СВЕТОИЗЛУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО УСТРОЙСТВО ОСВЕЩЕНИЯ
LIGHT-EMITTING DEVICE AND ILLUMINATION APPARATUS HAVING SAID DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству и содержащему его устройству освещения и более конкретно относится к светоизлучающему устройству (i), содержащему элемент управления световым потоком, и устройству освещения, содержащему это светоизлучающее устройство, которое может быть использовано, например, в качестве источника освещения для задней подсветки, который выполняет плоскостное освещение жидкокристаллической панели с задней поверхности жидкокристаллической панели, а также обычного внутреннего освещения.
Предшествующий уровень техники
Как известно, традиционно для источника поверхностного освещения использовалось множество светоизлучающих диодов (далее в настоящем документе называемых «LED» по ситуации), в качестве средства освещения, для освещения жидкокристаллического монитора, используемого в персональном компьютере, телевизоре и т.п. Источник поверхностного освещения содержит множество светоизлучающих диодов, обеспеченных в виде матрицы в табличной области, имеющей форму, практически аналогичную форме жидкокристаллической панели жидкокристаллического монитора. Источник поверхностного освещения выполняет плоскостное освещение жидкокристаллического монитора с задней поверхности жидкокристаллического монитора посредством использования света от светоизлучающих элементов. Посредством элемента управления световым потоком, распределение яркости света в источнике поверхностного освещения выполняется практически равномерно.
Примером устройства освещения, использующего в качестве источника освещения диоды LED, является устройство 100 освещения, раскрытое в патентной литературе 1. Фиг.19 изображает вид в поперечном разрезе обычного устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения включает в себя светоизлучающий элемент 101, расположенный на задней поверхности 102c, а также элемент 102 управления световым потоком, расположенный вокруг светоизлучающего элемента 101, который изменяет направление света, испускаемого светоизлучающими элементами 101. Жидкокристаллическая панель 106 расположена выше устройства 100 освещения. Устройство 100 освещения устроено таким образом, чтобы свет от элемента 102 управления световым потоком падал на жидкокристаллическую панель 106 с практически одинаковым распределением яркости.
1
2
2
1
1
1
2
В частности, элемент 102 управления световым потоком имеет форму, в которой (i) углы ϕ и ϕ удовлетворяют формуле ϕ/ϕ>1, а (ii) полученное посредством формулы числовое значение, по мере увеличения угла ϕ, постепенно уменьшается, причем угол ϕ является углом между световой осью Z и светом, испускаемым светоизлучающим элементом 101, падающим на светопринимающую поверхность 102a элемента 102 управления световым потоком, а также достигающим светоиспускающей поверхности 102b элемента 102 управления световым потоком 102, а угол ϕ является углом между световой осью Z и светом L, излучаемым светоиспускающей поверхностью 102b.
Посредством расположения светоиспускающей поверхности 102b вышеописанным образом возможно плавно расширить световой поток, испускаемый светоизлучающим элементом 101, на большую область жидкокристаллической панели 106. То есть в случае, когда в качестве источников освещения используется множество светоизлучающих элементов 101, свет, испускаемый светоизлучающими элементами 101, смешивается. Следовательно, (i) даже если в цветах излучения светоизлучающих элементов 101 присутствуют изменения (различия), то такие изменения (различия) являются менее обнаружимыми при испускании посредством элемента 102 управления световым потоком, а также (ii) яркость испускаемого света становится равномерной. Это предоставляет возможность реализации источника поверхностного освещения высокого качества.
Другим примером светоизлучающего устройства, использующего в качестве источника освещения диод LED, является светоизлучающее устройство, раскрытое в патентной литературе 2.
Устройство освещения, раскрытое в патентной литературе 2, устроено таким образом, что элемент управления световым потоком формируется посредством нижней поверхности, первой обрамляющей искривленной поверхности, проходящей от нижней поверхности, а также посредством первой внутренней искривленной поверхности, проходящей от первой обрамляющей искривленной поверхности, причем расстояние от центра нижней поверхности до произвольной точки первой внутренней искривленной поверхности меньше радиуса кривизны в произвольной точке первой центральной искривленной поверхности. Посредством расположения первой внутренней искривленной поверхности вышеописанным способом возможно расширить световой поток, испускаемый светоизлучающим элементом, на большую область жидкокристаллической панели.
Устройство освещения, раскрытое в патентной литературе 2, дополнительно имеет пустое пространство в центре нижней поверхности. Внутренние поверхности пустого пространства формируются из второй обрамляющей искривленной поверхности и второй внутренней искривленной поверхности, причем расстояние от центра нижней поверхности до произвольной точки второй внутренней искривленной поверхности больше радиуса кривизны в произвольной точке второй внутренней искривленной поверхности. Посредством расположения второй внутренней искривленной поверхности вышеописанным способом возможно расширить световой поток светоизлучающего элемента на большую область жидкокристаллической панели.
Устройство освещения, раскрытое в патентной литературе 2, дополнительно включает в себя конусообразное углубление в центре первой внутренней искривленной поверхности для того, чтобы световой поток, испускаемый светоизлучающим элементом в направлении, которое является параллельным по отношению к направлению световой оси, преломлялся в направлении, уходящем от направления световой оси.
Ссылочный перечень
Патентная литература 1:
Публикация заявки на патент Японии № 2006-92983 A, поданной Токукай (Tokukai) (дата публикации: 6 апреля 2006 года).
Патентная литература 2:
Публикация заявки на патент Японии № 2006-114863 A, поданной Токукай (Tokukai) (дата публикации: 27 апреля 2006 года).
Сущность изобретения
Тем не менее, вышеупомянутые обычные устройства освещения имеют нижеупомянутые проблемы, соответственно.
В светоизлучающем устройстве 100, раскрытом в патентной литературе 1, элемент 102 управления световым потоком требует большей характеристики рассеяния, поскольку расстояние от светоизлучающего элемента 101 до жидкокристаллической панели 106 становится меньшим или же поскольку расстояние от светоизлучающего элемента 101 до соседнего светоизлучающего элемента становится большим.
Для увеличения характеристики рассеяния элемента 102 управления световым потоком необходимо, чтобы свет, испускаемый светоизлучающими элементами 101, достигал позиции, находящейся вдали от области, находящейся непосредственно над светоизлучающими элементами 101, на жидкокристаллической панели 106. Для получения такого света необходимо преломление испускаемого света, по возможности параллельно по отношению к жидкокристаллической панели 106, на светоиспускающей поверхности 102b. То есть необходимо значительно преломить свет на светоиспускающей поверхности 102b. Однако существенное преломление света посредством светоиспускающей поверхности 102b, в целом, усиливает отражение из-за явления, названного френелевское отражение. То есть количество света, излучаемого светоиспускающей поверхностью 102b, уменьшается. В частности, эффект френелевского отражения становится существенным в светоизлучающем устройстве 100, раскрытом в патентной литературе 1, поскольку светоизлучающее устройство 100 устроено таким образом, чтобы управление направлением света, главным образом, выполнялось исключительно на светоиспускающей поверхности 102b, и в связи с этим существует потребность в значительном преломлении света на светоиспускающей поверхности 102b для получения повышенной характеристики рассеяния.
Кроме того, как показано посредством направления стрелки, указанной на Фиг.19 посредством пунктирной линии, свет, отраженный на светоиспускающей поверхности 102b, затем отражается посредством задней поверхности 102c элемента 102 управления световым потоком или же посредством элемента 103 отражения, расположенного в контакте с задней поверхностью 102c. После чего свет сгущается около области, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом 101. В результате вышеупомянутого даже если угол преломления задан большим для получения повышенной характеристики рассеяния элемента 102 управления световым потоком, то (i) количество света, которое должно достигать позиции, находящейся вдали от области, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом, в конце концов, уменьшается, а также (ii) свет сгущается в области, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом 101. В силу этого становится сложнее получить повышенную характеристику рассеяния.
1
1
2
2
1
1
1
Кроме того, патентная литература 1 раскрывает следующее в качестве структуры элемента 102 управления световым потоком, где (i) δ является постоянным числовым значением, не большим π/2, а (ii) α является коэффициентом характеристики рассеяния элемента 102 управления световым потоком, причем отношение между углами ϕ и ϕ выражается посредством отношения ϕ=(1+δ1-ϕ)×α/δ)×ϕ.
1
2
1
1
2
Фиг.20 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ светоизлучающего устройства 100. Как изображено на Фиг.20, если требуется повышенная характеристика рассеяния по сравнению с характеристикой рассеяния светоизлучающего устройства 100, раскрытого в варианте осуществления патентной литературы 1, то область, в которой угол ϕ является относительно малым, имеет область, в которой увеличение угла ϕ не меняет угол ϕ.
1
2
2
1
1
Фиг.21 иллюстрирует направление излучения, выраженного посредством относительного уравнения на Фиг.20. В изображенной на Фиг.20 области, в которой увеличение угла ϕ не меняет угол ϕ, (i) направления излучения накладываются друг на друга, а также (ii) испускаемые световые потоки концентрируются, как изображено на Фиг.21, и благодаря этому формируется яркая линия кольцевой формы. Следовательно, формируется неравномерная яркость. Для предотвращения формирования такой неравномерной яркости необходимо использовать элемент 102 управления световым потоком, имеющим α<1. Однако в соответствии с таким требованием светоизлучающее устройство 100 не может получить достаточную характеристику рассеяния. То есть невозможно получить достаточную характеристику рассеяния для простого формирования элемента управления световым потоком в форме, в которой числовое значение ϕ/ϕ постепенно уменьшается по мере увеличения угла ϕ.
В светоизлучающем устройстве, раскрытом в патентной литературе 2, радиус кривизны значительно изменен на стыке первой внутренней искривленной поверхности с первой обрамляющей искривленной поверхностью для того, чтобы свет преломлялся к световой оси на обрамляющей искривленной поверхности. В результате свет, излучаемый около стыка, сгущается, и благодаря этому формируется яркая кольцевая линия. Для предотвращения формирования яркой линии в варианте осуществления предлагается использовать тип светоизлучающего устройства, которое не имеет первой обрамляющей искривленной поверхности. Однако такая структура имеет большую линзу и в связи с этим не является практичной. Причина этого может быть разъяснена следующим образом. Линза является большей в структуре, в которой расстояние от центра нижней поверхности до произвольной точки первой внутренней искривленной поверхности задается меньше радиуса кривизны в произвольной точке первой внутренней искривленной поверхности. В силу этого необходимо обеспечить первую обрамляющую искривленную поверхность.
Кроме того, в патентной литературе 2 описывается, что устройство освещения может иметь первую обрамляющую искривленную поверхность, внутреннюю искривленную поверхность, а также наиболее внутреннюю искривленную поверхность. Однако наиболее внутренняя искривленная поверхность имеет коническую геометрию, благодаря чему свет, излучаемый в направлении световой оси от центра нижней поверхности, преломляется в направлении, уходящем от световой оси. В данном случае он становится более тусклым на световых осях элементов управления световым потоком, что приводит к точечной неравномерной яркости. Следовательно, с помощью изобретения, раскрытого в патентной литературе 2, сложно предотвратить неравномерную яркость, хотя возможно рассеивать свет.
Настоящее изобретение создано с учетом проблемы, а цель изобретения заключается в реализации светоизлучающего устройства, которое (i) рассеивает свет без формирования неравномерной яркости на жидкокристаллической панели, а также (ii) имеет повышенную характеристику рассеяния, то есть полученную посредством уменьшения коэффициента отражения, вызванного посредством френелевского отражения.
Для достижения цели светоизлучающее устройство настоящего изобретения включает в себя: светоизлучающий элемент, а также элемент управления световым потоком для управления светом, испускаемым светоизлучающим элементом, причем элемент управления световым потоком имеет (i) светопринимающую поверхность, c которой свет, испускаемый светоизлучающим элементом, попадает на элемент управления световым потоком, и (ii) светоиспускающую поверхность, c которой свет, падающий на светопринимающую поверхность, испускается элементом управления световым потоком, причем удовлетворяется следующее уравнение (2):
1
1
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом и световой осью, P(ϕ) является характеристикой распределения света светоизлучающего элемента, С является константой, определенной для удовлетворения ϕ=0, когда r=0, δ является константой, указывающей характеристику рассеяния, а A получают посредством следующего уравнения (1):
В светоизлучающем устройстве, которое удовлетворяет вышеупомянутые уравнения (1) и (2), возможно сделать распределение света, испускаемого светоизлучающим элементом, близким к гауссовскому распределению на плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси так, чтобы быть перпендикулярной опорной световой оси, например, на жидкокристаллической панели. Следовательно, возможно предотвратить неравномерную яркость, вызванную посредством света на плоскости.
Дополнительные цели, отличительные признаки и свойства эффективности настоящего изобретения будут разъяснены посредством нижеизложенного описания. Кроме того, преимущества настоящего изобретения будут выражены посредством следующего разъяснения со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 изображает вид в поперечном разрезе, подробно иллюстрирующий светоизлучающее устройство, иллюстрированное на Фиг.1.
Фиг.4 изображает вид в поперечном разрезе, подробно иллюстрирующий светоизлучающее устройство, иллюстрированное на Фиг.1.
Фиг.5 изображает вид в поперечном разрезе, подробно иллюстрирующий светоизлучающее устройство, иллюстрированное на Фиг.1.
1
2
Фиг.6 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ в случае, когда δ светоизлучающего устройства настоящего изобретения задана равной 35 мм, а расстояние между светоизлучающим устройством и жидкокристаллической панелью задано равным 20 мм.
1
2
1
Фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углом ϕ и углом ϕ/ϕ в светоизлучающем устройстве 10, иллюстрированным на Фиг.5.
1
2
Фиг.8 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ в случае, когда δ светоизлучающего устройства настоящего изобретения задана равной 70 мм, а расстояние между светоизлучающим устройством и жидкокристаллической панелью задано равным 20 мм.
1
2
Фиг.9 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ и коэффициентом отражения в светоизлучающем устройстве настоящего изобретения.
Фиг.10 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.11 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.12 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.13 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.14 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.15 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.16 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение яркости на жидкокристаллической панели в случае использования светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.17 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий другой вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.18 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий вариант осуществления светоизлучающего устройства, в соответствии с настоящим изобретением, которое имеет светорассеивающую поверхность.
Фиг.19 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий обычное светоизлучающее устройство.
1
2
Фиг.20 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ в обычном светоизлучающем устройстве, иллюстрированном на Фиг.19.
Фиг.21 изображает представление, иллюстрирующее направление, в котором луч света испускается в обычном светоизлучающем устройстве, иллюстрированном на Фиг.19.
Список ссылочных номеров
1 - светоизлучающий элемент
2 - элемент управления световым потоком
2a - светопринимающая поверхность
2b - светоиспускающая поверхность
2c - плоскость
2d - текстурированная поверхность
2e - светорассеивающая поверхность
2f - торцевая поверхность
3 - отражающая пластина (элемент предотвращения приема света)
4 - отражающий элемент (элемент предотвращения приема света)
5 - светорассеивающий элемент
6 - жидкокристаллическая панель
10-16 - светоизлучающее устройство
1
α - угол
2
-
αугол
1
Δα - угол
2
Δα - угол
1
R - расстояние
2
R- расстояние
P - фокусная точка
1
Р - точка приема света
2
P - точка испускания света
Z - световая ось (опорная световая ось)
Описание вариантов осуществления
Первый вариант осуществления
Ниже со ссылкой на Фиг.1-9 описан один вариант осуществления настоящего изобретения. Фиг.1 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий светоизлучающее устройство 10, в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Светоизлучающее устройство 10, иллюстрированное на Фиг.1, включает в себя светоизлучающий элемент 1 и элемент 2 управления световым потоком, расположенный так, чтобы обрамлять и покрывать светоизлучающий элемент 1. Направление световой оси Z (опорной световой оси) указывает направление, в котором свет пространственно проходит в центре светового потока, испускаемого светоизлучающим элементом 1. Для удобства на Фиг.1 направление, которое является вертикальным по отношению к светоизлучающему элементу 1, отмечено в качестве световой оси Z (опорной световой оси).
Кроме того, светоизлучающее устройство 10 имеет вращательно-симметричную форму по отношению к световой оси Z. Однако светоизлучающий элемент 1 не должен в обязательном порядке иметь вращательно-симметричную форму. Альтернативно светоизлучающий элемент 1 может иметь цельную прямоугольную форму или подобную. Элемент 2 управления световым потоком изменяет направление света L, испускаемого светоизлучающим элементом 1. То есть элемент 2 управления световым потоком преломляет свет L более параллельно по отношению к направлению, которое является перпендикулярным по отношению к световой оси Z, для рассеяния света L.
Элемент 2 управления световым потоком является элементом, служащим для изменения направления света, испускаемого светоизлучающим элементом 1. Элемент 2 управления световым потоком, в частности, не ограничен. Однако элемент 2 управления световым потоком предпочтительно изготавливается из прозрачного материала, имеющего коэффициент преломления не меньше 1,45 и не больше 1,65. Кроме того, также предпочтительно, чтобы элемент 2 управления световым потоком изготавливался из прозрачной синтетической смолы или прозрачного стекла. Примером такой прозрачной синтетической смолы является полиметилметакрилат (PMMA), имеющий коэффициент преломления, равный 1,49, поликарбонат (PC), имеющий коэффициент преломления, равный 1,59, эпоксидная смола (EP) и т.п.
Элемент 2 управления световым потоком имеет светопринимающую поверхность 2a в качестве внутренней поверхности, светоиспускающую поверхность 2b в качестве внешней поверхности, а также нижнюю поверхность 2c, которая соединяет светопринимающую поверхность 2a со светоиспускающей поверхностью 2b. Элемент 2 управления световым потоком имеет пустое пространство, и в этом пустом пространстве находится светоизлучающий элемент 1. Светоизлучающий элемент 1 является элементом, который излучает свет во внешнюю среду, со световой осью Z в центре светового излучения. Светоизлучающее устройство 1, в частности, не ограничено, и в качестве светоизлучающего элемента может быть использован обычный диод LED.
Светопринимающая поверхность 2a является внутренней поверхностью элемента 2 управления световым потоком. Как иллюстрировано на Фиг.1, светопринимающая поверхность 2a имеет поперечную поверхность, контур которой пересекается со световой осью Z, по существу, вертикально на световой оси Z, и значительно изменяет ее угол наклона около световой оси Z. В области, находящейся вдали от световой оси Z, угол наклона контура светопринимающей поверхности 2a изменяется меньше. По существу, светопринимающая поверхность 2a имеет поперечную поверхность в форме колокола. С другой стороны, светоиспускающая поверхность 2b, которая является внешней поверхностью элемента 2 управления световым потоком, имеет поперечную поверхность, контур которой, по существу, вертикален по отношению к световой оси Z, и около световой оси Z изменяется меньше. Этот угол наклона контура светоиспускающей поверхности 2b существенно изменяется в области, находящейся вдали от световой оси Z, и постепенно становится параллельным по отношению к световой оси Z. По существу, светоиспускающая поверхность 2b имеет поперечную поверхность в форме углубления около световой оси Z.
Фиг.2 изображает вид в поперечном разрезе светоизлучающего устройства 11 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В соответствии с настоящим вариантом осуществления направление света изменяется как на светопринимающей поверхности 2a, так и  на светоиспускающей поверхности 2b. По существу, возможно сформировать светоиспускающую поверхность 2b выпуклой формы около световой оси Z, как изображено на Фиг.2.
Фиг.19 изображает светоизлучающее устройство 100, раскрытое в патентной литературе 1. С помощью светоизлучающего устройства 100 направление света изменяется исключительно на светоиспускающей поверхности 102b. По существу, светоиспускающая поверхность 102b формируется вогнутой формы около световой оси Z. С другой стороны, в соответствии с настоящим изобретением светоиспускающая поверхность 102b светоизлучающего устройства не ограничивается вогнутой формой в отличие от светоизлучающего устройства 100. Альтернативно светоиспускающая поверхность 102b также может быть выполнена в выпуклой и вогнутой форме, как в светоизлучающем устройстве 10 и светоизлучающем устройстве 11 соответственно. По существу, степень свободы в проектировании может быть выше.
Далее со ссылкой на Фиг.3 следующее описание разъясняет структуру, в которой направление света L изменяется на светоиспускающей поверхности 2b элемента 2 управления световым потоком. Фиг.3 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий часть светоизлучающего устройства 10, иллюстрированного на Фиг.1.
1
3
1
3
1
1
1
На Фиг.3 светопринимающая поверхность 2a имеет вогнутую кривую, которая является осесимметричной по отношению к опорной световой оси Z светоизлучающего устройства 10. Если точка пересечения опорной световой оси Z и плоскости излучения задана в качестве опорной точки O, то α указывает угол между опорной световой осью Z и прямой линией, которая проходит через опорную точку О по направлению к точке Р на светопринимающей поверхности 2a, а R указывает расстояние между произвольной точкой Р и опорной точкой O. В случае ламбертовского распределения, которое является характеристикой распределения света обычного светоизлучающего элемента, расстояние R монотонно уменьшается по мере увеличения угла α, по меньшей мере, в диапазоне α<π/3, причем диапазон яркости не меньше половины яркости света, излучаемого в направлении световой оси.
2
4
2
4
2
2
2
В спецификации настоящей заявки радиан используется в качестве углового обозначения, если не указано иначе. Светоиспускающая поверхность 2b имеет (i) выпуклую искривленную часть, которая является осесимметричной по отношению к опорной световой оси Z, а также (ii) углубление, проходящее по направлению к выпуклой искривленной части, в области, охватывающей пересечение светоиспускающей поверхности 2b с опорной световой осью Z. Если (i) α является углом между опорной световой осью Z и прямой линией, которая проходит через опорную точку О по направлению к произвольной точке Р на светоиспускающей поверхности 2b, а (ii) R является расстоянием между опорной точкой О и точкой Р на светоиспускающей поверхности 2b, то R монотонно увеличивается по мере увеличения α, по меньшей мере, в диапазоне α< π/3.
3
1
1
1
1
1
1
1
,
Как было упомянуто выше, свет L, падающий на светопринимающую поверхность 2a, преломляется вовне. Затем свет L дополнительно преломляется при излучении от светопринимающей поверхности 2b. Следующее описание разъясняет принцип этого. Предположим, что в точке Pна светопринимающей поверхности 2a, светопринимающая поверхность имеет форму, при которой увеличение угла α не изменяет расстояние R, то есть приращение ΔR, на которое расстояние R увеличивается по отношению к приращению Δα угла α, равняется 0, в иллюстрированном на Фиг.3 виде в поперечном разрезе. В этом случае светопринимающая поверхность имеет кольцевую форму, сосредоточенную на опорной точке О, а также имеет радиус расстояния R. Следовательно, свет вертикально падает на светопринимающую поверхность. По существу, свет передается без отклонения.
1
1
1
1
1
1
1
3
1
3
1
1
1
1
1
1
С другой стороны, предположим, что светопринимающая поверхность имеет форму, при которой расстояние R уменьшается по мере увеличения угла α, то есть приращение ΔR, на которое расстояние R увеличивается по отношению к приращению Δα угла α, выражается посредством ΔR<0, в иллюстрированном на Фиг.3 виде в поперечном разрезе. В этом случае линия тангенса в точке Р на светопринимающей поверхности 2a становится более параллельной по отношению к световой оси Z по сравнению с дугой окружности, которая сосредоточена на опорной точке О, и имеет радиус расстояния R. По существу, свет, излучаемый от опорной точки О, а также падающий на произвольную точку Р, преломляется в направлении, уходящем от световой оси, а также передается в элементе 2 управления световым потоком. Если в вышеупомянутом задается, что ΔR/R Δα=А, то А выражается посредством А<0.
2
2
4
2
4
4
4
4
4
4
,
,
С другой стороны, на светоиспускающей поверхности 2b расстояние R увеличивается по мере увеличения угла α. По существу, линия тангенса в точке P на светоиспускающей поверхности 2b является наиболее перпендикулярной по отношению к световой оси Z по сравнению с линией тангенса окружности, которая сосредоточена на опорной точке О и радиусе расстояния  R. Следовательно, свет, который падает на точку Р от направления, в котором прямая линия проходит через опорную точку О в точку Рдополнительно преломляется в направлении, уходящем от световой оси Z. На практике, поскольку обеспечена светопринимающая поверхность 2a, угол между (i) светом L, падающим на точку Pи (ii) нормалью в точке P больше (i) угла между нормалью в точке Pи (ii) прямой линией, проходящей через точку Pк опорной точке O, как изображено на Фиг.3. Следовательно, свет дополнительно преломляется в направлении, уходящем от световой оси. Как было описано выше, возможно получить светоизлучающее устройство, имеющее характеристику рассеяния, посредством обеспечения светоизлучающего устройства со светопринимающей поверхностью 2a и светоиспускающей поверхностью 2b, имеющими вышеописанные отличительные признаки.
4
4
Далее, со ссылкой на Фиг.4, описание разъясняет требования для излучения света со светоиспускающей поверхности 2b. Изначально следующее описание затрагивает световой поток, который падает на точку Р от направления, в котором прямая линия проходит через опорную точку О к точке P на светоиспускающей поверхности.
4
4
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
4
2
Если (i) β является углом между нормалью в точке P и прямой линией, проходящей через опорную точку О в точку P, а (ii), ΔR является изменением (различием) расстояния R в момент, когда угол α изменяется на минимальное приращение Δα, то tanβ= ΔR/RΔα. Затем если n является коэффициентом преломления, то необходимо иметь следующее уравнение nsinβ≤1 для излучения света со светоиспускающей поверхности. Если определено, что ΔR/RΔα=A, то A≤1. Это выражение должно быть удовлетворено для излучения со светоиспускающей поверхности 2b светового потока, падающего в точку Р от направления, в котором прямая линия проходит через опорную точку О к опорной точке P на светоиспускающей поверхности. Этот пример затрагивает случай, когда свет, излучаемый с опорной точки О, падает на светоиспускающую поверхность 2b без преломления на светопринимающей поверхности 2a. Однако на практике свет, излучаемый с опорной точки О, преломляется на светопринимающей поверхности 2a. По существу, угол падения света для входа в точку P на светоиспускающей поверхности 2b становится больше угла β. Следовательно, полное отражение всегда получают при условии A≥1.
2
По существу, должно быть удовлетворено, по меньшей мере, следующее условие: A<1.
1
2
1
2
1
2
Вышеупомянутое описание затрагивает случай, который не подразумевает α=0 и α=0. В случае, когда α=0 и α=0, свет, излучаемый светоизлучающим элементом в направлении световой оси, должен быть излучен в направлении световой оси. Следовательно, А и A становятся равными 0. Посредством этого возможно предотвратить недостаток, изложенный в патентной литературе 2, заключающийся в том, что свет становится более тусклым в области, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом 1.
1
2
2
На Фиг.5 ϕ является углом между световой осью Z и светом L, испускаемым светоизлучающим элементом 1, а также падающим на светопринимающую поверхность 2a. ϕ является углом между (i) светом L, падающим на светопринимающую поверхность 2a, попадающего на светоиспускающую поверхность 2b, а также излучающим от светоиспускающей поверхности 2b, и (ii) линией, которая является параллельной по отношению к световой оси Z, а также проходит через точку Ризлучения, в которой свет L попадает на светоиспускающую поверхность 2b.
1
1
1
1
2
2
2
2
Кроме того, на Фиг.5 точка Р приема света является точкой, через которую свет L, испускаемый светоизлучающим элементом 1, попадает на светопринимающую поверхность 2a, между тем как θ является углом между светом L, попадающим из точки Р приема света, и нормалью в точке Р приема света. Кроме того, точка Р испускания света является точкой на плоскости излучения, от которой свет L передается через элемент 2 управления световым потоком и попадает на светоиспускающую поверхность 2b. θ является углом между светом L, попадающим в точку P испускания света, и нормалью в точке P испускания света.
Как изображено на Фиг.5, свет L, испускаемый светоизлучающим элементом 1 (i), попадает на светопринимающую поверхность 2a, затем (ii) передается через элемент 2 управления световым потоком, и в конечном счете (iii) излучается вовне (например, свет излучается в воздушную среду) со светоиспускающей поверхности 2b, посредством закона Снелла. В вышеупомянутом процессе световой поток светоизлучающего элемента 1 преломляется в направлении, уходящем от световой оси Z, а также излучается элементом 2 управления световым потоком настоящего изобретения.
1
Для предотвращения неравномерной яркости посредством дополнительного улучшения характеристики рассеяния светоизлучающего устройства 10 его, как предполагается, предпочтительно устроить таким образом, чтобы свет L, испускаемый светоизлучающим элементом 1, распределялся подобно гауссовскому распределению, при котором он становится ярким на световой оси светоизлучающего устройства 10, наряду с тем, что он становится более тусклым вдали от световой оси Z. По существу, изобретатель провел подробное исследование и в результате обнаружил, что к свету L, испускаемому светоизлучающим элементом, имеющим характеристику Р(ϕ) распределения света, должны быть выдвинуты следующие требования.
1
1
1
То есть изобретатель обнаружил, что возможно, чтобы свет L, испускаемый светоизлучающим элементом 1, имеющий характеристику Р(ϕ) распределения света, распределялся на основе гауссовского распределения на плоскости, например, на жидкокристаллической панели, если удовлетворено вышеупомянутое уравнение (2), в котором r является длиной, от световой оси Z, плоскости, то есть обеспеченной на определенном расстоянии от элемента 2 управления световым потоком в направлении световой оси Z так, чтобы быть перпендикулярной световой оси Z, ϕ является углом между светом L и световой осью Z, С является константой, определенной для удовлетворения ϕ=0, когда r=0, δ является константой, указывающей характеристику рассеяния, и A получают посредством вышеупомянутого уравнения.
Как было описано выше, возможно получить свет L, то есть при гауссовском распределении на жидкокристаллической панели посредством светоизлучающего элемента 1, удовлетворяющего требования. Это предоставляет возможность предотвратить формирование яркой кольцевой линии на плоскости и/или формирование яркого пятна в светоизлучающем устройстве 10. Следовательно, возможно предотвратить формирование неравномерной яркости света L, испускаемого светоизлучающим элементом 1.
1
0
1
0
Ламбертовское распределение, выраженное посредством характеристики распределения Р(ϕ)=Pcosϕ (P является константой) обычного диода LED, имеет особое значение. Ламбертовское распределение может быть преобразовано в гауссовское распределение на плоскости (жидкокристаллической панели) в случае удовлетворения вышеупомянутого уравнения. Это дополнительно предотвращает неравномерность яркости света L, испускаемого светоизлучающим элементом 1.
В соответствии с уравнениями (1) и (2), если расстояние между светоизлучающим устройством 100 и жидкокристаллической панелью 106 задано равным 20 мм в светоизлучающем устройстве 100, изображенном на Фиг.19, то форма линзы α=1, которая раскрыта в патентной литературе 1, приблизительно соответствует форме линзы δ=30 мм. Это отражает то, что с помощью формы светоизлучающего устройства 100, раскрытого в патентной литературе 1, сложно дополнительно улучшить характеристику рассеяния.
1
2
2
1
1
2
1
2
1
1
2
1
1
2
1
Фиг.6 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ в случае, когда δ  задана равной 35 мм, а расстояние между светоизлучающим устройством и жидкокристаллической панелью задано равным 20 мм. Как изображено на Фиг.6, угол ϕ монотонно увеличивается по мере увеличения угла ϕ. Следовательно, как изображено на Фиг.20, область, в которой увеличение угла ϕ не изменяет угол ϕ, не присутствует. Фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ и ϕ/ϕ в случае, изображенном на Фиг.6. Как изображено на Фиг.7, отношение между углами ϕ и ϕ/ϕ является нелинейным. Диаграмма, изображенная на Фиг.7, иллюстрирует присутствие точки перегиба. С другой стороны, отношение между углами ϕ и ϕ/ϕ линейно изменяется в способе проектирования, раскрытом в патентной литературе 1.
1
2
1
2
1
1
1
2
1
1
1
Фиг.8 изображает отношение между углами ϕ и ϕ/ϕ в случае, когда характеристика рассеяния дополнительно улучшается, чтобы δ=70 мм. Фиг.8 более подробно изображает различие между настоящим изобретением и изобретением, раскрытым в патентной литературе 1, посредством отображения того, что в настоящем изобретении угол ϕ/ϕ быстро уменьшается по мере увеличения угла ϕ в области, где угол ϕ является маленьким, тогда как угол ϕ/ϕ умеренно уменьшается до 1 по мере увеличения угла ϕ в области, где угол ϕ является большим.
1
2
1
2
1
2
1
Фиг.9 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углом θ/θи коэффициентом отражения в светоизлучающем устройстве 10. На Фиг.9 вертикальная ось означает коэффициент отражения, а горизонтальная ось означает θ/θв логарифме. Коэффициент отражения, изображенный на Фиг.9, охватывает отражение на светопринимающей поверхности 2a, а также отражение на светоиспускающей поверхности 2b. В обычном светоизлучающем устройстве 100, изображенном на Фиг.19, угол θ/θустанавливается равным нулю (в светоизлучающем устройстве 100 угол θравен нулю). Числовое значение асимптоты кривой на Фиг.9 отображает коэффициент отражения в обычной технологии. Например, асимптота кривой А Δϕ=7π/45 обозначена посредством пунктирной линии, имеющей коэффициент отражения, равный 15,8%. То есть коэффициент отражения, равный 15,8%, получают в обычной технологии в случае Δϕ=7π/45.
1
2
1
2.
В отличие от светоизлучающего устройства 100, в соответствии с обычной технологией, светоизлучающее устройство 10, в соответствии с настоящим изобретением, устроено таким образом, чтобы направление света L изменялось как на светопринимающей поверхности 2a, так и на светоиспускающей поверхности 2b. По существу, коэффициенты отражения кривых меньше числовых значений асимптот, соответственно. Это демонстрирует то, что светоизлучающее устройство 10 может дополнительно понизить коэффициент отражения по сравнению со светоизлучающим устройством 100. С помощью постоянной Δϕ минимальный коэффициент отражения может быть получен в случае, когда θ/θ=1, то есть когда θ=θЭто отображает то, что коэффициент отражения увеличивается по мере увеличения Δϕ.
В элементе 2 управления световым потоком для улучшения характеристики рассеяния света L свет, испускаемый светоизлучающим элементом 1, должен быть преломлен как можно ближе к направлению, которое является перпендикулярным по отношению к световой оси X. По существу, это необходимо для получения большого Δϕ. Кроме того, предпочтительно задать коэффициент отражения равным 15% или меньше, поскольку анализ изобретателя посредством построения лучей подтверждает, что характеристика рассеяния улучшается в случае, если коэффициент отражения при френелевском отражении на элементе 2 управления световым потоком в максимальной точке больше 15%. При рассмотрении диаграммы требования к коэффициенту отражения, равному 15% или меньше, выражаются посредством следующих уравнений (9)-(15):
1
2
если Δϕ ≤ 3π/20, 0 ≤ θ/θ ≤  уравнение (9)
1
2
если Δϕ = 7π/45, 1/25,8 ≤ θ/θ ≤ 25,8 уравнение (10)
1
2
если Δϕ = π/6, 1/6,8 ≤ θ/θ ≤ 6,8 уравнение (11)
1
2
если Δϕ = 7π/36, 1/2,5 ≤ θ/θ ≤ 2,5 уравнение (12)
1
2
если Δϕ = 2π/9, 1/1,6 ≤ θ/θ ≤ 1,6 уравнение (13)
1
2
если Δϕ = π/4, 1/1,2 ≤ θ/θ ≤ 1,2 уравнение (14) и
1
2
если Δϕ = 23π/90, 1/1,1 ≤ θ/θ ≤ 1,1 уравнение (15)
Однако коэффициент отражения не может быть задан равным 15% или меньше в случае, когда Δϕ≥47π/180. Учитывая это, возможно задать коэффициент отражения равным 15% или меньше посредством удовлетворения любого из следующих уравнений (4)-(8) и (16):
1
2
если Δϕ ≤ 7π/45, 1/25,8 5 ≤ θ/θ ≤ 25,8 уравнение (4)
1
2
если Δϕ ≤ π/6, 1/6,8 ≤ θ/θ ≤6,8 уравнение (5)
1
2
если Δϕ ≤ 7π/36, 1/2,5 ≤ θ/θ ≤2,5 уравнение (6)
1
2
если Δϕ ≤ 2π/9, 1/1,6 ≤ θ/θ ≤ 1,6 уравнение (7)
1
2
если Δϕ ≤ π/4, 1/1,2 ≤ θ/θ ≤1,2 уравнение (8) и
1
2
если Δϕ ≤ 23π/90, 1/1,1 ≤ θ/θ ≤1,1 уравнение (16)
Следовательно, возможно получить повышенную характеристику рассеяния света L в светоизлучающем устройстве 10 по сравнению со светоизлучающим устройством 100 в соответствии с обычной технологией.
Кроме того, использование светоизлучающего устройства в соответствии с настоящим вариантом осуществления позволяет обеспечить устройство освещения, содержащее это светоизлучающее устройство. С помощью устройства освещения, содержащего светоизлучающее устройство, в соответствии с настоящим вариантом осуществления возможно обеспечить устройство освещения, имеющее повышенную характеристику рассеяния, полученную посредством уменьшения коэффициента отражения, вызванного посредством френелевского отражения. Конкретными примерами устройства освещения являются жидкокристаллическое устройство, задняя подсветка, вывеска и т.п.
В случае, когда вышеупомянутая структура используется в качестве задней подсветки для жидкокристаллического дисплейного устройства, возможно излучать свет на плоскость, находящуюся над светоизлучающим устройством 10, а также перпендикулярно по отношению к световой оси Z таким способом, чтобы свет более равномерно распределялся по плоскости в направлении, уходящем от светоизлучающего элемента 1, по сравнению с элементом управления световым потоком, не расположенным в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Плоскость является плоскостью, на которой обеспечена неиллюстрированная жидкокристаллическая панель. Следовательно, возможно обеспечить светоизлучающее устройство 10, которое может получить повышенную характеристику рассеяния посредством уменьшения коэффициента отражения посредством френелевского отражения.
Второй вариант осуществления
Нижеследующее, со ссылкой на Фиг.10-12, описывает другой вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Структура, отличная от описанной в настоящем варианте осуществления, является аналогичной структуре, описанной в первом варианте осуществления. Для простого разъяснения, элементам, имеющим функции, аналогичные функциям, изображенным на фигурах в первом варианте осуществления, присвоены одинаковые номера, и их разъяснение опущено.
Фиг.10 изображает вид в поперечном разрезе светоизлучающего устройства 10 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В светоизлучающем устройстве, иллюстрированном на Фиг.10, светоизлучающий элемент 1 и элемент 2 управления световым потоком обеспечены на определенном расстоянии друг от друга. В такой структуре часть света, испускаемого светоизлучающим элементом 1, может непосредственно попадать на нижнюю поверхность 2c, не попадая на светопринимающую поверхность 2a. Затем свет передается через элемент 2 управления световым потоком, сгущается на светоиспускающей поверхности 2b и в качестве света L попадает на жидкокристаллическую панель, благодаря чему на ней формируется яркая линия. Яркая линия имеет кольцевую форму и располагается в центре части, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом 1. В результате неравномерная яркость на жидкокристаллической панели 6 не может быть улучшена.
Для предотвращения такого явления изобретатель изобрел светоизлучающее устройство, содержащее элемент предотвращения отражения. Фиг.11 изображает вид в поперечном разрезе светоизлучающего устройства 12 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В отличие от светоизлучающего устройства 10, описанного в первом варианте осуществления, светоизлучающее устройство 12 содержит отражающую пластину 3 на плоскости, которая является перпендикулярной по отношению к световой оси Z, а также окружает светоизлучающий элемент 1. Кроме того, отражающий элемент 4 (элемент предотвращения приема света) обеспечен на нижней части нижней поверхности 2c для того, чтобы находиться перед отражающей пластиной 3. Между отражающей пластиной 3 и отражающим элементом 4 может быть сформировано пустое пространство.
Отражающая пластина 3 может использовать обычную отражающую пластину. Конкретные примеры обычной отражающей пластины включают в себя пленку, изготовленную из смолы, такой как полиэстер или подобное, а также с добавлением белого пигмента, пленку, содержащую маленькие пузырьки и т.п. Следовательно, отражающая пластина 3 не ограничивается конкретным типом. Кроме того, отражающий элемент 4 может использовать обычный отражающий элемент. Примеры обычного отражающего элемента включают в себя пленку, изготовленную из смолы, такой как полиэстер или подобное, а также с добавлением белого пигмента, пленку, содержащую маленькие пузырьки и т.п. Следовательно, отражающий элемент 4 не ограничивается конкретным типом.
Предпочтительно, чтобы не было пустого пространства между отражающей пластиной 3 и отражающим элементом 4, поскольку свет от светоизлучающего элемента 1 не попадает непосредственно на нижнюю поверхность 2c. Однако из-за различного качества элементов, формирующих светоизлучающее устройство 12, на практике формируется пустое пространство.
В соответствии со светоизлучающим устройством 12, выводящим свет, испускаемый светоизлучающим элементом 1, свет, проходящий к нижней поверхности 2c со стороны пустого пространства, отражается посредством отражающего элемента 4. Затем свет попадает на отражающую пластину 3 и дополнительно отражается посредством отражающей пластины 3. Следовательно, свет, испускаемый светоизлучающим элементом непосредственно к нижней поверхности 2c, не попадает на элемент 2 управления световым потоком.
Следовательно, свет, испускаемый светоизлучающим элементом 1, не попадает на элемент 2 управления световым потоком с нижней поверхности 2c, благодаря чему уменьшается вероятность формирования яркой линии кольцевой формы на жидкокристаллической панели 6. Кроме того, свет, отражаемый таким образом посредством отражающего элемента 4, отражается посредством отражающей пластины 3, обеспеченной около светоизлучающего элемента 1 так, чтобы, в конечном счете, использоваться для освещения жидкокристаллической панели 6. Следовательно, эффективность использования света будет снижена с наименьшей вероятностью.
Вышеупомянутое описание разъясняет способ обеспечения отражающего элемента в качестве элемента предотвращения приема света. В качестве альтернативы элемент предотвращения приема света может являться, как в светоизлучающем устройстве 13, изображенном на Фиг.12, текстурированной поверхностью 2d, подготовленный посредством текстурирования нижней поверхности 2c. Текстурированная поверхность относится к поверхности, подвергнутой текстурированию. Пример текстурированной поверхности включает в себя поверхность, подвергнутую обработке, чтобы иметь небольшую неровность, отпечатанную точечную структуру или подобное.
В этой структуре свет, попадающий на текстурированную поверхность 2d, рассеивается, благодаря чему на жидкокристаллической панели 6 формируется размытая яркая линия кольцевой формы. Следовательно, неравномерная яркость становится менее обнаружимой. Кроме того, при использовании поверхности, подвергнутой текстурированию, возможно одновременно обеспечить текстурированную поверхность 2d в качестве формирования элемента управления световым потоком, благодаря чему сокращается стоимость.
Третий вариант осуществления
Нижеследующее, со ссылкой на Фиг.13-18, описывает еще один вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Структуры, отличные от описанной в настоящем варианте осуществления, являются аналогичными структурам, описанным в первом варианте осуществления. Для удобства элементам, имеющим функции, аналогичные функциям, изображенным на фигурах в первом варианте осуществления, присвоены одинаковые ссылочные номера, и их разъяснение опущено.
Фиг.13 изображает вид в поперечном разрезе светоизлучающего устройства 14 в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Светоизлучающее устройство 14 включает в себя светорассеивающий элемент 5 клинообразной формы на нижней поверхности 2c. Светорассеивающий элемент 5 не ограничивается конкретным типом, при условии, что светорассеивающий элемент 5 (i) отражает свет способом, аналогичным грани призмы, имеющей клинообразную форму или подобное, а также (ii) отклоняет направление света почти перпендикулярно по отношению к световой оси Z. На Фиг.13 светорассеивающий элемент 5 имеет вращательно-симметричную форму по отношению к световой оси Z, а также целостную форму, окружающую световую ось Z. В качестве альтернативы светорассеивающий элемент 5 может быть сформирован частично, окружая световую ось Z.
Для обеспечения подробного разъяснения светорассеивающего элемента 5 нижеследующее описание изначально разъясняет распределение яркости на жидкокристаллической панели светоизлучающего устройства, которое не содержит светорассеивающего элемента 5. Фиг.14 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий светоизлучающее устройство 15, не содержащее светорассеивающего элемента 5.
В светоизлучающем устройстве 15 свет, испускаемый светоизлучающим элементом 1, попадает на светопринимающую поверхность 2a, а затем излучается в качестве света L1 на светоиспускающую поверхность 2b. Однако из-за френелевского отражения часть света не излучается со светоиспускающей поверхности 2b, а отражается. Затем свет отражается в соответствии с френелевским отражением на нижней поверхности 2c или преломляется посредством отражающей пластины 3, находящейся в контакте с нижней поверхностью 2c. После чего свет снова попадает на светоиспускающую поверхность 2b. Свет, падающий на светоиспускающую поверхность 2b, преломляется более параллельно по отношению к световой оси, а затем в качестве света L2 попадает на жидкокристаллическую панель 6.
Следовательно, в светоизлучающем устройстве 15 свет имеет тенденцию быть более ярким около световой оси Z на жидкокристаллической панели 6, благодаря чему формируется неравномерная яркость около световой оси Z.
Далее нижеследующее описание разъясняет распределение яркости на жидкокристаллической панели светоизлучающего устройства, которое содержит светорассеивающий элемент 5. Фиг.15 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий светоизлучающее устройство 14, которое содержит светорассеивающий элемент 5.
В светоизлучающем устройстве 14 свет, испускаемый светоизлучающим элементом 1, попадает на светопринимающую поверхность 2a, а затем излучается в качестве света L1 на светоиспускающую поверхность 2b. Однако из-за френелевского отражения часть света не излучается со светоиспускающей поверхности 2b, а отражается, как в случае светоизлучающего устройства 15. Свет, отражаемый таким образом, сгущается в фокусной точке P на нижней поверхности 2c. В светоизлучающем устройстве 14 светорассеивающий элемент 5 сформирован около фокусной точки P, благодаря чему свет, отражаемый на основе френелевского отражения, сгущается в светорассеивающем элементе 5. Часть света, сгущаемого в светорассеивающем элементе 5, излучается в качестве света L3 в направлении, которое является почти параллельным по отношению к световой оси Z. С другой стороны, большая часть света преломляется ближе к направлению, которое является перпендикулярным по отношению к световой оси Z, а также излучается в качестве света L4. Это предоставляет возможность управления, при котором большая часть света, испускаемого светоизлучающим элементом 1, преломляется посредством элемента 2 управления световым потоком и светорассеивающего элемента 5 ближе к направлению, которое является перпендикулярным по отношению к световой оси Z. Следовательно, посредством светоизлучающего устройства, содержащего светорассеивающий элемент 5, возможно дополнительно предотвратить формирование неравномерной яркости.
В частности, позиция, в которой располагается светорассеивающий элемент 5, не ограничивается, при условии, что светорассеивающий элемент 5 преломляет большее количество света от светоиспускающей поверхности 2b почти вдоль направления, которое является перпендикулярным по отношению к световой оси Z. В частности, предпочтительно обеспечить светорассеивающий элемент 5 в фокусной точке P, поскольку это позволяет призме меньшей формы преломлять почти вдоль направления, которое является перпендикулярным по отношению к световой оси Z, большее количество света, отражаемого на основе френелевского отражения со светоиспускающей поверхности 2b. Фокусная точка P располагается на нижней поверхности 2c, примерно в позиции, близкой к светоиспускающей поверхности 2b.
Фиг.16 изображает диаграмму, иллюстрирующую распределение яркости на жидкокристаллической панели 6 в случаях использования светоизлучающих устройств 14 и 15 соответственно. На Фиг.16 вертикальная ось указывает относительное распределение яркости на жидкокристаллической панели 6, а горизонтальная ось указывает позицию на жидкокристаллической панели со средней точкой горизонтальной оси, соответствующей позиции, находящейся непосредственно над светоизлучающими элементами 1 светоизлучающих устройств. На Фиг.16 сплошная линия указывает распределение яркости светоизлучающего устройства 14, содержащего светорассеивающий элемент 5, а пунктирная линия указывает распределение яркости светоизлучающего устройства 15, не содержащего светорассеивающего элемента 5.
Сравнение сплошной линии с пунктирной линией на Фиг.16 демонстрирует то, что в светоизлучающем устройстве 14, содержащем светорассеивающий элемент 5, яркость понижена в большей степени в области, находящейся над светоизлучающим элементом 1, по сравнению со светоизлучающим устройством 15. Уровень яркости области, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом 1, который обозначен посредством пунктирной линии на Фиг.16, формирует неравномерную яркость, когда в области, находящейся непосредственно над светоизлучающим элементом, яркость выше. Следовательно, как было описано выше, обеспечение светорассеивающего элемента 5 в светоизлучающем устройстве 14 делает формирование неравномерной яркости на жидкокристаллической панели 6 менее вероятным.
Фиг.17 изображает вид в поперечном разрезе, иллюстрирующий светоизлучающее устройство 14 в случае, когда свет, падающий на светопринимающую поверхность 2a, достигает светорассеивающего элемента 5 прежде, чем достигает светоиспускающей поверхности 2b.
Как было описано выше, в светоизлучающем устройстве 14 свет от светоизлучающего элемента 1 излучается в качестве света L1, в случае, если он излучается со светоиспускающей поверхности 2b прежде, чем достигает светорассеивающего элемента 5. Таким образом, характеристика рассеяния света, испускаемого светоизлучающим элементом, улучшается. Как изображено на Фиг.17, часть света, испускаемого светоизлучающим элементом 1, достигает светорассеивающего элемента 5 после попадания на светопринимающую поверхность 2a. Затем свет попадает на светоиспускающую поверхность 2b, после чего он излучается вовне, в качестве света L5, с элемента 2 управления световым потоком. Как изображено на Фиг.17, после попадания на светопринимающую поверхность 2a, часть света от светоизлучающего элемента 1 преломляется посредством светорассеивающего элемента 5 в направлении, которое является параллельным по отношению к световой оси Z. То есть формирование света L5 снижает эффективность улучшения характеристики рассеяния света от светоизлучающего элемента 1.
Для дополнительного улучшения характеристики рассеяния света, посредством предотвращения формирования такого света L5, изобретатель изобрел нижеописанное светоизлучающее устройство. Фиг.18 изображает вид в поперечном разрезе светоизлучающего устройства 16, содержащего светорассеивающую поверхность 2e.
Элемент 2 управления световым потоком светоизлучающего устройства 16 имеет светорассеивающую поверхность 2e, которая на стороне (внешней стороне) имеет поверхность, которая является перпендикулярной по отношению к световой оси Z, с которой свет от светоизлучающего элемента 1 излучается на светоиспускающую поверхность 2b. Торцевая поверхность 2f, являющаяся вертикальной по отношению к нижней поверхности 2c, сформирована на краевой части внешней стороны светорассеивающей поверхности 2e, контактируя с нижней поверхностью 2c.
Как изображено на Фиг.18, свет, испускаемый светоизлучающим элементом 1, попадающий на светопринимающую поверхность 2a, а также достигающий светорассеивающего элемента 5 прежде, чем достигает светоиспускающей поверхности 2b, рассеивается на светорассеивающей поверхности 2e в качестве света L6. По существу, возможно предотвратить формирование яркой линии кольцевой формы, формируемой посредством такого света, как свет L5, изображенный на Фиг.17, который преломляется в направлении, которое является параллельным по отношению к световой оси Z. Следовательно, свет от светоизлучающего элемента 1 может быть рассеян более эффективно. В частности, в соответствии со светоизлучающим устройством 16, вероятность, с которой свет, излучаемый на жидкокристаллическую панель, сформирует яркую линию кольцевой формы в конкретной области, снижается. То есть установка светорассеивающей поверхности 2e делает предотвращение формирования неравномерной яркости проще.
В случае когда, несмотря на принятие вышеупомянутых контрмер, формируется яркое пятно и/или яркая линия, линза должна быть разработана в соответствии с новым нормативом яркости, которая устанавливается с учетом формирования яркого пятна и/или яркой линии. Новый норматив яркости задается посредством уменьшения яркости локальной области при гауссовском распределении, когда формируется яркое пятно и/или яркая линия.
Настоящее изобретение не ограничивается описанием вышеупомянутых вариантов осуществления и может быть изменено посредством специалиста в пределах формулы изобретения. Вариант осуществления, основываемый на надлежащей комбинации технических средств, раскрытых в различных вариантах осуществления, охвачен в техническом объеме настоящего изобретения.
1
1
1
Как было описано выше, светоизлучающее устройство настоящего изобретения является светоизлучающим устройством, содержащим светоизлучающий элемент и элемент управления световым потоком для управления светом, испускаемым светоизлучающим элементом, причем элемент управления световым потоком имеет (i) светопринимающую поверхность, с которой свет, испускаемый светоизлучающим элементом, попадает на элемент управления световым потоком, и (ii) светоиспускающую поверхность, с которой свет, падающий на светопринимающую поверхность, испускается от элемента управления световым потоком, где удовлетворяется вышеупомянутое уравнение (2), где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, Р(ϕ) является характеристикой распределения света светоизлучающего элемента, С является константой, определенной для удовлетворения ϕ=0, когда r=0, σ является константой, указывающей характеристику рассеяния, а A получают посредством вышеупомянутого уравнения (1).
Следовательно, возможно обеспечить светоизлучающее устройство, улучшающее характеристику рассеяния света, при помощи обычного светоизлучающего элемента.
1
Кроме того, предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в случае, если характеристика Р(ϕ) распределения света светоизлучающего элемента близка к ламбертовскому распределению, удовлетворялось следующее уравнение (3):
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, а σ является константой, указывающей характеристику рассеяния.
В светоизлучающем устройстве, которое удовлетворяет уравнение (3), возможно преобразовать свет, испускаемый светоизлучающим элементом на основе ламбертовского распределения, в свет на основе гауссовского распределения на вышеописанной плоскости. Это предоставляет возможность обеспечения светоизлучающего устройства, улучшающего характеристику рассеяния света, при помощи обычного светоизлучающего элемента.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в случае, если Δϕ=7π/45, удовлетворялось следующее уравнение (4):
1
2
1/25,8 ≤ θ/θ ≤ 25,8 уравнение (4)
1
1
2
2
2
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, θявляется углом между светом, проходящим от точки приема света светопринимающей поверхности, с которой направляется свет, в точку испускания света светоиспускающей поверхности, с которой свет излучается вовне, и нормалью светопринимающей поверхности в точке приема света, θ является углом между светом, проходящим от точки приема света в точку испускания света, и нормалью светоиспускающей поверхности в точке испускания света, ϕ является углом между опорной световой осью и светом, испускаемым светоизлучающим элементом, попадающим на светопринимающую поверхность, а также излучаемым со светоиспускающей поверхности вовне, и Δϕ=ϕ-ϕ
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в случае, если Δϕ ≤ π/6, удовлетворялось следующее уравнение (5):
1
2
1/6,8 ≤ θ/θ ≤ 6,8 уравнение (5)
1
1
2
2
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, θявляется углом между светом, проходящим от точки приема света светопринимающей поверхности, с которой направляется свет, в точку испускания света светоиспускающей поверхности, с которой свет излучается вовне, и нормалью светопринимающей поверхности в точке приема света, θ является углом между светом, проходящим от точки приема света в точку испускания света, и нормалью светоиспускающей поверхности в точке испускания света, и Δϕ=ϕ-ϕ.
Кроме того, предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в случае, если Δϕ≤7π/36, удовлетворялось следующее уравнение (6):
1
2
1/2,5 ≤ θ/θ ≤ 2,5 уравнение (6)
1
1
2
2
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, θявляется углом между светом, проходящим от точки приема света светопринимающей поверхности, с которой направляется свет, в точку испускания света светоиспускающей поверхности, с которой свет излучается вовне, и нормалью светопринимающей поверхности в точке приема света, θ является углом между светом, проходящим от точки приема света в точку испускания света, и нормалью светоиспускающей поверхности в точке испускания света, и Δϕ=ϕ-ϕ.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в случае, если Δϕ ≤ 2π/9, удовлетворялось следующее уравнение (7)
1
2
1/1,6 ≤ θ/θ ≤ 1,6 уравнение (7)
1
1
2
2
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, θявляется углом между светом, проходящим от точки приема света светопринимающей поверхности, с которой направляется свет, в точку испускания света светоиспускающей поверхности, с которой свет излучается вовне, и нормалью светопринимающей поверхности в точке приема света, θ является углом между светом, проходящим от точки приема света в точку испускания света, и нормалью светоиспускающей поверхности в точке испускания света, и Δϕ=ϕ-ϕ.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в случае, если Δϕ≤π/4, удовлетворялось следующее уравнение (8):
1
2
1/1,2 ≤ θ/θ ≤ 1,2 уравнение (8)
1
1
2
2
1
где r является длиной от опорной световой оси светоизлучающего устройства плоскости, которая обеспечена на определенном расстоянии от элемента управления световым потоком в направлении, которое является параллельным по отношению к опорной световой оси, так, чтобы являться перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, ϕ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом, и световой осью, θявляется углом между светом, проходящим от точки приема света светопринимающей поверхности, с которой направляется свет, в точку испускания света светоиспускающей поверхности, с которой свет излучается вовне, и нормалью светопринимающей поверхности в точке приема света, θ является углом между светом, проходящим от точки приема света в точку испускания света, и нормалью светоиспускающей поверхности в точке испускания света, и Δϕ=ϕ-ϕ.
Светоизлучающее устройство удовлетворяет любое из вышеупомянутых уравнений, благодаря чему получает коэффициент отражения света, испускаемого светоизлучающим элементом, равный 15% или менее. Это позволяет обеспечить светоизлучающее устройство с дополнительно улучшенной характеристикой рассеяния света.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы элемент управления световым потоком имел нижнюю поверхность, которая соединяет светопринимающую поверхность со светоиспускающей поверхностью, а также элемент предотвращения приема света для предотвращения падения света, испускаемого светоизлучающим элементом, обеспеченным на нижней поверхности, причем элемент предотвращения приема света является отражающим элементом.
Это приводит к тому, что элемент предотвращения приема света предотвращает попадание света, испускаемого светоизлучающим элементом, на нижнюю поверхность. Следовательно, возможно предотвратить формирование неравномерной яркости, вызванной посредством светоизлучающего устройства, при попадании света на элемент управления световым потоком с нежелательного направления. Кроме того, посредством отражающего элемента возможно без труда пресечь падение света, испускаемого светоизлучающим элементом.
Кроме того, предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы элемент управления световым потоком, имеющий нижнюю поверхность, которая соединяет светопринимающую поверхность со светоиспускающей поверхностью, а также светорассеивающий элемент для рассеяния света, отражаемого посредством светоиспускающей поверхности, возвращающегося в элемент управления световым потоком, был обеспечен на нижней поверхности.
С помощью этой структуры возможно дополнительно рассеивать свет, отражаемый и возвращаемый в элемент управления световым потоком, без внешнего излучения со светоиспускающей поверхности. То есть возможно обеспечить светоизлучающее устройство, которое ослабляет свет, приводящий к возникновению неравномерной яркости на жидкокристаллической панели, а именно посторонний (рассеянный) свет, вызванный посредством френелевского отражения на светоиспускающей поверхности.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы в элементе управления световым потоком клиновидный элемент, служащий в качестве светорассеивающего элемента, был сформирован в поперечном сечении, включающем в себя опорную световую ось, а также сформировано клиновидное отверстие, которое является светорассеивающим элементом, расположенным осесимметрично по отношению к опорной световой оси.
Светорассеивающий элемент без труда формируется в виде клиновидного отверстия, которое позволяет обеспечить светоизлучающее устройство, содержащее светорассеивающий элемент, с простой структурой.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы светорассеивающий элемент был обеспечен в такой позиции, в которой сгущается свет, испускаемый светоизлучающим элементом, попадающий на светопринимающую поверхность элемента управления световым потоком, а также отражаемый со светоиспускающей поверхности.
С помощью этой структуры возможно увеличить количество света, которое может быть рассеяно посредством светорассеивающего элемента. Это позволяет обеспечить светоизлучающее устройство, которое может повысить степень рассеяния постороннего света, приводящего к возникновению неравномерной яркости на жидкокристаллической панели, для дополнительного сокращения неравномерной яркости.
А также предпочтительно, чтобы светоизлучающее устройство настоящего изобретения было устроено таким образом, чтобы на стороне светоиспускающей поверхности, с которой свет излучается вовне, элемент управления световым потоком имел светорассеивающую поверхность, которая является перпендикулярной по отношению к опорной световой оси, а также светорассеивающая поверхность была обеспечена в такой позиции, в которой свет, испускаемый светоизлучающим элементом, попадающий на светопринимающую поверхность, достигающий светорассеивающего элемента, а также достигающий светоиспускающей поверхности, испускается элементом управления световым потоком вовне.
В соответствии с вышеупомянутой структурой свет, испускаемый светоизлучающим элементом, попадает на светопринимающую поверхность, достигает светорассеивающего элемента, отражается посредством светорассеивающей поверхности, а затем излучается со светоиспускающей поверхности вовне. В связи с этим свет, испускаемый светоизлучающим элементом, попадает на светопринимающую поверхность, а затем достигает светорассеивающей поверхности для достижения жидкокристаллической панели в позиции, в которой находится вдали от световой оси. Следовательно, возможно предотвратить ухудшение характеристики рассеяния света.
Устройство освещения в соответствии с настоящим изобретением включает в себя светоизлучающее устройство.
Следовательно, возможно обеспечить устройство освещения, имеющее повышенную характеристику рассеяния, которую получают посредством уменьшения коэффициента отражения на основе френелевского отражения.
Варианты осуществления и конкретные примеры реализации, обсужденные в вышеизложенном подробном разъяснении, служат исключительно для иллюстрирования технических деталей настоящего изобретения, которое не должно быть узко интерпретировано в рамках этих вариантов осуществления и конкретных примеров, и более того, могут быть применены во множестве изменений в пределах сущности настоящего изобретения, в случае, если такие изменения не превышают объем доступной нижеизложенной формулы изобретения.
Индустриальная применимость
Устройство освещения в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано в качестве задней подсветки для жидкокристаллического дисплейного устройства. Устройство освещения в соответствии с настоящим изобретением может соответственно использоваться, в частности, в качестве задней подсветки для жидкокристаллического дисплейного устройства большого размера.