(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に実装された光源と、前記光源の光軸と同心に中心軸が位置するように配置され、前記光源から出射された光を入射するとともに入射した光の配光を制御して出射する光束制御部材と、を有する発光装置であって、
前記光束制御部材は、
底面と、
前記底面の一部を内部に凹ませて形成されるとともに前記底面に開口した凹部と、
前記凹部の内面であるとともに、前記光源から出射された光を入射する入射面と、
前記底面と反対側に配置され、前記入射面から入射した光の配光を制御して外部に光を出射する出射面と、
を有し、
前記入射面は、
前記中心軸を含む前記中心軸と平行な断面において、前記中心軸に対して線対称であり、前記中心軸と前記光源の発光面との交点を基準点としたとき、前記入射面上の任意の点と前記基準点とを結ぶ直線と前記中心軸とのなす角θｒが増加するに従って、前記入射面上の任意の点と前記基準点との距離ｒが減少する第１の曲線である第１領域と、
前記断面において、前記中心軸に対して線対称であり、前記凹部の開口縁上の点と前記第１の曲線の端点とを各々結ぶとともに、前記角θｒが増加するに従って前記距離ｒが増加する第２の曲線または直線である第２領域と、
からなる形状であり、
前記第２領域の前記第１領域と反対側の端部は、前記底面に形成された前記凹部の開口縁部に位置しており、
前記第１領域で入射した光および前記第２領域で入射した光は、いずれも前記出射面から出射される、
発光装置。
【請求項２】
前記入射面は、前記角θｒが０°以上かつ５０°未満において増加するに従って、前記距離ｒが減少する前記第１の曲線である前記第１領域と、前記角θｒが５０°以上かつ９０°以下において増加するに従って、前記距離ｒが増加する前記第２の曲線または前記直線である前記第２領域とからなる形状である、請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記入射面は、前記角θｒが０°以上かつ７０°未満において増加するに従って、前記距離ｒが減少する前記第１の曲線である前記第１領域と、前記角θｒが７０°以上かつ９０°以下において増加するに従って、前記距離ｒが増加する前記第２の曲線または前記直線である前記第２領域とからなる形状である、請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
請求項１記載の発光装置と、
前記発光装置の前記出射面から出射された光により照射される被照射面と、
を有する、照明装置。
【請求項５】
請求項４記載の照明装置と、
前記照明装置から出射する光により照明される被照明部材と、
を有する、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光源から出射された光を入射するとともに、入射した光の配光を制御して出射する発光装置、これを使用し、各種照明に用いられる照明装置、及びこの照明装置を照明手段として被照明部材と組み合わせて使用する表示装置、に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光チップと、発光チップから出射された光を入射するとともに、入射した光を屈折させて出射するレンズ部材とを有する発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の発光ダイオードでは、レンズ部材の内部に形成された空洞部分に発光チップを配置する。また、レンズ部材は、上記の空洞部分に面した内表面であるとともに、発光チップから出射した光が入射する光入射面を有する。
【０００３】
また、特許文献１では、拡散性を向上させるために、レンズ部材の空洞部分を砲弾形状にする。これにより、特許文献１では、空洞部分に面する光入射面において、レンズ部材の中心軸から遠くなる方向に光を屈折させることができるので、光の拡散性を向上させることができる。
【０００４】
また、近年、発光ダイオード等の発光装置を取り付ける機器の小型化等に伴って、発光装置に対する小型化の要求が高まっている。一般に、発光素子を小さくすると、発光素子から出射される光の光量が不足し、被照射面における照度が低下する。従って、発光装置において、被照射面における照度の低下を防ぎつつ小型化の要求を満たすには、発光素子の大きさを変えずに光束制御部材を小型化せざるを得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１４８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の発光ダイオードにおいて、光学特性を変化させずにレンズ部材を小型化すると、発光チップを配置する空洞部分も小さくなる。これより、発光チップと空洞部分の周囲のレンズ部材とが干渉し、発光チップを空洞部分に配置できないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、拡散性を向上させるために釣鐘形状にした入射面を、さらに開口縁に向けて裾が広がった形状にすることにより、発光素子を小型化しなくても所定の位置に配置することができ、光の拡散性の向上と小型化との両立を図ることができる発光装置、照明装置及び表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光装置は、基板上に実装された光源と、前記光源の光軸と同心に中心軸が位置するように配置され、前記光源から出射された光を入射するとともに入射した光の配光を制御して出射する光束制御部材と、を有する発光装置であって、前記光束制御部材は、底面と、前記底面の一部を内部に凹ませて形成されるとともに前記底面に開口した凹部と、前記凹部の内面であるとともに、前記光源から出射された光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光の配光を制御して外部に光を出射する出射面と、を有し、前記入射面は、前記中心軸を含む前記中心軸と平行な断面において、前記中心軸に対して線対称であり、前記中心軸と前記光源の発光面との交点を基準点としたとき、前記入射面上の任意の点と前記基準点とを結ぶ直線と前記中心軸とのなす角θｒが増加するに従って、前記入射面上の任意の点と前記基準点との距離ｒが減少する第１の曲線である第１領域と、前記断面において、前記中心軸に対して線対称であり、前記凹部の開口縁上の点と前記第１の曲線の端点とを各々結ぶとともに、前記角θｒが増加するに従って前記距離ｒが増加する第２の曲線または直線である第２領域と、からなる形状である構成を採る。
【０００９】
本発明の照明装置は、上記の発光装置と、前記発光装置の前記出射面から出射された光により照射される被照射面と、を有する構成を採る。
【００１０】
本発明の表示装置は、上記の照明装置と、前記照明装置から出射する光により照明される被照明部材と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、拡散性を向上させるために釣鐘形状にした入射面を、さらに開口縁に向けて裾が広がった形状にすることにより、発光素子を小型化しなくても所定の位置に配置することができ、光の拡散性の向上と小型化との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の実施の形態における光束制御部材の平面図
【図１Ｂ】本発明の実施の形態における光束制御部材の正面図
【図１Ｃ】本発明の実施の形態における光束制御部材の底面図
【図２】本発明の実施の形態に係る発光装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態に係る照明装置の平面図
【図４】本発明の実施の形態に係る表示装置の断面図
【図５】本発明の実施の形態における光束制御部材の要部の拡大断面図
【図６】本発明の実施の形態における光束制御部材の入射面の拡大図
【図７】本発明の実施の形態における光束制御部材の入射面におけるｒとθｒとの関係を示す図
【図８】本発明の実施の形態における光束制御部材の入射面におけるΔｒ／Δθｒとθｒとの関係を示す図
【図９】本発明の実施の形態における光束制御部材の光の進路を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
（発光装置の構成）
以下に、発光装置１００の構成について、図１Ａ〜図１Ｃ及び図２を用いて詳細に説明する。図１Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材１５０の平面図である。また、図１Ｂは、本実施の形態に係る光束制御部材１５０の正面図である。また、図１Ｃは、本実施の形態に係る光束制御部材１５０の底面図である。また、図２は、本実施の形態に係る発光装置１００の断面図である。なお、図２において、光束制御部材１５０は、図１ＣのＡ−Ａ線で切断したものを示す。
【００１５】
発光装置１００は、光束制御部材１５０と、発光素子２００と、基板２１０と、から主に構成される。また、光束制御部材１５０は、底面１０１と、凹部１０２と、入射面１０３と、出射面１０４と、鍔部１０５と、脚部１０６と、から主に構成される。
【００１６】
底面１０１は、円形形状であり、円形形状の中央部分には、発光素子２００から出射する光線を内部へ入射させる入射面１０３を形成するための凹部１０２を有する。また、底面１０１には、外周に沿って棒状の３つの脚部１０６が設けられる。また、底面１０１は、光束制御部材１５０が基板２１０に実装された際に、基板と略平行に配置される。
【００１７】
凹部１０２は、発光素子２００に対向する底面１０１を内部に凹ませて形成され、底面１０１に開口する。また、凹部１０２は、発光素子２００の光軸と一致する光束制御部材１５０の中心軸Ｐ１（図１Ｂ及び図２参照）に対して回転対称形状に形成される。また、凹部１０２は、全体的に釣鐘形状であるとともに、さらに開口縁に向けて裾が広がった形状に形成される（図２参照）。ここで、中心軸Ｐ１は、平面視した際の円形形状の円の中心を通るとともに、当該円の径方向に対して直交し、発光素子２００の光軸と同心に位置する。
【００１８】
入射面１０３は、凹部１０２の内面に形成され、中心軸Ｐ１の回りに、回転対称となるように形成される。従って、入射面１０３は、凹部１０２と同様に、全体的に釣鐘形状であり、開口端側において、凹部１０２の開口端に近づくほど、平面視円形形状の径方向において外周１１０に近づく裾が広がった形状に形成される（図２参照）。また、入射面１０３は、発光素子２００から出射された光が入射する。なお、入射面１０３の構成の詳細については、後述する。
【００１９】
出射面１０４は、平面形状が円形形状である。また、出射面１０４は、鍔部１０５よりも上方へ向けて突出する。また、出射面１０４は、第１の出射面１０４ａと、第１の出射面１０４ａの周囲に連続して形成される第２の出射面１０４ｂと、第２の出射面１０４ｂと鍔部１０５とを接続する第３の出射面１０４ｃとからなる（図２参照）。
【００２０】
第１の出射面１０４ａは、下に凸の滑らかな曲面形状であり、球の一部を切り取ったような凹み形状になっている。また、第２の出射面１０４ｂは、第１の出射面１０４ａに連続して形成される上に凸の滑らかな曲面形状であり、平面形状が第１の出射面１０４ａを取り囲む略中空円板形状に形成される。第３の出射面１０４ｃは、第２の出射面１０４ｂに連続して形成される。
【００２１】
また、出射面１０４は、発光素子２００から出射されて入射面１０３から入射した光を、屈折または拡散等させることにより配光を制御し、配光を制御した光を外部に出射する。
【００２２】
鍔部１０５は、出射面１０４の外周から径方向外方側に突出して形成され、略円環状である。
【００２３】
脚部１０６は、光束制御部材１５０を基板２１０に対して所定位置及び高さに固定するための脚であり、底面１０１から外部に突出形成される。また、脚部１０６は、底面１０１において凹部１０２の周囲に形成される。また、脚部１０６は、間隔をおいて３個形成され、底面１０１において正三角形の各頂点の位置に設けられる。また、脚部１０６は、光束制御部材１５０を基板２１０の表面に位置決めした状態で、接着剤または溶着等の手段により基板に固定される。なお、脚部１０６の数及び配置は、上記に限らず、任意の数及び任意の配置にすることができる。
【００２４】
発光素子２００は、白色発光ダイオード等の光源であり、外部に光を出射する。
【００２５】
基板２１０には、光束制御部材１５０及び発光素子２００が実装される。
【００２６】
（照明装置及び表示装置の構成）
以下に、照明装置３００の構成について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。図３は、本実施の形態に係る照明装置３００の平面図である。また、図４は、本実施の形態に係る表示装置５００の断面図である。図４において、照明装置３００は、図３のＢ−Ｂ線で切断したものを示す。なお、図３において、説明の便宜上、拡散板、拡散シート、プリズムシート等の光学部材等の記載を省略する。省略した光学部材のうち、最も光束制御部材１５０側に配置された光学部材の裏面（光束制御部材１５０と向き合う面）が被照射面となる。また、図４において、１つまたは複数の部材で構成されるとともに照明装置３００の一部を構成する光学部材４０１、及びこの照明装置３００から出射する光により照明される被照明部材としての液晶パネル４０２を記載し、表示装置５００を示す。
【００２７】
照明装置３００は、発光装置１００と、反射シート３０１と、光学部材４０１とから主に構成される。
【００２８】
また、表示装置５００は、照明装置３００及び液晶パネル４０２等から構成される。
【００２９】
発光素子２００は、基板２１０上に所定間隔を設けて複数実装され、平面視した際に、基板２１０上に千鳥状に配置される。
【００３０】
光束制御部材１５０は、発光素子２００を被うように基板２１０上に複数実装され、平面視した際に、基板２１０上に千鳥状に配置される。
【００３１】
反射シート３０１は、白色であり、図３に示すように、光束制御部材１５０が通過可能な大きさの複数の貫通孔３０２が形成される。また、貫通孔３０２は、反射シート３０１において、光束制御部材１５０と同じ数だけ光束制御部材１５０と対応する位置に形成される。また、反射シート３０１は、基板２１０が緑色または黄土色等の白色ではない光を吸収し易い色であっても、基板２１０に被せることにより、光の反射率を上げることができる。なお、基板２１０表面や基板２１０を配置する照明装置の底面が、反射率の高い材質で形成されている場合には、反射シート３０１を使用しなくてもよい。
【００３２】
光学部材４０１は、液晶パネル４０２の背面側に設けられる。また、被照射面４０１ａは、光束制御部材１５０の出射面１０４から出射された光により照射される。被照射面４０１ａは、例えば拡散板の裏面である。また、表示装置５００が液晶表示装置の場合には、液晶パネル４０２の背面側が、照明装置３００の光学部材４０１の光出射面４０１ｂから出射された光により照射される。なお、光学部材４０１は、拡散板やプリズムシート等の液晶表示装置用のものに限らず、出射面１０４から出射された光により、照明装置３００の内部から照射される、文字または絵等を描いた看板等の任意のものでよい。
【００３３】
光学部材４０１は、被照射面４０１ａに入射する出射面１０４から出射された光を、拡散や集光等することにより、被照明部材である液晶パネル４０２を照明するのに適した照明光として出射する。
【００３４】
なお、発光装置１００については、上記で説明済みであるので、その説明を省略する。
【００３５】
（光束制御部材の入射面の構成）
入射面１０３の形状について、図５〜図８を用いて詳細に説明する。図５は、光束制御部材１５０の要部の拡大断面図である。また、図６は、光束制御部材１５０の入射面１０３の拡大図である。また、図７は、光束制御部材１５０の入射面１０３におけるｒとθｒとの関係を示す図である。また、図８は、光束制御部材１５０の入射面１０３におけるΔｒ／Δθｒとθｒとの関係を示す図である。
【００３６】
図５において、交点Ｏは、光源である発光素子２００の発光面と中心軸Ｐ１との交点である。また、直線Ｌは、交点Ｏと入射面１０３上の任意の点とを結ぶ直線である。また、角度θｒは、直線Ｌの中心軸Ｐ１に対する角度である。また、距離ｒは、交点Ｏと入射面１０３上の任意の点との距離である。ただし、角度θｒは、９０°より小さい角度である。また、図５において、頂点Ｔは、中心軸Ｐ１と入射面１０３との交点である。また、図５において、点Ｕは、入射面１０３の開口端上の点である。
【００３７】
また、図６において、原点は図５の交点Ｏを示し、横軸は図５のＸ軸上の交点Ｏからの距離を示すとともに、縦軸は図５のＹ軸上の交点Ｏからの距離を示す。また、図６において、横軸は図５の角度θｒであり、縦軸は図５のＹ軸上の交点Ｏからの距離である。
【００３８】
図５に示すように、入射面１０３は、中心軸Ｐ１を含む中心軸Ｐ１と平行な断面（以下、「基準断面」と記載する）において、凹部１０２の開口縁に向けて裾が広がった２つの曲線（基準断面における曲線１０３ａ）（第２の領域）を１つの曲線（基準断面における曲線１０３ｂ）（第１の領域）に接続する曲線形状である。また、入射面１０３は、基準断面において、直線Ｌの中心軸Ｐ１に対する角度θｒが所定値となる位置を、裾が広がった２つの曲線（基準断面における曲線１０３ａ、１０３ａ）と１つの曲線（基準断面における曲線１０３ｂ）とが各々接続した曲線となる形状である。
【００３９】
すなわち、本実施の形態において、光束制御部材１５０の入射面１０３は、中心軸Ｐ１と交わるとともに中心軸Ｐ１に対して回転対称に形成された第１の領域１０３ｂ（基準断面における曲線１０３ｂ）と、これに接続する第２の領域１０３ａ（基準断面における曲線１０３ａ）とを有する。具体的には、入射面１０３は、基準断面において、直線Ｌと中心軸Ｐ１とのなす角θｒが増加するに従って、距離ｒが減少する曲線である第１の領域１０３ｂを有する形状である。また、入射面１０３は、中心軸Ｐ１に対して線対称であり、凹部１０２の開口縁上の点Ｕと基準断面における曲線１０３ｂの端点Ｅとを各々結ぶとともに、直線Ｌと中心軸Ｐ１とのなす角θｒが増加するに従って、距離ｒが増加する曲線である第２の領域１０３ａを有する形状である。ここで、端点Ｅは、交点Ｏを中心とする円Ｓが、基準断面における入射面１０３と接する点である。
【００４０】
また、第２の領域１０３ａは、入射面１０３の開口縁と第１の領域１０３ｂの外縁とを接続する。また、第２の領域１０３ａは、開口縁に近づくほど、平面視した際の円形形状の外周１１０に近づく。また、第１の領域１０３ｂと第２の領域１０３ａとを接続して形成する入射面１０３は、基準断面における第１の領域１０３ｂ上の所定位置が変曲点Ｖとなる。また、第１の領域１０３ｂと第２の領域１０３ａとの接続部における角度θｒは、好ましくは５０°以上、更に好ましくは７０°以上である。
【００４１】
入射面１０３において第１の領域１０３ｂの占める割合が大きい方が、光を拡げる効果が高くなる。また、角度θｒが０°以上かつ５０°未満の範囲を第１の領域１０３ｂとした場合には、ランバート分布の配光特性を示す光源（発光素子２００）から出射される全光束の約６０％を、第１の領域１０３ｂに入射させることができる。また、角度θｒが０°以上かつ７０°未満の範囲を第１の領域１０３ｂとした場合には、ランバート分布の配光特性を示す光源（発光素子２００）から出射される全光束の約９０％を、第１の領域１０３ｂに入射させることができる。
【００４２】
また、図７は、距離ｒが、角度θｒが０°以上かつ７０°未満で減少し、角度θｒが７０°以上かつ９０°以下で増加する場合を示す。
【００４３】
また、図８に示すように、入射面１０３を上記の形状にすることにより、Δｒ／Δθｒの値は、角度θｒが０°から約１５°まではマイナス値であるとともに角度θｒの増加に伴いΔｒ／Δθｒの値は漸減する。また、Δｒ／Δθｒの値は、角度θｒが約１５°から約７０°まではマイナス値であるとともに角度θｒの増加に伴いΔｒ／Δθｒの値は漸増する。また、Δｒ／Δθｒの値は、角度θｒが約７０°以上の場合には、プラス値であるとともに角度θｒの増加に伴いΔｒ／Δθｒの値も漸増する。
【００４４】
入射面１０３を上記で説明した曲線の形状にすることにより、入射面１０３は全体的に釣鐘形状であるとともに、開口端部側において開口端に近づくほど裾が広がった形状になる。
【００４５】
（光束制御部材における光学特性）
発光素子２００から出射されてから入射面１０３に入射した後までの光の進路について、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態における発光素子２００から出射されてから入射面１０３に入射した後までの光の進路を示す図である。なお、図９において、図５と同一部分については図５と同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４６】
図９に示すように、発光素子２００から出射された光のうち、入射面１０３の第１の領域１０３ｂに入射した光は、入射面１０３において中心軸Ｐ１となす角度が大きくなる方向に屈折して、中心軸Ｐ１に対して平行な直線との角度がθ１の向きに進む。
【００４７】
また、発光素子２００から出射された光のうち、入射面１０３の第２の領域１０３ａに入射した光は、入射面１０３において中心軸Ｐ１となす角度が小さくなる方向に屈折して、中心軸Ｐ１に対して平行な直線との角度がθ２の向きに進む。
【００４８】
また、入射面１０３には、第２の領域１０３ａを裾が広がった曲面にしたことにより、第２の領域１０３ａから出射する光の進行方向θ２は角度θｒが増加するに従って漸減する領域が形成される。従って、本実施の形態では、入射面１０３を第１の領域１０３ｂのみで形成した場合に比べて、拡散性の低下を招くことが考えられる。しかしながら、本実施の形態では、角度θｒが拡散性の極端な低下を招かない所定の角度で第１の領域１０３ｂと第２の領域１０３ａとを接続することにより、拡散性の低下を抑制することができる。即ち、拡散性の向上は、入射面１０３の角度θｒが０°から所定の角度までの間の領域に入射する光に概ね依存する。従って、角度θｒが所定の角度以上の範囲において、図５において裾が広がった曲線（基準断面における曲線１０３ａ、１０３ａ）になるように入射面１０３を形成しても、拡散性の低下を抑制することができる。ここで、上記の拡散性の低下を最小限に抑えるための角度は、好ましくは５０°（θｒ＝５０°）以上、更に好ましくは７０°（θｒ＝７０°）以上である。これにより、発光素子２００からの出射光の全光束のうち少なくとも６０％以上が第１の領域１０３ｂに入射し、光束制御部材１５０の拡散性を維持することができる。
【００４９】
（本実施の形態の効果）
このように、本実施の形態では、拡散性を向上させるために釣鐘形状にした入射面を、さらに開口縁に向けて裾が広がった形状にする。これにより、本実施の形態によれば、発光素子を小型化しなくても光束制御部材と干渉せずに所定の位置に配置することができ、光の拡散性の向上と小型化との両立を図ることができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、発光素子を小型化しないので、発光素子から出射される光において、所定の光量を確保することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、光源と入射面の所定点とを結ぶ直線の中心軸に対する角度が、５０°以上になる入射面上の位置から開口縁に向けて裾が広がった形状にしたので、良好な光の拡散性を確保した上で、光束制御部材を小型化することができる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、光束制御部材を小型化した場合でも、発光素子の真上に特異的な明部を生じさせることなく、高品位な発光面の照明装置を得ることができる。
【００５３】
（本実施の形態の変形例）
なお、本実施の形態において、入射面１０３の第２領域１０３ａを基準断面において裾広がりの曲線に形成したが、本発明はこれに限らず、入射面１０３の第２領域１０３ａを基準断面において裾広がりの直線に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、特に光源から出射された光を入射するとともに、入射した光の配光を制御して出射する発光装置、これを使用し、各種照明に用いられる照明装置、この照明装置を照明手段として被照明部材と組み合わせて使用する表示装置に好適である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｐ１  中心軸
１０１  底面
１０２  凹部
１０３  入射面
１０３ａ  第２領域
１０３ｂ  第１領域
２００  発光素子
Ｌ  直線
Ｏ  交点
ｒ  距離
Ｕ  開口縁上の点
Ｖ  変曲点
θｒ  角
【図１Ａ】
0005588808.tif 000002
【図１Ｂ】
0005588808.tif 000003
【図１Ｃ】
0005588808.tif 000004
【図２】
0005588808.tif 000005
【図３】
0005588808.tif 000006
【図４】
0005588808.tif 000007
【図５】
0005588808.tif 000008
【図６】
0005588808.tif 000009
【図７】
0005588808.tif 000010
【図８】
0005588808.tif 000011
【図９】
0005588808.tif 000012