JP5733750B2 - Luminous flux control member, light emitting device, and surface light source device - Google Patents
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Description
この発明は、発光素子(例えば、LED)からの光を出射制御する光束制御部材、この
光束制御部材を使用した発光装置、及びこの発光装置を使用して液晶表示パネル等の被照
明部材を面状に照明する面光源装置に関するものである。
The present invention relates to a light beam control member that controls the emission of light from a light emitting element (for example, an LED), a light emitting device that uses the light beam control member, and a surface to be illuminated such as a liquid crystal display panel using the light emitting device. The present invention relates to a surface light source device that illuminates in a shape.
近年、省エネルギーや環境保全の観点から、LEDを光源とする発光装置によって広告
パネル等の被照明部材を照明するようになっている。
In recent years, from the viewpoint of energy saving and environmental protection, illuminated members such as advertising panels are illuminated by light emitting devices using LEDs as light sources.
例えば、図8に示す発光装置100は、LED101からの光が光方向変換用光学素子102を介して照明光として出射されるようになっている。この発光装置100の光方向変換用光学素子102は、LED101からの光を光入射面103から内部に入射させ、その光入射面103から入射した光の一部を光反射面104によって反射して光出射面(円筒状の側面)105から出射させ、光入射面103から入射した光のうちの光出射面105から出射した光を除く光の一部を光反射面104から出射するようになっている。そして、このような発光装置100は、広告パネル等の被照明部材(図示せず)の背面側に複数配置され、被照明部材を背面側から面状に照明するようになっている(特許文献1)。
For example, the
しかしながら、図8に示した従来の発光装置100は、光反射面104からも光が出射
するようになっているため、LED101及び光方向変換用光学素子102の直上方向に
も多くの光が出射される。その結果、LED101からの光が光方向変換用光学素子10
2の直上方向へ出射するのを抑え、LED101からの光を光方向変換用光学素子102
の側方(LED101からの立体的な出射光束の中心の光の進行方向を光軸Lとすると、
その光軸Lに直交する方向)へ広く出射させる必要がある場合には、従来の発光装置10
0を使用することができなかった。
However, since the conventional
2, and the light from the
Side (the traveling direction of light at the center of the three-dimensional emitted light beam from the
When it is necessary to emit light widely in the direction orthogonal to the optical axis L), the conventional
0 could not be used.
そこで、本発明は、発光素子からの光が発光素子の直上方向へ出射するのを抑えること
ができ、且つ、発光素子からの光を側方へ広く出射することができる光束制御部材、この
光束制御部材を使用した発光装置、及びこの発光装置を使用した面光源装置を提供するこ
とを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a light flux controlling member capable of suppressing the light from the light emitting element from being emitted in the direction directly above the light emitting element, and capable of widely emitting the light from the light emitting element to the side, and the light flux. An object of the present invention is to provide a light emitting device using a control member and a surface light source device using the light emitting device.
請求項1の発明は、図1,図5及び図6に示すように、発光素子3からの光を入射させる光入射面部7と、この光入射面部7から入射した光を反射する光反射面部11と、この光反射面部11で反射された光を出射する光出射面部12と、を有する光束制御部材4に関するものである。この請求項1の発明において、
前記光入射面部7は、
・前記光束制御部材4のうちの前記発光素子3に対向する裏面5側に形成されており、前記発光素子3からの立体的な出射光束の中心の光が進行する方向を光軸Lとすると、この光軸Lを中心とするように配置され且つ前記発光素子3に対向するように配置され、
・前記出射光束のうちの前記光軸Lの近傍に位置する中心側の光束部分である第1光束部分を入射させる第1光入射面部分13と、
・前記第1光入射面部分13を取り囲むように配置され、前記出射光束のうちの前記第1光束部分を取り囲むように位置する第2光束部分の光の進行方向が前記光軸Lにほぼ沿った方向となるように光路変換して前記光束制御部材4内へ入射させる第2光入射面部分14と、を有している。また、
前記光反射面部11は、
・前記光束制御部材4のうちの前記裏面5に対向する頂面8から前記裏面5側へ向かって凹むテーパー形状の凹所10を形作るテーパー面であって、このテーパー面が前記光軸Lを中心とする回転対称面であり、
・前記第1光入射面部分13及び前記第2光入射面部分14から入射した光を前記光出射面部12に向けて全反射するようになっている。また、
前記光出射面部12は、
・前記頂面8と前記裏面5とを接続する筒状面であって、前記光軸Lを中心とする筒状面であり、
・前記光軸Lに直交する方向を側方とすると、前記光反射面部11で全反射された光を前記側方側へ向けて出射するようになっている。そして、
前記第2光入射面部分14は、光軸Lを中心として同心円状に突出形成された複数の突
起15a,15bからなるフレネルレンズであり、
前記頂面は、前記光反射面部の周囲にリング状に形成されており、このリング状の頂面から漏れる光を拡散させることによってリング状の光の帯が発生しないように粗面化された、ことを特徴としている。
As shown in FIGS. 1, 5, and 6, the first aspect of the present invention is a light
The light
The light
A first light
The light traveling direction of the second light beam portion which is disposed so as to surround the first light
The light reflecting
A tapered surface that forms a
The light incident from the first light
The
A cylindrical surface connecting the
If the direction orthogonal to the optical axis L is the side, the light totally reflected by the light reflecting
The second light
The top surface is formed in a ring shape around the light reflecting surface portion, and is roughened so as not to generate a ring-shaped light band by diffusing light leaking from the ring-shaped top surface. , it is characterized in that.
請求項2の発明は、図1,図5及び図6に示すように、基板2上に設置された発光素子3と、前記請求項1に記載の光束制御部材4とを有し、 前記光束制御部材4の中心軸L1が前記光軸Lと同心に配置されてなる、ことを特徴とする発光装置1に関するものでる。
As shown in FIGS. 1, 5, and 6, the invention of
請求項3の発明は、図7に示すように、前記請求項2に記載の発光装置1と、この発光装置1から出射した光を反射する反射部材25と、この反射部材25で反射された光で面状に照明される被照明部材26と、を備えたことを特徴とする面光源装置。
The invention of
本発明の光束制御部材によれば、発光素子からの光が発光素子の直上方向へ出射するの
を抑えることができ、且つ、発光素子からの光を側方へ広く出射することができる。
According to the light flux controlling member of the present invention, it is possible to suppress the light from the light emitting element from being emitted in the direction directly above the light emitting element, and to widely emit the light from the light emitting element to the side.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(発光装置)
図1は、本実施形態に係る発光装置1を示すものである。なお、図1(a)が発光装置
1の側面図であり、図1(b)が発光装置1の平面図であり、図1(c)が発光装置1の
裏面図であり、図1(d)が図1(b)のA1−A1線に沿って切断して示す発光装置1
の断面図である。
(Light emitting device)
FIG. 1 shows a
FIG.
この図1に示すように、発光装置1は、基板2上に設置された発光素子3(例えば、L
ED及び封止部材によって封止されたLED)からの光を光束制御部材4を介して出射す
るようになっており、発光素子3と光束制御部材4とが一対一で対応している。そして、
この発光装置1は、発光素子3が実装された基板2上に光束制御部材4の裏面5側に立設
された脚部6が接着剤で固定され、光束制御部材4の中心軸L1が発光素子3の光軸Lと
同心上に位置するようになっている。ここで、発光素子3の光軸Lとは、発光素子3から
の立体的な出射光束の中心における光の進行方向をいう。
As shown in FIG. 1, the
The light from the ED and the LED sealed by the sealing member is emitted through the light
In the
(光束制御部材の第1例)
光束制御部材4は、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、PC(ポリカーボ
ネート)、EP(エポキシ樹脂)等の透明樹脂材料や透明なガラスで形成されている。
(First example of light flux controlling member)
The light
この光束制御部材4は、平面形状が円形形状となるように形成されており、その中心軸
L1が平面形状の図心に合致している。そして、この光束制御部材4は、発光素子3に対
向する裏面5(図1(a),(d)の下面)に形成された光入射面部7と、裏面5の反対
側に位置する頂面8(図1(a),(d)の上面)と、この頂面8から円錐状に凹む凹所
10を形作る円錐状の光反射面部11と、裏面5の外周端と頂面8の外周端に接続される
ように略円筒状に形作られた光出射面部12と、を有している。また、この光束制御部材
4は、光入射面部7よりも径方向外方側の裏面5に、4本の脚部6が周方向に沿って等間
隔に立設されている。
The light
光入射面部7は、光束制御部材4の中心軸L1を中心とする円形状の平坦面である第1
光入射面部分13と、この第1光入射面部分13を取り囲むように形成された第2光入射
面部分14と、からなっている。第1光入射面部分13は、発光素子3からの出射光束の
うちの光軸L近傍に位置する中心側の光束部分であって、光の進行方向が光軸Lにほぼ沿
った方向である第1光束部分を入射させるようになっている。また、第2光入射面部分1
4は、発光素子3からの出射光束のうちの第1光束部分以外の光束部分であって、第1光
束部分を取り囲むように位置する第2光束部分を入射させるようになっている。この第2
光入射面部分14は、リング状の突起15a,15bが同心円状に複数形成されてなるフ
レネルレンズであって、突起15a,15bの各々は内側(中心軸L1寄り)に位置する
面15a1,15b1と外側に位置する面15a2,15b2との組み合わせで構成され
、第2光束部分の光の進行方向が光軸Lとほぼ平行な方向に揃うように、第2光束部分の
光を面15a1,15b1から入射し、面15a2,15b2で全反射するようになって
いる。ここで、第2光束部分の光の進行方向が光軸Lと「ほぼ」平行な方向に揃うとした
のは、第2光入射面部分14としてのフレネルレンズの製造誤差や、発光素子3と光束制
御部材4の組付誤差や、発光素子3の発光点が1点ではなく、ある面積をもって発光して
いることにより、第2光束部分の光の進行方向が光軸Lと平行な方向から(設計値から)
ずれることを考慮したものである。
The light
The light
The light
This is in consideration of deviation.
光反射面部11は、図1(d)に示すように、中心軸L1に対する傾斜角が45°で且
つ頂角が90°の円錐面(中心軸L1を中心とする回転対称のテーパ面)であり、その円
錐面の頂点16が中心軸L1上に位置するように形成されている。また、この光反射面部
11は、その頂面8側端部の直径D2が光入射面部7の外周端側の直径D1以上の大きさ
(D1≦D2)になっている。このような光反射面部11は、光入射面部7から入射した
光を光出射面部12に向けて全反射するようになっている。なお、光反射面部11の頂面
8側端部の直径D2は、頂面8の外周端における直径D4よりも小さくなっている。
As shown in FIG. 1D, the light reflecting
光出射面部12は、射出成形金型(図示せず)からの光束制御部材4の離型を容易にす
るため、頂面8側端部の直径D4が裏面5側端部の直径D3よりも小さくなるように抜け
勾配がつけられている。
The
図2(a)は、図1(d)に示した光束制御部材4における第2光入射面部分14を拡
大して示す図である。この図2(a)に示すように、第2光入射面部分14は、最外周の
リング状の突起15bを除き、他のリング状の突起15aが同一高さとなるように形成さ
れている。なお、第2光入射面部分14は、図2(a)に示す形状に限定されるものでは
なく、図2(b)〜(c)に示すような形状にしてもよい。すなわち、図2(b)に示す
第2光入射面部分14は、最外周のリング状の突起15bに隣り合うリング状の突起15
aから最内周のリング状の突起15aまでが裏面5に対してθ1の角度で発光素子3に近
づくように斜めに形成されている(図1参照)。また、図2(c)に示す第2光入射面部
分14は、最外周のリング状の突起15bに隣り合うリング状の突起15aから最内周の
リング状の突起15aに向かうにしたがって突起高さが漸増するように形成されている。
ここで、図2(a)〜(c)に示す各第2光入射面部分14は、最外周のリング状の突起
15bに隣り合うリング状の突起15aの形成位置が裏面5からλの位置にある。このよ
うに第2光入射面部分14の形状を工夫することにより、面15a1,15b1から入射
して面15a2,15b2を経由せずに直接、光出射面部12へ到達する光を減少させる
ことができる。
FIG. 2A is an enlarged view showing the second light
From a to the innermost ring-shaped
Here, in each of the second light
(発光装置の配光特性)
図3(a)は、図1に示した発光装置1の配光特性を示す図である。この図3(a)に
示す発光装置1の配光特性は、図3(b)に示すように、発光素子3の発光中心17から
光軸Lに沿って所定寸法離れた位置(基準位置0°)に照度計18を配置し、その照度計
18を発光素子3の発光中心17を回転中心として、右回り方向(+θ方向)に360°
回転させて照度を測定したものである。
(Light distribution characteristics of light-emitting device)
FIG. 3A is a diagram showing the light distribution characteristics of the
The illuminance is measured by rotating.
この図3(a)に示すように、本実施形態に係る発光装置1によれば、発光素子3の直
上方向(光軸Lに沿った方向)における照度に比較し、発光素子3の側方(光軸Lにほぼ
直交する方向)における照度が3倍程度大きくなっており、発光素子3からの光が光束制
御部材4の直上方向へ出射するのを抑えられ、且つ、発光素子3からの光が光束制御部材
4の側方へ広く出射されるようになっている。
As shown in FIG. 3A, according to the
以上のように、本実施形態の発光装置1は、光束制御部材4の光入射面部7が発光素子
3からの光を光軸Lにほぼ沿った方向に揃うように光路変換させ、その光入射面部7から
入射した光の殆どを光反射面部11で全反射させて、光反射面部11で反射された光を光
出射面部12から光束制御部材4の側方に広く出射させることができる(図1参照)。そ
の結果、本実施形態の発光装置1は、発光素子3及び光束制御部材4の直上方向への光の
出射を抑えることができる(図3参照)。
As described above, the
(光束制御部材の第2例)
上述したように、光束制御部材4の第1例は、発光素子3からの光が発光素子3の直上
方向へ出射するのを抑えることができ、発光素子3からの光の多くを光出射面部12から
側方へ出射させることができるようになっているが、リング状の平坦面である頂面8から
漏れた光が光束制御部材4の上方から(矢印Bの方向から)見た場合に、リング状の光の
帯20として視認される(図4参照)。但し、寸法は不問とする。これは、図4(b)に
示すように、第2光入射面部分14(フレネルレンズ)を構成する断面略三角形状の突起
15a,15bの先端に形成される曲面21から入射した光が頂面8から出射すること等
に起因するものである。したがって、このリング状の光の帯20が生じないようにするに
は、第2光入射面部分14(フレネルレンズ)を構成する突起15a,15bの先端を尖
らせる(曲面21を形成しないようにする)か、又は、リング状の平坦面である頂面8を
無くすことが有効な手段となるが、突起15a,15bの先端に曲面21を形成せず、リ
ング状の平坦面である頂面8を無くすことは製造上(射出成形上)及び光束制御部材4の
取扱い上困難である。
(Second example of light flux controlling member)
As described above, the first example of the light
そこで、図5に示す光束制御部材の第2例は、リング状の頂面8の全体を粗面化し(微
小な凹凸で粗し)、リング状の頂面8から漏れる光を拡散させることにより、リング状の
光の帯20の発生を防止することができ、光束制御部材4の第1例よりも均一な照明光の
出射が可能になった。
Therefore, in the second example of the light flux controlling member shown in FIG. 5, the entire ring-shaped
(光束制御部材の第3例)
図6に示す光束制御部材4の第3例は、頂面8側の直径D4’を光束制御部材4の第1
例における頂面8側の直径D4よりも大きくし(D4’≒2D4)、頂面8の全体を粗面
化したものである(図1(d)参照)。
(Third example of light flux controlling member)
In the third example of the light
The diameter is larger than the diameter D4 on the
この光束制御部材4の第3例は、光束制御部材4の第1例及び第2例よりも均一な照明
光の出射が可能になる(図1,図5参照)。
The third example of the light
(面光源装置)
図7は、上述の発光装置1を使用した面光源装置22を示す図である。なお、図7(a
)が面光源装置22の平面図、図7(b)が図7(a)のA2−A2線に沿って切断して
示す面光源装置22の断面図、図7(c)が図7(a)のA3−A3線に沿って切断して
示す面光源装置22の断面図である。
(Surface light source device)
FIG. 7 is a diagram showing a surface
) Is a plan view of the surface
図7に示すように、面光源装置22は、平面形状が矩形形状で且つ上方に向けて開口す
る筐体23と、この筐体23の内部底面24上に配置された反射部材25と、筐体23の
中央部で且つ筐体3の長手方向(図7(a)のX方向)に沿って反射部材25上に一列に
配置された複数の発光装置1と、筐体23の開口部を塞ぐように配置される被照明部材2
6(例えば、液晶パネル,広告パネル)と、を有している。
As shown in FIG. 7, the surface
6 (for example, a liquid crystal panel or an advertising panel).
この面光源装置22において、反射部材25は、光反射性能に優れた板状部材で形成さ
れており、図7(c)に示すように、筐体23の内部底面24と平行で且つ筐体23の中
央部を一定の幅でX方向に沿って延びる平坦面25aと、この平坦面25aのY方向両端
から筐体23の開口端に向かって斜めに立ち上がる一対の傾斜面25b,25bとからな
っている。
In this surface
このように構成された面光源装置22は、発光装置1から側方に向けて出射された光を
反射部材25及び筐体23の内壁面27で反射し、その反射光によって被照明部材26を
裏面側から面状に照明するようになっている。
The surface
このような面光源装置22によれば、従来例よりも少ない発光装置1によって、被照明
部材26を均一な照明光で面状に照明できるため、従来例よりも部品点数を削減でき、軽
量化,省エネルギー化,及び製品価格の低廉化を図ることができる。
According to such a surface
(変形例)
図1,図5及び図6に示した光束制御部材4の光出射面部12は、略円筒面を例示した
が、平面形状が楕円形や多角形(四角形,五角形,六角形等)の筒状面でもよい。なお、
略円筒面としたのは、光束制御部材4を射出成形金型から離型するのを容易にするため、
光束制御部材4の光出射面部12に抜け勾配を設けることにより、完全な円筒面で無くな
ることを考慮したものである。また、光反射部面部11は、円錐状凹部に限らず、光入射
面部7から入射した光を側方に向けて全反射可能なように設計された非球面状のテーパー
面でも良い。
(Modification)
The light
The reason for the substantially cylindrical surface is to make it easier to release the light
This is because it is considered that the light
本発明に係る発光装置1は、面光源装置22に使用される場合に限られず、案内灯や間
接照明具等として単独で使用することが可能である。
The light-emitting
1……発光装置、2……基板、3……発光素子(例えば、LED)、4……光束制御部
材、5……裏面、7……光入射面部、8……頂面、10……凹所、11……光反射面部、
12……光出射面部、13……第1光入射面部分、14……第2光入射面部分、16……
頂点、22……面光源装置、25……反射部材、26……被照明部材、L……光軸(光束
の中心)、L1……中心軸
DESCRIPTION OF
12... Light exit surface portion, 13... First light incident surface portion, 14.
Claims (3)
この光入射面部から入射した光を反射する光反射面部と、
この光反射面部で反射された光を出射する光出射面部と、
を有する光束制御部材であって、
前記光入射面部は、
・前記光束制御部材のうちの前記発光素子に対向する裏面側に形成されており、前記発光素子からの立体的な出射光束の中心の光が進行する方向を光軸とすると、この光軸を中心とするように配置され且つ前記発光素子に対向するように配置され、
・前記出射光束のうちの前記光軸の近傍に位置する中心側の光束部分である第1光束部分を入射させる第1光入射面部分と、
・前記第1光入射面部分を取り囲むように配置され、前記出射光束のうちの前記第1光束部分を取り囲むように位置する第2光束部分の光の進行方向が前記光軸にほぼ沿った方向となるように光路変換して前記光束制御部材内へ入射させる第2光入射面部分と、を有しており、
前記光反射面部は、
・前記光束制御部材のうちの前記裏面に対向する頂面から前記裏面側へ向かって凹むテーパー形状の凹所を形作るテーパー面であって、このテーパー面が前記光軸を中心とする回転対称面であり、
・前記第1光入射面部分及び前記第2光入射面部分から入射した光を前記光出射面部に向けて全反射するようになっており、
前記光出射面部は、
・前記頂面と前記裏面とを接続する筒状面であって、前記光軸を中心とする筒状面であり、
・前記光軸に直交する方向を側方とすると、前記光反射面部で全反射された光を前記側方側へ向けて出射するようになっており、
前記第2光入射面部分は、光軸を中心として同心円状に突出形成された複数の突起からなるフレネルレンズであり、
前記頂面は、前記光反射面部の周囲にリング状に形成されており、このリング状の頂面から漏れる光を拡散させることによってリング状の光の帯が発生しないように粗面化された、
ことを特徴とする光束制御部材。 A light incident surface portion on which light from the light emitting element is incident;
A light reflecting surface portion that reflects light incident from the light incident surface portion;
A light exit surface that emits light reflected by the light reflector surface; and
A light flux controlling member having
The light incident surface portion is
The light beam control member is formed on the back side facing the light emitting element, and the optical axis is the direction in which the light at the center of the three-dimensional outgoing light beam from the light emitting element travels. Arranged so as to be centered and opposed to the light emitting element,
A first light incident surface portion for entering a first light flux portion that is a central light flux portion located in the vicinity of the optical axis of the emitted light flux;
A direction in which the light traveling direction of the second light beam portion, which is disposed so as to surround the first light incident surface portion and is positioned so as to surround the first light beam portion of the emitted light beam, is substantially along the optical axis. A second light incident surface portion that changes the optical path so as to be incident on the light flux controlling member, and
The light reflecting surface portion is
A tapered surface that forms a tapered recess that is recessed from the top surface facing the back surface of the light flux controlling member toward the back surface, the tapered surface being a rotationally symmetric surface about the optical axis And
The light incident from the first light incident surface portion and the second light incident surface portion is totally reflected toward the light emitting surface portion;
The light exit surface portion is
A cylindrical surface connecting the top surface and the back surface, the cylindrical surface centered on the optical axis;
-When the direction orthogonal to the optical axis is the side, the light totally reflected by the light reflecting surface portion is emitted toward the side,
The second light incident surface portion, Ri Fresnel lens der comprising a plurality of projections formed to project concentrically around the optical axis,
The top surface is formed in a ring shape around the light reflecting surface portion, and is roughened so as not to generate a ring-shaped light band by diffusing light leaking from the ring-shaped top surface. ,
A light flux controlling member characterized by the above.
ことを特徴とする発光装置。 A light-emitting element installed on a substrate; and the light flux controlling member according to claim 1 , wherein a central axis of the light flux controlling member is disposed concentrically with the optical axis.
A light emitting device characterized by that.
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