CN115280062A - 棱镜片和使用了该棱镜片的照明装置 - Google Patents

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CN115280062A CN202180020187.XA CN202180020187A CN115280062A CN 115280062 A CN115280062 A CN 115280062A CN 202180020187 A CN202180020187 A CN 202180020187A CN 115280062 A CN115280062 A CN 115280062A
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Abstract

实现外形是圆形、且具有同心圆状的棱镜阵列的棱镜片。一种棱镜片(15)，其是外形呈圆形且在一个面形成有同心圆状的棱镜阵列的棱镜片(15)，其特征在于，从所述棱镜阵列的中心朝向半径方向以与所述同心圆交叉的方式形成有槽(51)。在使用转印辊将棱镜阵列转印到棱镜片(15)之际，使所卷入的空气经由该槽(51)排出。

Description

棱镜片和使用了该棱镜片的照明装置
技术领域
本发明涉及外形是圆形、且具有同心圆状的棱镜阵列的棱镜片和使用了该棱镜片的显示装置。
背景技术
作为照明装置逐渐使用发光二极管(LED、Light Emitting Diode)。LED的发光效率良好，在减少电能消耗方面有利。LED是点光源，因此，为了用作照明装置需要转换成面光源。另一方面，有时使用棱镜片作为使从照明装置出射的出光角度变小的手段。
在专利文献1中记载有如下照明装置：出射面是平面，将背面设为相对于出射面具有规定角度的反射面，使从侧方入射的来自LED的光在所述反射面上反射，并从所述出射面出射，由此获得面光源。
在专利文献2中记载有如下结构：外形是四方形，在一个面形成有放射状的棱镜，在另一个面形成有同心圆状的棱镜。
在专利文献3中记载有如下结构：外形是四方形，具有线状的棱镜阵列，在线状的棱镜阵列的谷部分形成粗糙面，由此抑制旁瓣。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2013/080903
专利文献2：日本特开2006-91821
专利文献3：日本特开2012-68370
发明内容
对于照明装置，例如在想要用作聚光灯的情况下等，也要求配光角度小的光源。在这样的光源中以往采用了使用抛物面镜而形成平行光的结构。不过，这样的光源需要进深，难以使光源自身小型化或者薄型化。
另一方面，通过使用具有细间距的棱镜阵列的棱镜片，能够在出射面的法线方向上聚光。也就是说，通过使用棱镜片，存在能够减小配光角度的可能性。另外，存在想要将光源装置的出射面设为圆形的情况，适合于这样的出射面的棱镜片期望是圆形的棱镜片。不过，在圆形的棱镜片的制造方面，存在与以往那样的、具有线状的棱镜阵列且外形是四边形的棱镜片的制造不同的课题。
本发明的课题在于能够制造圆形的棱镜片，实现薄型且能够获得准直的出射光的照明装置。
本发明用于解决上述课题，主要的具体手段如下所述。
(1)一种棱镜片，外形呈圆形，且在一个面形成有同心圆状的棱镜阵列，其特征在于，从所述棱镜阵列的中心朝向半径方向以与所述同心圆交叉的方式形成有槽。
(2)一种棱镜片，外形呈圆形，且在一个面形成有同心圆状的棱镜阵列，其特征在于，构成所述棱镜阵列的各圆形棱镜存在圆周方向上不连续的部位。
(3)一种棱镜片，外形呈圆形，其特征在于，所述棱镜片由半圆形状的第1棱镜片和半圆形状的第2棱镜片构成，在所述第1棱镜片的一个面呈同心圆状地形成有由多个半圆构成的第1棱镜阵列，在所述第2棱镜片的一个面呈同心圆状地形成有由多个半圆构成的第2棱镜阵列，所述第1棱镜片与所述第2棱镜片以规定的间隔配置。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的棱镜片，其特征在于，所述另一个面是平面。
(5)一种照明装置，使用了(1)～(4)中任一项所述的棱镜片。
(6)一种照明装置，其特征在于，使用了(4)所述的棱镜片，所述棱镜片的作为平面的所述另一个面位于出射面侧。
(7)一种照明装置，其特征在于，(1)～(4)中任一项所述的棱镜片配置于圆形的导光板上。
附图说明
图1是照明装置的立体图。
图2是表示配光角度的定义的图。
图3是表示使用抛物面镜而照射准直光的照明装置的俯视图。
图4是图3的A-A剖视图。
图5是照明装置的俯视图。
图6是图5的B-B剖视图。
图7是照明装置的分解立体图。
图8是表示框架的轴附近的剖视图的、图7的C-C剖视图。
图9是表示使第1导光板与第2导光板重叠的状态的俯视图。
图10A是第1导光板的俯视图。
图10B是图10A的D-D剖视图。
图10C是图10A的E-E剖视图。
图11A是棱镜片的俯视图。
图11B是图11A的F-F剖视图。
图12是棱镜片的制造装置的剖视图。
图13是表示在卷料上形成外形呈四方形的棱镜片的状态的俯视图。
图14是表示图13中的所卷入的空气的排出路径的俯视图。
图15是表示在卷料形成外形呈圆形的棱镜片的状态的俯视图。
图16是表示形成外形呈圆形的棱镜片的情况的问题点的俯视图。
图17A是实施例1的俯视图。
图17B是图17A的D-D剖视图。
图17C是图17A的D-D剖视图的另一个例子。
图18A是实施例2的俯视图。
图18B是图18A的E-E剖视图。
图18C是图18A的E-E剖视图的另一个例子。
图19A是实施例3的俯视图。
图19B是图19A的F-F剖视图。
图20是表示棱镜片的另一形态的俯视图。
具体实施方式
图1是在聚光灯中使用的照明装置10的例子。来自该照明装置10的光被准直，从出射面110向被显示面120照射点状的光130。为了获得点状的光130，出射光的配光角度成为例如12度左右。
图2是表示配光角度的定义的图。图2是使光点从配置在例如顶棚的出射面110朝向地面照射的情况的图。出射面110的法线方向上的光强度最大，随着极角变大，光的强度变小。在将法线方向的光的强度设为100％、将光强度成为50％时的极角设为θ的情况下，配向角是2θ。在一般的准直光中所要求的配光角度是12度以下。
为了获得这样的准直光，以往使用了所谓的抛物面镜200。图3是使用了抛物面镜200的照明装置的俯视图，图4是该照明装置的剖视图。在图3中，在抛物面镜200的中央配置有LED20。LED20例如配置于LED用PCB基板(印刷电路板：Printed Circuit Board)30。LED20是高亮度LED，会成为高温，因此配置于散热装置300之上。在图3中，可以在抛物面镜200的背面看到散热装置300的一部分。
图4是图3的A-A剖视图。在图4中，在抛物面镜200的底面配置有LED20。从LED20出射的光除了朝向正上方的光之外，在抛物面镜200中反射而成为与光轴平行的光。不过，为了使抛物面镜200充分地发挥作用，需要抛物面镜200的高度h1。为了获得配光角度12度左右，需要抛物面镜的高度h1是60mm左右。实际上，要对其加上散热装置的高度h2、例如20mm左右，因此，照明装置整体的厚度需要为80mm以上。另外，图3、4所示的照明装置需要向构成光源的1个LED供给大的电力，因此，LED的发热较大，散热装置是必须的。
本发明用于实现厚度薄、能够以比较小的电能消耗产生准直光的照明装置，另外，使得能够进行用于实现这样的照明装置的棱镜片的制造。以下详细地说明本发明的内容。
图5是表示应用本发明的照明装置10的一个例子的俯视图，图6是图5的B-B剖视图。如图5所示，照明装置10的平面形状是圆，在最表面配置有棱镜片15。图5中的各光学部件是圆板状，***至具有中央的轴111和圆形的凸缘112的金属的框架11的轴111中。以包围框架11的轴111的方式配置搭载有LED20的柔性布线基板21，框架11的轴111与柔性布线基板21由导热片25粘接。在LED20处产生的热借助导热片25从框架的轴111朝向凸缘112散放。照明装置10的外形dd是例如98mm。
图6是图5的B-B剖视图。在图6中，在由金属形成的框架11的凸缘112上按顺序层叠有反射片12、上导光板13、下导光板14、棱镜片15。这些光学部件的中央附近被掏空成圆形，***至框架11的轴111。搭载有LED20的柔性布线基板21绕框架11的轴111粘贴。柔性布线基板21的一部分穿过在框架11的凸缘112的一部分形成的缺口而延伸至框架11的背面。柔性布线基板21与框架11的轴111借助具有优异的导热性的导热带25而粘接。
在图6中，箭头表示从各LED20入射到导光板13、14的光的光路的例子。虚线的箭头是从下侧的LED入射到下导光板的光的路径，实线的箭头是从上侧的LED入射到上导光板的光的路径。入射到上导光板14和下导光板13的光一边在导光板的各界面和反射片等中反复进行反射，一边朝向上侧、即出射面方向。在图6的结构中，在上导光板14与下导光板13的界面处也进行反射，因此，与导光板为1张的情况相比，能够使光更高效地朝向出射面方向。
在图6中，从上导光板14的主面出射的光由载置于上导光板14之上的棱镜片15进一步准直，朝向照明装置10的出射面的法线方向。如随后说明那样，在圆形的棱镜片上，呈同心圆状地形成有棱镜阵列。
图7是在图6中进行了说明的结构的分解立体图。在图7中，绕框架11的轴111借助导热片25粘贴有搭载有LED20的柔性布线基板21。图8是图7的C-C剖视图，且是框架11的轴111附近的详细剖视图。在图8中，搭载于柔性布线基板21的LED20形成为两层，以与上导光板14和下导光板13的内壁相对的方式配置。LED20成为高温，但LED20的热借助薄的柔性布线基板21和具有优异的导热性的导热片25向由金属形成的框架11的轴111散放。
返回图7，在框架11的轴111上***反射片12、下导光板13、上导光板14、棱镜片15。图9是上导光板14和下导光板13的俯视图。在下导光板13和上导光板14存在有形成有棱镜阵列的图案区域131、141和未形成棱镜阵列的无图案区域132、142。
若使下导光板13与上导光板14重叠，则下导光板13的图案区域131与上导光板14的无图案区域142重叠，或者，下导光板13的无图案区域132与上导光板14的图案区域141重叠。
图10A是表示下导光板13的棱镜阵列的结构的俯视图。在图10A中，形成有棱镜阵列的区域131和未形成棱镜阵列的区域132交替配置。在导光板13的上侧(以后也称为主面侧)形成的棱镜阵列在半径方向上呈放射状地形成，在导光板13的下侧(以后也称为背面侧)形成的棱镜阵列呈同心圆状。并且，LED20与形成有棱镜阵列的区域的内侧面相对地配置。
图10B是图10A的D-D剖视图，且是表示在导光板13的主面侧形成的棱镜阵列的剖视图。主面侧的棱镜阵列是从中心向半径方向呈放射状地延伸的图案。因而，棱镜的间距pt根据部位的不同而变化。导光板13的厚度例如是1.5mm。棱镜阵列的高度是例如0.1μm，顶角θt是例如90度。
图10C是图10A的E-E剖视图，且是表示在导光板13的背面侧形成的棱镜阵列的剖视图。背面侧的棱镜阵列是形成为同心圆状的图案。同心圆的间距pb是例如0.1μm，棱镜的高度hb是例如0.02μm，顶角θb是例如90度。在背面形成的棱镜的高度hb比在主面形成的棱镜的高度ht小。
不过，在导光板13的任一面形成的棱镜阵列的间距都与随后说明的棱镜片15中的棱镜阵列的高度和间距相比格外小。因而，在导光板13的主面和背面形成有密度非常高的棱镜阵列。此外，在以上的说明中，设为在导光板13形成的棱镜阵列是突起状的棱镜阵列而进行了说明，但利用通过在表面形成V形槽而形成的棱镜阵列，也能够获得同样的效果。
以上对下导光板13进行了说明，上导光板14也能够使用完全相同的形状的构件。上导光板13与下导光板14在组装时沿着方位角方向错开、使上导光板14的图案区域与下导光板13的无图案区域相对应地配置即可。LED与下导光板和上导光板的内侧面的图案区域相对应地配置。
图11A是配置于上导光板14之上的棱镜片15的俯视图。棱镜片15是在上导光板14侧的面形成有棱镜阵列50的、所谓的倒棱镜片。在图11A中，棱镜阵列50形成为同心圆状，因此，来自上导光板14的光在整周上向棱镜片15的主面的法线方向汇聚。
图11B是图11A的F-F剖视图，且是表示棱镜阵列的形状的剖视图。图11B示出棱镜阵列形成于下侧的面的情况。在图11B中，棱镜片15的厚度tp是例如200μm，V形槽的深度vd是例如75μm，顶角θp是例如66度，间距pp是例如100μm。如此，在棱镜片15形成的棱镜阵列的高度、间距等远远大于在下导光板13或者上导光板14的主面和背面形成的棱镜阵列的高度、间距。
图12是棱镜片的制造装置的剖视图。从投入侧输送作为棱镜片的材料的、由基于丙烯酸树脂等的透明树脂形成的卷料(片材)40，将棱镜阵列的图案从转印辊400转印到该卷料40。为了在转印区域中从转印辊400转印到卷料40，利用压迫辊420和压迫带430将卷料40向转印辊400侧强力按压。另外，在转印图案之际加热该卷料40。在转印了棱镜阵列之后，卷料40经由引出辊410卷绕于卷绕辊。之后，以外形成为圆形的方式裁断棱镜片。
图13是表示利用图12这样的装置制造以往的外形是四方形、且具有线状的棱镜阵列60的棱镜片的情况下的、卷料40和形成有棱镜阵列60的状态的俯视图。卷料40向白箭头的方向行进，并且从转印辊转印棱镜阵列60。此外，该情况下的棱镜阵列60的截面也成为图11B所示那样的形成有V形槽的状态。
棱镜阵列60的延伸方向与卷料40的行进方向相同，但棱镜片的外形相对于棱镜阵列的方向倾斜
Figure BDA0003838281660000081
这是为了应对将棱镜片装入产品时的莫尔纹采取的对策。
在从转印辊400向卷料40转印棱镜阵列60之际，空气卷入棱镜阵列60的棱镜的槽与转印辊40之间。不过，如图14的箭头所示，该空气在棱镜阵列60的端部处被向外侧挤出，因此不会成为问题。
图15是表示转印有在与本发明相关联的圆形的棱镜片形成的同心圆状的棱镜阵列50的状态的卷料40的俯视图。在图15中，是表示如下状态的俯视图：比A1-A1线靠上侧的部分是转印棱镜阵列50之前的卷料40，比A1-A1线靠下侧的部分利用转印辊400在卷料40上转印有棱镜阵列50。卷料40向下侧、即白箭头的方向行进。
图16是表示形成同心圆状的棱镜阵列50的情况下的问题点的俯视图。在图16中，在形成为同心圆状的棱镜阵列50的峰与峰之间、即图11B中的V形槽与转印辊400之间形成有闭空间，空气卷入其中。随着进行转印，空气如箭头这样在该闭空间中沿着棱镜阵列的槽在圆周方向上移动。不过，由于是闭空间，所以没有空气的逸出场所，因此，在转印辊与卷料之间产生气泡，无法进行准确的转印。
以下所示的实施例用于对这样的问题点采取对策、实现具有准确的棱镜阵列的棱镜片、实现高性能的照明装置。
实施例1
图17A是表示实施例1的棱镜片15的俯视图。在图17A中，呈同心圆状地形成有棱镜阵列50。棱镜阵列50的F-F剖视图与图11B相同。图17A的特征在于，在半径方向上形成有作为空气的通道的、空气排放槽51。卷入到棱镜阵列50与转印辊400之间的空气沿着棱镜阵列的槽在圆周方向上移动，经由空气排放槽51向外侧排出。在图17A中，以箭头示出该情形。箭头的朝向既可以是上侧也可以是下侧。空气排放槽51也形成于最内周的棱镜和最外周的棱镜。
图17B是图17A的G-G剖视图，且是空气排放槽51的剖视图。图17B的以虚线表示的深度vd表示图11B所示的棱镜阵列的V形槽的深度vd。在图17B中，空气排放槽的深度vdd比棱镜阵列50的V形槽的深度vd大。这是为了使空气更容易逸出。另外，为了使空气容易地逸出，空气排放槽的幅pd1最好与棱镜阵列50的间距pp相等或比棱镜阵列50的间距pp大。
图17C同样是图17A的G-G剖视图，且是空气排放槽51的剖视图的另一个例子。图17C的V形槽的深度与棱镜阵列50的V形槽的深度vd相同。在该情况下，也能够达到目的。图17B和图17C中的空气排放槽51是V形槽，但并不限于此，也可以是U形槽，也可以是四方形的槽，也可以是半圆的槽。空气排放槽51并不构成棱镜阵列50，因此，能够采取容易制造的任意的形状。
实施例2
图18A是表示实施例2的棱镜片15的俯视图。在图18A中，呈同心圆状地形成有棱镜阵列50。棱镜阵列50的F-F剖视图与图11B相同。图17A的特征在于，不使同心圆状的棱镜阵列50中的各圆状的棱镜连续，而是设为不连续，分散地配置有未形成棱镜的区域。在图18A中，虚线的箭头是空气的通道。在图18A中，箭头的朝向是下侧，箭头的朝向既可以是上侧也可以是下侧。
图18B是图18A的H-H剖视图、且是表示该不连续部分的剖视图。图18B的以虚线表示的深度vd表示图11B所示的棱镜阵列的V形槽的深度vd。图18B中的、不连续部52仅仅表示在该部分不存在棱镜阵列的V状的峰。图18B的不连续部52呈四方形，但并不限于此，也可以是图18C所示这样的V形状，也可以是U形状，也可以是半圆形状。另外，为了使空气容易逸出，不连续部分52的圆周方向的长度pd2最好与棱镜阵列的间距pp相等或比棱镜阵列的间距pp大。
实施例3
图19A是表示实施例3的棱镜片15的俯视图。在图19A中，呈同心圆状地形成有棱镜阵列50。棱镜阵列50的F-F剖视图与图11B相同。图19A的特征在于，将1个棱镜片分解成第1棱镜片和第2棱镜片这两个而制造这点。在两个棱镜片之间存在间隙，该间隙成为空气排放槽。在图19A中，表示空气的排出方向的箭头的朝向是下侧，箭头的朝向既可以是上侧也可以是下侧。另外，为了使空气容易地逸出，两个棱镜片的间隔pd3最好与棱镜阵列50的间距pp相等或比棱镜阵列50的间距pp大。
图19B是图19A的I-I剖视图，示出棱镜片15被分割成第1棱镜片和第2棱镜片。图19B的以虚线表示的深度vd表示图11B所示的棱镜阵列的V形槽的深度vd。图19A和图19B所示的棱镜片15一半一半地粘贴于导光板的主面。
以上进行了说明的外形是圆形的棱镜片15呈中央附近被挖空成圆状的形状。不过，在中央附近未被挖空、同心圆状的棱镜阵列形成到中央附近的情况下也是同样的。图20是表示这样的情况的俯视图。在图20中，空气排放槽51沿直径方向形成。
在形成棱镜片15之际所卷入的空气如以箭头表示这样经由该空气排放槽51排出。图20是应用了实施例1的例子，但也能够同样地应用实施例2和实施例3。
通过将如此形成的棱镜片15用于照明装置，能够实现配向角小的、例如12度左右的照明装置。此外，以上进行了说明的棱镜片不仅能够用于在图5或者图6中所示的照明装置，还能够用于各种照明装置。
以上进行了说明的棱镜片设为具有同心圆状的棱镜阵列而进行了说明，但本发明也能够应用于由相似形的多个椭圆形成的棱镜片的情况。这是因为，在该情况下，在多个椭圆之间的V形槽形成有闭曲面这一点也是相同的。不过，由相似形的多个椭圆带来的光的收束效果在椭圆的长轴方向和短轴方向上稍微不同。
附图标记说明
10：照明装置，11：基板，12：反射片，13：下导光板，14：上导光板，15：棱镜片，16：导光板，17：导光板，20：LED，21：LED用柔性布线基板，25：导热带，30：LED用基板，40：卷料，50：同心状棱镜阵列，51：空气排放槽，52：不连续部，60：线状棱镜阵列，110：出射面，120：被照射面，130：照射点，200：抛物面镜，300：散热装置，400：转印辊，410：引出用辊，420：压迫用辊，430：压迫用带。

Claims (15)

1.一种棱镜片，外形呈圆形，且在一个面形成有同心圆状的棱镜阵列，其特征在于，
从所述棱镜阵列的中心朝向半径方向以与所述同心圆交叉的方式形成有槽。
2.根据权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，
所述槽与所述棱镜阵列的最内周和最外周都交叉。
3.根据权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，
所述槽相对于所述棱镜阵列从中心向半径方向连续地形成。
4.根据权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，
所述槽的深度比所述棱镜阵列的深度大。
5.根据权利要求1所述的棱镜片，其特征在于，
所述棱镜片的另一个面是平面。
6.一种棱镜片，外形呈圆形，且在一个面形成有同心圆状的棱镜阵列，其特征在于，
构成所述棱镜阵列的各圆形棱镜存在圆周方向上不连续的部位。
7.根据权利要求6所述的棱镜片，其特征在于，
所述不连续的部位在所述各圆形棱镜的每一周形成有多个。
8.根据权利要求6所述的棱镜片，其特征在于，
所述圆周方向上不连续的部位形成于全部的所述圆形棱镜。
9.根据权利要求6所述的棱镜片，其特征在于，
所述棱镜片的另一个面是平面。
10.一种棱镜片，外形呈圆形，其特征在于，
所述棱镜片由半圆形状的第1棱镜片和半圆形状的第2棱镜片构成，
在所述第1棱镜片的一个面呈同心圆状地形成有由多个半圆构成的第1棱镜阵列，
在所述第2棱镜片的一个面呈同心圆状地形成有由多个半圆构成的第2棱镜阵列，
所述第1棱镜片与所述第2棱镜片以规定的间隔配置。
11.根据权利要求10所述的棱镜片，其特征在于，
所述规定的间隔与所述第1棱镜阵列的间距和所述第2棱镜阵列的间距相等，或比所述第1棱镜阵列的间距和所述第2棱镜阵列的间距大。
12.根据权利要求10所述的棱镜片，其特征在于，
所述第1棱镜片的另一个面是平面，所述第2棱镜片的另一个面是平面。
13.一种照明装置，使用了权利要求1～12中任一项所述的棱镜片。
14.一种照明装置，其特征在于，
使用了权利要求5、9、12中任一项所述的棱镜片，
所述棱镜片的、作为平面的所述另一个面位于出射面侧。
15.一种照明装置，其特征在于，
权利要求1～12中任一项所述的棱镜片配置于导光板之上。
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