CN106019699B - 发光装置、面光源装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光装置、面光源装置以及显示装置。发光装置包括：发光元件，其从顶面及侧面射出光；以及光束控制部件，用于对从发光元件射出的光的配光进行控制。光束控制部件包括：背面，其以与基板隔开间隔的方式配置；入射面，其使从发光元件射出的光入射；以及出射面，其使由入射面入射的光的至少一部分向外部射出。在设凹部的开口部的直径为φ、俯视时的发光元件的最大长度为L、发光元件的厚度为t时，直径φ为，从如下位置到所述光束控制部件的中心轴为止的距离的2倍以上、且小于“L+12t”，所述位置是自发光元件的侧面射出并到达基板的光在基板上的照度分布中照度最大的位置。

Description

发光装置、面光源装置及显示装置
技术领域
本发明涉及具有发光元件及光束控制部件的发光装置、具有该发光装置的面光源装置及显示装置。
背景技术
液晶显示装置等透射型图像显示装置中，有时使用直下式面光源装置。近年来，开始使用具有多个发光元件作为光源的面光源装置。
例如，面光源装置具有基板、多个发光元件、多个光束控制部件以及漫射板。多个发光元件以矩阵状配置于基板上。在各发光元件之上配置有将从各发光元件射出的光向基板的表面方向扩展的光束控制部件。从发光元件射出的光被光束控制部件漫射，以面状照射被照射部件(例如液晶面板)(例如，参照专利文献1)。
图1是表示专利文献1中记载的背光源装置(面光源装置)的结构的图。如图1所示那样，专利文献1中记载的背光源装置10具有：安装基板20、在安装基板20上配置且从上表面将光射出的封装体30、以覆盖封装体30的方式在安装基板20上配置并对从封装体30射出的光的配光进行控制的漫射透镜(光束控制部件)40、以及使从漫射透镜40射出的光漫射的同时使其透射的漫射板50。另外，漫射透镜40具有：使从封装体30射出的光扩展的透镜部41、以及用于通过粘接剂46将透镜部41固定于安装基板20的固定部42。而且，透镜部41具有：安装基板20侧的底面43、在底面43开口的凹状的光入射面44、以及在光入射面44相反侧配置的光出射面45。
从封装体30射出的光从光入射面44向漫射透镜40入射。入射到漫射透镜40的光从光出射面45向漫射透镜40的外部射出。而且，射出到外部的光通过在漫射板50漫射的同时进行透射，来以面状照射被照射部件。
另外，专利文献2中记载了从侧面发光的倒装型的LED。在专利文献2中记载的LED中，通过在发光的荧光体层的上表面配置反射性的膜，来从侧面射出光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-218940号公报
专利文献2：日本特表2010-537400号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1中记载的背光源装置10中，通过在封装体30的上表面的上侧配置漫射透镜40，来使从封装体30射出的光向漫射透镜40的入射效率最优化。另一方面，由于各种理由，存在在专利文献1中记载的背光源装置10中搭载专利文献2中记载的那样的、从侧面射出光的LED的可能性。
但是，当在专利文献1中记载的背光源装置10中搭载有专利文献2中记载的LED的情况下，由于专利文献2中记载的LED从侧面射出光，因此从LED的侧面射出的光的一部分到达安装基板20。而且，到达安装基板20的光的一部分向漫射透镜40的底面43反射。到达底面43的光向上侧折射而向漫射透镜40的内部入射。在漫射透镜40的内部向上侧行进的光从光出射面45向上侧射出到漫射透镜40的外部。射出到外部的光到达漫射板50而成为亮部。这样，当在专利文献1中记载的背光源装置10中搭载有专利文献2中记载的LED的情况下，由从底面43向漫射透镜40入射的光，在漫射透镜40的正上方部分产生了亮部。
一般地，通过减小光入射面44的顶部的曲率半径，来消除在漫射透镜40的正上方部分产生的亮部。与由顶部的曲率半径较大的光入射面44的顶部附近入射的情况相比，由光入射面44的曲率半径较小的顶部附近入射的光以向侧方扩展的方式折射。从而，通过将光入射面44的顶部的曲率半径形成为较小，来消除在正上方部分产生的亮部。
若这样将凹状的光入射面44中的顶部的曲率半径形成为较小，则光入射面44的开口部的开口直径变小，LED与开口缘部的距离变近。从而，在上述那样在专利文献1中记载的背光源装置10中搭载有专利文献2中记载的LED的状态下，将光入射面44中的顶部的曲率半径设为较小的情况下，从底面43入射的光的光量增加，反而在漫射透镜40的正上方部分产生亮部。
在此，为了使从底面43入射的光的光量降低，增大底面43的开口直径是有效的。但是，若超过需要地增大开口直径，则光入射面44中的顶部的曲率半径变大，漫射透镜40本来的漫射功能降低。
这样，难以兼顾来自光入射面44的入射光的控制、和来自底面43的入射光量的降低。
因此，本发明的目的在于，提供具有至少从顶面及侧面射出光的发光元件且能够将从发光元件射出的光控制为所希望的配光的发光装置。另外，本发明的另一目的在于提供具有该发光装置的面光源装置及显示装置。
解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明的发光装置包括：发光元件，其配置在基板上，至少从顶面及侧面射出光；以及光束控制部件，其以与所述发光元件的光轴相交的方式配置，用于对从所述发光元件射出的光的配光进行控制，所述光束控制部件包括：背面，其以与所述基板隔开间隔的方式配置；入射面，其是被配置成在俯视时包含所述发光元件的、在所述背面开口的凹部的内表面，使从所述发光元件射出的光入射；以及出射面，其使由所述入射面入射的光的至少一部分向外部射出，在设所述凹部的开口部的直径为φ、俯视时的所述发光元件的最大长度为L、所述发光元件的厚度为t时，所述直径φ为，从如下位置到所述光束控制部件的中心轴为止的距离的2倍以上、且小于“L+12t”，所述位置是自所述发光元件的侧面射出并到达所述基板的光在所述基板上的照度分布中照度最大的位置。
另外，为了实现上述目的，本发明的所述基板与所述背面之间的间隔小于所述发光元件的厚度。
另外，为了实现上述目的，本发明的面光源装置包括：本发明的发光装置；以及光漫射部件，使来自所述发光装置的光漫射的同时使其透射。
并且，为了实现上述目的，本发明的显示装置包括：本发明的面光源装置；以及显示部件，其被从所述面光源装置射出的光照射。
发明效果
根据本发明，即使在使用至少从顶面及侧面射出光的发光元件的情况下也能够将从发光元件射出的光控制为所希望的配光。
附图说明
图1是表示专利文献1中记载的背光源装置的结构的图，
图2A、图2B是表示本实施方式的面光源装置的结构的图，
图3A、图3B是本实施方式的面光源装置的剖面图，
图4是本实施方式的面光源装置的部分放大剖面图，
图5A是示意性地表示了本实施方式的发光装置的部分放大剖面图，图5B是示意性地表示了发光装置的部分放大俯视图，
图6A是用于说明照度分布的仿真条件的图，图6B是表示照度分布的仿真结果的曲线图，以及
图7A、图7B是表示对本实施方式的发光装置中的辉度进行测定而得到的结果的曲线图。
附图标记说明
10 背光源装置
20 安装基板
30 封装体
40 漫射透镜
41 透镜部
42 固定部
43 底面
44 光入射面
45 光出射面
46 粘接剂
50 漫射板
100 面光源装置
110 壳体
120 发光装置
121 基板
122 发光元件
123 光束控制部件
130 光漫射部件
141 背面
142 入射面
143 出射面
143a 第一出射面
143b 第二出射面
144 支脚部
145 凹部
CA 光束控制部件的中心轴
LA 发光元件的光轴
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。在此，作为本发明的面光源装置的代表例，对适用于液晶显示装置的背光源等面光源装置进行说明。该面光源装置能够通过与被来自面光源装置的光照射的显示部件(例如液晶面板)组合，来作为显示装置使用。
(面光源装置及发光装置的结构)
图2～图4是表示本发明一实施方式的面光源装置100的结构的图。图2A是面光源装置100的俯视图，图2B是侧视图。图3A是在图2B中表示的A-A线的剖面图，图3B是在图2A中表示的B-B线的剖面图。图4是将图3B的一部分放大后的部分放大剖面图。
如图2～图4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120及光漫射部件130。在壳体110的顶板设置有开口部。光漫射部件130以堵住该开口部的方式而配置，作为发光面而发挥功能。对于发光面的大小，虽然不特别地进行限定，但是，例如为约400mm×约700mm(32英寸)。
光漫射部件130是具有光漫射性的板状部件，使来自发光装置120的出射光漫射的同时使其透射。通常，光漫射部件130的大小与液晶面板等被照射部件的大小几乎相同。例如，光漫射部件130由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、或苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚合树脂(MS)等光透射性树脂形成。为了赋予光漫射性，在光漫射部件130的表面形成有细微的凹凸、或在光漫射部件130的内部分散有珠粒等光漫射子。
如图4所示那样，多个发光装置120分别具有基板121、发光元件122及光束控制部件123。
基板121是平板状的部件。基板121支撑发光元件122及光束控制部件123。基板121配置在壳体110的底板上，多个发光装置120以一定的间隔配置在壳体110的底板上。
发光元件122是面光源装置100的光源，配置于基板121上。对于发光元件122的种类，只要是至少从顶面及侧面射出光的光源，不特别地进行限定。本实施方式中，发光元件122是从顶面及侧面射出光的倒装型的发光二极管(LED)。另外，对于发光元件122的形状，只要能够至少从顶面及侧面射出光，不特别地进行限定。作为发光元件122的形状的例，包括棱柱形状或圆柱形状等。本实施方式中发光元件122的形状是四棱柱形状。例如，发光元件122的大小为，宽度w1.4mm×深度d1.4mm×厚度t0.4mm。
光束控制部件123是对从发光元件122射出的光的配光进行控制的漫射透镜，配置于基板121上。光束控制部件123以其中心轴CA与发光元件122的光轴LA一致的方式配置于发光元件122之上。在安装有发光元件122的基板121的表面与光束控制部件123的背面141之间形成有用于使从发光元件122发出的热量向外部释放的间隙。此外，所谓“发光元件的光轴LA”是指来自发光元件122的顶面的、立体的出射光束的中心的光线。
通过一体成型来形成光束控制部件123。对于光束控制部件123的材料，只要是能够使所希望的波长的光通过的材料，不特别地进行限定。例如，光束控制部件123的材料是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)、环氧树脂(EP)等光透射性树脂、或玻璃。
利用光束控制部件123将从发光元件122射出的光向径向(远离中心轴CA的方向)扩展。对于来自发光元件122的出射光束中的、相对于中心轴CA的角度较小的光，其效果是明显的。从发光装置120射出的光到达光漫射部件130。到达光漫射部件130的光在光漫射部件130中进行漫射的同时进行透射。
(光束控制部件的结构)
如图4所示那样，光束控制部件123具有：背面141、入射面142、出射面143以及多个支脚部144。
背面141是位于光束控制部件123的下侧(发光元件122侧)并与基板121隔开间隔而配置的平面。对于基板121与背面141之间的间隔l(参照图5)，虽然只要形成了用于使从发光元件122发出的热量向外部释放的间隙，不特别地进行限定，但是优选其小于发光元件122的厚度t。在背面141的中央部分形成有凹部145。凹部145以与中心轴CA相交的方式而配置。另外，在背面141的除去了凹部145的区域中，沿周向等间隔地配置有多个支脚部144。
入射面142是凹部145的内表面。入射面142在对从发光元件122射出的光控制其行进方向的同时，使其向光束控制部件123的内部入射。由于光束控制部件123的入射面142是本发明的发光装置120的主要特征部分，因此细节后述。
出射面143在对由入射面142向光束控制部件123的内部入射的光控制其行进方向的同时使其向外部射出。出射面143以与中心轴CA相交的方式而配置于光漫射部件130侧，向上侧(光漫射部件130侧)突出。
出射面143具有：位于以光束控制部件123的中心轴CA为中心的规定范围的第一出射面143a；以及在第一出射面143a的周围连续地形成的第二出射面143b。
第一出射面143a形成为，配置于与光束控制部件123的中心轴CA(发光元件122的光轴LA)相交的位置，向下侧(发光元件122侧)凸。第一出射面143a既可以整体形成为凸曲面状，也可以形成为从第一出射面143a的中心轴到外缘部的母线相对于下侧(发光元件122侧)为凹(向上侧(光漫射部件130侧)凸)的曲线。本实施方式中，第一出射面143a形成为，从第一出射面143a的中心轴到外缘部的母线相对于下侧(发光元件122侧)为凹的曲线。
第二出射面143b是以包围第一出射面143a的方式而配置的、整体凸向上侧(光漫射部件130侧)的曲面(凸曲面)。第二出射面143b的形状为作为整体而切下圆环面的一部分后那样的凸形状。此外，虽然不特别地进行图示，但是在第二出射面143b的周围也可以具有第三出射面。在包含中心轴CA的剖面中，第三出射面既可以是直线状，也可以是曲线状。
另外，在沿着中心轴CA的方向上，第一出射面143a和第二出射面143b的边界也可以是第一出射面143a的下侧(发光元件122侧)的端部与第二出射面143b的上侧(光漫射部件130侧)的端部之间的中点等。
多个支脚部144是在背面141的外周部从背面141向下侧(发光元件122侧)突出的圆柱状的部件。多个支脚部144相对于发光元件122在适当的位置支撑光束控制部件123。如上述那样，在基板121与背面141之间形成有用于使从发光元件122发出的热量向外部释放的间隙。即，支脚部144的高度(长度)h具有能够确保用于使从发光元件122发出的热量向外部释放的间隙的高度。另外，从使从背面141向光束控制部件123内入射的光的光量降低的观点来看，优选支脚部144的高度h比上述的发光元件122的厚度t短。
虽然不特别地进行图示，但是光束控制部件123也可以具有凸缘部。凸缘部位于出射面143的外周部与背面141的外周部之间，向径向外侧突出。凸缘部的形状为大致圆环状。凸缘部不是一定需要，但是通过设置凸缘部，光束控制部件123的安装及位置对准变得容易。不特别地限定凸缘部的厚度，考虑出射面143的所需面积或凸缘部的成型性等来决定。
从发光元件122射出的光中的大部分的光由入射面142向光束控制部件123内入射。这时，根据入射面142的形状，入射光(特别是光轴LA附近的光)向径向(远离发光元件122的光轴LA的方向)扩展。入射到光束控制部件123内的光由出射面143向外部射出。这时，也根据出射面143的形状，来自发光元件122的光向径向(远离发光元件122的光轴LA的方向)进一步扩展。其结果，从发光装置120射出向较宽的角度范围平滑地扩展的光。
在此，参照图5，对入射面142的形状详细地进行说明。图5A是示意性地表示发光装置120的部分放大剖面图，图5B是示意性地表示发光装置120的部分放大俯视图。图5A中，省略了发光元件122、基板121及光束控制部件123的剖面线。如上述那样，入射面142是以与中心轴CA相交的方式配置在发光元件122侧的凹部145的内表面，在对从发光元件122射出的光控制其行进方向的同时使其向光束控制部件123的内部入射。本实施方式中，在包含中心轴CA的剖面中，入射面142的形状是大致半椭圆形状。另外，入射面142还是以中心轴CA为旋转轴的旋转对称面。
本实施方式的发光装置120中，从兼顾由入射面142入射的光的适当控制、和由背面141入射的光的降低的观点来看，将凹部145的开口部的直径φ设定为在规定的范围内。即，在设凹部145的开口部的直径为φ、设俯视时的发光元件122的最大长度为L、设发光元件122的厚度为t时，直径φ为，从自发光元件122的侧面射出并到达基板121的光在基板121(或壳体110的底板)上的照度分布中照度最大的地点到光束控制部件123的中心轴CA为止的距离的2倍以上，且小于“L+12t”。在此，所谓“俯视时的发光元件的最大长度L”是指，在俯视发光元件122时，将该发光元件122中任意的外缘部的2点连结的线段中的、最长的线段的长度。例如，在发光元件122的俯视形状为矩形的情况下，最大长度L为对角线的长度，在发光元件122的俯视形状为圆的情况下，最大长度L为直径。
在凹部145的开口部的直径φ小于上述规定的长度的情况下，从发光元件122的侧面射出并由基板121反射的光的大部分从背面141入射，在发光装置120的正上方部分产生了亮部。另一方面，在凹部145的开口部的直径φ为“L+12t”以上的情况下，虽然从发光元件122的侧面射出的光中的由入射面142入射的光的比例增加，但是由于凹部145(入射面142)的顶部变得平缓，因此无法适当地控制由凹部145(入射面142)的顶部入射的光的行进方向。
(仿真)
首先，关于从发光元件122的侧面射出并到达基板121的光在基板121上的照度分布进行了仿真。具体而言，如图6A所示那样，在包含发光元件122的光轴LA的剖面中，假定从发光元件122的侧面整体射出朗伯配光的光，而对基板121表面的各地点的照度进行了计算。此外，假定到达基板121的光不反射而被吸收。另外，设发光元件122的大小为宽度w1.4mm×深度d1.4mm×厚度t0.4mm。在该情况下，发光元件122的最大长度L为1.98mm。
图6B是表示仿真结果的曲线图。横轴表示在包含发光元件122的光轴LA的剖面中距发光元件122的光轴LA(光束控制部件123的中心轴CA)的距离(mm)，纵轴表示照度(lux)的相对值(将最大值设定为1)。
如图6B所示那样，在本仿真中，在距发光元件122的中心为0.94mm的位置在基板121照射的光的照度最大。此外，如本实施方式的发光装置120那样，在使用从侧面射出光的发光元件122的发光装置中，从发光元件122的侧面射出的光到达基板121的位置根据发光元件122的大小(最大长度L)及厚度t而变化。从而，在本实施方式的发光装置120中，考虑所使用的发光元件122的最大长度L及厚度t，设定光束控制部件123的凹部145(入射面142)的开口部的直径φ。即，对于仿真中所使用的发光元件122，将凹部145的开口部的直径φ设为，1.88mm(＝0.94mm×2)以上且小于6.78mm(＝1.98mm+12×0.4mm)(L+12t)。
(实验)
接下来，关于本实施方式的发光装置120的辉度分布进行了实测。本实验中，对于具有配置于基板121上的发光元件122及固定于基板121的光束控制部件(光束控制部件A～G中的任意一个)的发光装置，使用二维色彩辉度仪对从光束控制部件沿着发光元件122的光轴LA的方向射出的光的辉度进行了测定。发光元件122的大小与仿真相同(宽度w1.4mm×深度d1.4mm×厚度t0.4mm)。另外，光束控制部件A～G仅凹部145的开口部的直径φ不同。此外，对于光束控制部件E，关于在第一入射面的中央部分形成有圆锥状的凸部的点也不同。各光束控制部件A～G的凹部的开口部的直径φ分别为2.30mm、2.70mm、3.02mm、3.35mm、3.43mm、3.52mm及3.87mm。另外，基板121的表面与光束控制部件的背面之间的距离为0.1mm。
图7A、图7B是表示各发光装置的辉度分布的曲线图。图7A中的双点划线表示具有开口部的直径φ为2.30mm的光束控制部件A的发光装置的结果，点线表示具有开口部的直径φ为2.70mm的光束控制部件B的发光装置的结果，单点划线表示具有开口部的直径φ为3.02mm的光束控制部件C的发光装置的结果，实线表示具有开口部的直径φ为3.35mm的光束控制部件D的发光装置的结果。图7B中的实线表示具有开口部的直径φ为3.35mm的光束控制部件D的发光装置的结果(与图7A的实线相同)，点线表示具有开口部的直径φ为3.43mm的光束控制部件E的发光装置的结果，单点划线表示具有开口部的直径φ为3.52mm的光束控制部件F的发光装置的结果，双点划线表示具有开口部的直径φ为3.87mm的光束控制部件G的发光装置的结果。图7A及图7B的横轴表示距光束控制部件的中心轴CA的距离(mm)，纵轴表示辉度(cd/m2)。由图7A、图7B中所示的虚线所包围的区域是由从发光元件122的侧面射出并由光束控制部件A～G的背面入射的光产生的峰，本实施方式的发光装置120的目的之一是将能够作为亮部产生原因的该峰降低。此外，在图7A、图7B中所示的光束控制部件D、F、G的中心轴CA附近见到的峰是由从发光元件122射出并通过入射面142的顶部及出射面的中心轴而射出的光产生的出射光。对于在中心轴CA附近见到的峰，尽管由于发光元件与光束控制部件向基板安装时的安装误差等会产生差异，然而存在由于入射面142的顶部的曲率半径增大而该峰的强度增大的趋势。因此，在基于图7A及图7B来确认发明效果的情况下，仅对由虚线包围的区域内的峰进行确认即可。
如由图7A、图7B的虚线所包围的区域所示那样，可知随着开口部的直径φ变大，由光束控制部件A～G的背面入射而向光束控制部件A～G的正上方射出的光逐渐减少。根据这种情况可知，通过增大开口部的直径φ，能够抑制由光束控制部件的背面入射的光导致的、在光束控制部件的正上方部分处的亮部的产生。此外，具有光束控制部件E的发光装置利用在第一入射面的中央部形成的凸部，将从中心轴CA附近射出的光向侧方控制，因此，在中心轴CA附近未检测出可见到的峰。另外，若还考虑到入射面142的顶部处的入射面142的倾斜角，则能够得到以下启示：使用了将凹部145的开口部的直径φ设为规定的范围内的光束控制部件A～G的发光装置120，能够兼顾由入射面142入射的光的适当控制、和由背面141入射的光的降低。
(效果)
如上所述，本发明的发光装置120中，凹部145的开口部的直径φ为，从自发光元件122的侧面射出并到达基板121的光在所述基板上的照度分布中照度最大的位置到光束控制部件122的中心轴CA的距离的2倍以上，且小于“L+12t”，因此，能够将从发光元件122射出的光控制为所希望的配光。
工业实用性
本发明的发光装置及面光源装置例如能够适用于液晶显示装置的背光源或一般照明等。

Claims (4)

1.一种发光装置，包括：
发光元件，其配置在基板上，至少从顶面及侧面射出光；以及
光束控制部件，其以与所述发光元件的光轴相交的方式配置，用于对从所述发光元件射出的光的配光进行控制，
所述光束控制部件包括：
背面，其以与所述基板隔开间隔的方式配置；
入射面，其是被配置成在俯视时包含所述发光元件的、在所述背面开口的凹部的内表面，使从所述发光元件射出的光入射；以及
出射面，其使由所述入射面入射的光的至少一部分向外部射出，
在设所述凹部的开口部的直径为φ、俯视时的所述发光元件的最大长度为L、所述发光元件的厚度为t时，所述直径φ为，从如下位置到所述光束控制部件的中心轴为止的距离的2倍以上、且小于“L+12t”，所述位置是自所述发光元件的侧面射出并到达所述基板的光在所述基板上的照度分布中照度最大的位置。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，
所述基板与所述背面之间的间隔小于所述发光元件的厚度。
3.一种面光源装置，包括：
权利要求1或权利要求2所述的发光装置；以及
光漫射部件，使来自所述发光装置的光漫射并使其透射。
4.一种显示装置，包括：
权利要求3所述的面光源装置；以及
显示部件，其被从所述面光源装置射出的光照射。
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