。
反射部410与入射面310同样地配置于光束控制部件400的背面侧，使由出射面330内部反射并到达反射部410的光进一步内部反射。在本实施方式中，反射部410包括配置于包围入射面310的位置的第一反射部411和以包围第一反射部411的方式配置的第二反射部412。反射部410(第一反射部411和第二反射部412)具有用于使从出射面330到达的光反射的多个凸条。多个凸条分别具有第一反射面413、第二反射面414以及作为第一反射面413和第二反射面414的交线的棱线415，发挥如全反射棱镜那样的功能。各凸条的剖面形状为大致三角形状。
在本实施方式中，无论是在第一反射部411还是在第二反射部412中，多个凸条均配置为，使棱线415的延长线与中心轴ca交叉，且随着棱线415靠近中心轴ca而靠近背面侧。不特别地限定第一反射部411中的各凸条(棱线)的倾斜角度，但从不使所到达的光向正上方反射且不使该光透射的观点来看，优选以底板112为基准而为75°～85°左右。另外，也不特别地限定第二反射部412中的各凸条(棱线)的倾斜角度，但从使所到达的光不向正上方反射且不使该光透射的观点来看，优选以底板112为基准而为70°～80°左右。
(面光源装置中的光路)
本实施方式的面光源装置中也与实施方式1的面光源装置100同样地，在各发光装置中从发光元件210射出的光的配光受光束控制部件400的控制。在各发光装置中，从发光元件210射出的光在入射面310透射，由全反射面320反射，到达出射面330。到达出射面330的光的大部分从出射面330向侧方射出。另一方面，到达出射面330的光的一部分由出射面330内部反射，到达反射部410(第一反射部411或第二反射部412)。到达反射部410的光由发挥如全反射棱镜那样的功能的凸条内部反射，不向正上方行进而向侧方行进，从出射面330等向侧方射出。从各发光装置的光束控制部件400向侧方射出的光由底板112的内表面113漫反射后到达光漫射部件120，或直接到达光漫射部件120。光漫射部件120在使来自发光装置的出射光漫射并透射。
(效果)
本实施方式的面光源装置具有与实施方式1的面光源装置100相同的效果。
[照度分布的比较]
为了确认实施方式1的光束控制部件300和实施方式2的光束控制部件400的效果，对实施方式1的面光源装置100和实施方式2的面光源装置中的、单个发光装置所涉及的光漫射部件120上的照度分布进行了测定。另外，为了比较，对使用了不具有反射部340、410的比较例的光束控制部件500的面光源装置中的、单个发光装置所涉及的光漫射部件120上的照度分布也进行了测定。
图7a～图7d是表示比较例的光束控制部件500的结构的图。图7a是光束控制部件500的俯视图。图7b是图7a所示的a-a线的剖面图。图7c是光束控制部件500的仰视图。图7d是光束控制部件500的主视图。应予说明，在图7b中省略了剖面线。如图7a～图7d所示，比较例的光束控制部件500与实施方式1的光束控制部件300和实施方式2的光束控制部件400的不同之处仅在于，不具有反射部340、410这一点。
图8是表示关于实施方式1的光束控制部件300、实施方式2的光束控制部件400及比较例的光束控制部件500的、光漫射部件120上的照度分布的曲线图。横轴表示距光束控制部件的中心轴ca的距离，纵轴表示照度(lx)。
由图8可知，通过使用实施方式1的光束控制部件300或实施方式2的光束控制部件400，从而与使用比较例的光束控制部件500的情况相比，能够抑制在光束控制部件的正上方产生亮部。即，可知，通过使用实施方式1的光束控制部件300或实施方式2的光束控制部件400，从而与使用比较例的光束控制部件500的情况相比，能够减少面光源装置的辉度不均。
本申请主张基于在2018年10月1日提出的日本专利申请特愿2018-186488的优先权。将该申请的说明书和附图中记载的内容全部引用于本申请说明书中。
工业实用性
本发明的光束控制部件、发光装置、面光源装置及显示装置例如能够应用于液晶显示装置的背光源或普通照明等。
附图标记说明
10面光源装置
11壳体
12支撑板
13安装基板
14光源单元
15光漫射部件
16led
17间隔件
20光学元件
21入射面
22反射面
23侧面
100面光源装置
100’显示装置
102显示部件(被照射部件)
110壳体
112底板
113内表面(漫反射面)
114基板
115顶板
120光漫射部件(发光面)
200发光装置
210发光元件
300、400、500光束控制部件
310入射面
320全反射面
322第一全反射面
323第二全反射面
330出射面
340、410反射部
341、411第一反射部
342、412第二反射部
343、413第一反射面
344、414第二反射面
345、415棱线
ca光束控制部件的中心轴