專利名稱：光學部件及照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如可以適用于 一般照明、液晶顯示裝置的背光燈或 投影儀的光源等的光學部件及照明裝置。
背景技術(shù)：
近年來，人們開發(fā)出了將LED (發(fā)光二極管)作為光源的照明 單元、液晶顯示裝置的背光燈單元或投影儀的光源單元等照明裝置， 并且已將其實用化。在利用該LED的照明裝置中，為了會聚從LED 出射的光，通常安裝有透鏡。 一般為了會聚從LED出射的光，采用 凸透鏡或準直透鏡作為該透鏡。
例如，在日本特表2004-516684號中，提出了在LED上方具有 碗狀的準直透鏡的LED模塊。在該LED模塊中，在準直透鏡上形成 有接收來自LED的光的凹部、出射光的平面、以及為了進行入射的 光的準直而使其向平面?zhèn)确瓷涞姆瓷渫饷?，并且在凹部上形成有用?使光入射的2次曲面的入射底面和側(cè)面。

發(fā)明內(nèi)容
但是，上述的現(xiàn)有技術(shù)中存在如下問題。
即，在現(xiàn)有的準直透鏡中，由于對應(yīng)于一個光源而設(shè)計，故存在 的問題是無法實現(xiàn)對應(yīng)于LED陣列等多個光源的沒有不均勻的有效 的聚光。另外，如日本特表2004- 516684號記載的技術(shù)那樣，存在 的問題是，由于需要形成具有2次曲面的凹部等復雜的形狀，因此難 以加工或成型，從而成本變高。
本發(fā)明是考慮了所述問題而做出的，其目的在于提供一種不僅能 夠?qū)?yīng)于一個光源而且能夠?qū)?yīng)于排列了多個的光源進行聚光、并且能夠以低成本制造的光學部件和利用該光學部件的照明裝置。
即，本發(fā)明的光學部件具有
與光源相對配置、且入射來自該光源的光的入射底面； 與該入射底面相對、且將所述入射的光向外部出射的出射上面；
以及
外周側(cè)面，配置在所述入射底面和所述出射上面之間，且具有設(shè) 計成接收所述入射的光并向內(nèi)側(cè)全反射的凹面。
在該光學部件中，使入射底面不僅與一個光源、而且與多個光源 相對，從而可以從出射上面作為一個會聚光出射。
具體來講，所述凹面可以是被設(shè)計成在所述外周側(cè)面上沿周方向 延伸的截面V字形狀或截面U字形狀的多個溝的面。
由于截面為V字或u字的溝可以容易地成形，因此可以提供低
成本的聚光部件。
另外，所述溝分別由配置在入射底面?zhèn)鹊牡酌鎮(zhèn)让婧团渲迷谒?出射上面?zhèn)鹊纳厦鎮(zhèn)让鏄?gòu)成，且底面?zhèn)让婧蜕厦鎮(zhèn)让婵梢苑謩e相對于 入射底面的垂直軸設(shè)定成規(guī)定角度。
通過適當?shù)卦O(shè)計底面?zhèn)让婧蜕厦鎮(zhèn)让娴慕嵌?，可以根?jù)需要使出 射的光的指向特性適當。例如，可以獲得具有存在兩個峰值的指向特 性的出射光。特別地，底面?zhèn)让娴乃鼋嵌瓤梢愿鶕?jù)設(shè)定來控制出射 光的寬度，上面?zhèn)让娴乃鼋嵌瓤梢愿鶕?jù)設(shè)定來進行準直效果的控 制。
更具體來講，該光學部件可以為長度方向與來自光源的光的入射 方向相垂直地配置的大致長方體形狀，且所述溝形成在外周側(cè)面中的 沿長度方向延伸的一對側(cè)面上。
這適合于沿該光學部件的長度方向排列多個光源，會聚來自這些 光源的光，并作為一個細長的、沒有不均勻的光出射。
上述出射上面可以做成曲面。即，通過用適當?shù)卦O(shè)定的凹面、凸 面的曲面形成出射上面，可以與上述溝的聚光效果相結(jié)合，進一步獲 得多種指向特性。另外，可以在外周側(cè)面的全周上形成上述溝。這樣，可以在出射 光的全周上獲得擴寬程度小、邊界明確的點光。
本發(fā)明還提供一種照明裝置，其具有 光源；以及
將入射底面與該光源相對配置的上述的光學部件。
即，在該照明裝置中具有上述光學部件，因此即使是多個光源， 也能沒有不均勻地進行聚光出射。
在該照明裝置中，使光源為LED，從而可以形成非常小型且低 耗電的照明裝置。
另外，可以使光源為將多個LED芯片排列成一列配置的LED陣 列，且在上述外周側(cè)面中的沿LED排列方向的側(cè)面上形成上述溝。 即，在該照明裝置中，可以高效地會聚來自所排列的各LED的光， 并作為一個光出射。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供適用于照明單元、液晶顯示裝置的背光燈 單元或投影儀的光源單元等各種照明用途的裝置。


圖1是用于說明來自本發(fā)明的照明裝置的光源的光的會聚出射的圖。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的照明裝置的斜視圖。 圖3是示出上述照明裝置的LED陣列的放大俯視圖。 圖4是示出上述照明裝置的概要的放大主視圖。 圖5是示出上述照明裝置的光學部件的要部放大側(cè)視圖。 圖6是示出上述照明裝置的實際的光強度分布的曲線圖。 圖7是示出上述照明裝置的光強度分布和照度分布的測量方法 的說明圖。
圖8是示出上述照明裝置的實際的照度分布的曲線圖。 圖9是示出上述照明裝置的光強度分布的模擬結(jié)果(底面?zhèn)让娴?角度為7°)的曲線圖。圖IO是示出上述照明裝置的光強度分布的模擬結(jié)果(底面?zhèn)让?br> 的角度為11°)的曲線圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)圖l至圖IO說明本發(fā)明的光學部件和照明裝置的一
個實施方式。另外，在用于下面的說明的各圖中，為了使各部件成為 可以識別的大小，適當?shù)刈兏浔壤摺?br> 本實施方式的照明裝置是適用于例如照明單元、液晶顯示裝置的
背光燈單元或投影儀的光源單元等的照明裝置，如圖1-圖4所示， 具有將多個LED芯片(光源)1排列成一列而配置的LED陣列2; 以及在該LED陣列2上作為準直透鏡而設(shè)置的光學部件3。另外，圖 1為了示出各部件的配置和光的行進方向，與圖2的斜視圖相比簡化 了各構(gòu)成并改變了其比例尺。
上述LED陣列2例如是白色LED陣列。該白色LED陣列用樹 脂材料5密封襯底4上的多個LED芯片1，作為LED芯片1，例如 是藍色(波長X: 470 ~ 490nm )LED元件或紫外光(波長X:小于470nm ) LED元件，例如是通過在藍寶石襯底等絕緣性村底上層疊氮化鎵類化 合物半導體(例如InGaN類化合物半導體)的多個半導體層而形成 的。
密封該LED芯片1的樹脂材料5將硅樹脂作為主要材料，例如 添加有YAG熒光體。該YAG熒光體將來自LED芯片1的藍光或紫 外光變換為黃光，并利用混色效果來產(chǎn)生白光。另外，作為白色LED 陣列，也可以采用上述以外的各種方案。另外，安裝在襯底4上的 LED芯片1在襯底4的長度方向上隔著規(guī)定的間隔而被配置成一列， 并且可以任意地設(shè)定其個數(shù)。
上述光學部件3是各向異性指向性透鏡，并且如圖l至圖5所示， 由面結(jié)構(gòu)的光學材料形成，該光學材料由以下面構(gòu)成與LED芯片1 相對配置、且來自這些LED芯片1的光,皮入射的入射底面6;與該入 射底面6相對、且將入射的光向外部出射的出射上面7;以及配置在入射底面6和出射上面7之間的外周側(cè)面8。作為該光學材料，可以
根據(jù)用途或成本采用丙烯酸類樹脂、聚碳酸酯等樹脂材料或玻璃材料 等各種材料。
該光學部件3沿LED陣列2的長度方向形成長的大致長方體形 狀。并且，在光學部件3中，在外周側(cè)面8上形成有被設(shè)計成沿周方 向延伸的、形成可以有效地將入射的光向內(nèi)側(cè)全反射的角度的截面V 字形狀的多個溝9。特別地，在本實施方式中，在外周側(cè)面8中的沿 長度方向延伸的一對側(cè)面8a上形成溝9。即，溝9形成在外周側(cè)面8 中的沿著LED芯片1的排列方向的側(cè)面8a上。
如圖4所示，用規(guī)定曲率的一次曲面形成上述出射上面7。在本 實施方式中，將曲率半徑設(shè)為150mm。
上述溝9分別由配置在入射底面6側(cè)的底面?zhèn)让?a和配置在出 射上面7側(cè)的上面?zhèn)让?b構(gòu)成，并且底面?zhèn)让?a和上面?zhèn)让?b分 別相對于入射底面6的垂直軸被設(shè)定成規(guī)定角度。這些底面?zhèn)让?a 和上面?zhèn)让?b中，為了將內(nèi)部的光向內(nèi)側(cè)全反射，其角度被設(shè)定成 頂角較大。例如，將底面?zhèn)让?a的角度a設(shè)定為5°,并將上面?zhèn)让?9b的角度卩設(shè)定為6°。
另外，底面?zhèn)让?a的角度a最好在3。以上，且上面?zhèn)让?b的 角度P最好在20。以下。即，其理由在于，若底面?zhèn)让?a的角度a小 于3。、或上面?zhèn)让?b的角度P大于20。，則不能獲得充分的聚光效果， 從而光的利用效率將被大幅惡化。
接著，在圖6中示出利用本實施方式的照明裝置實際測量光強度 分布的結(jié)果。在該測量中，如圖7所示，測量相對于向與光學部件3 相距50mm的屏幕出射照明光時的放射角度0的光的相對強度。另夕卜， 使用了底面?zhèn)让?a的角度a為5°、且上面?zhèn)让?b的角度卩為6°的 光學部件3。另外，在圖6中，x方向為光學部件3的長度方向，y方 向為光學部件3的寬度方向。
從該結(jié)果可知，長邊側(cè)(長度方向)的光強度分布是較廣的分布， 而在短邊側(cè)(寬度方向)，在放射角度士30。程度內(nèi)顯示出幾乎恒定的高強度，同時在超過該區(qū)域時強度急劇地下降，作為整體得到臺形形 狀的指向特性，從而可以獲得接近準直光的指向性高的出射光。
接著，在圖8中示出利用本實施方式的照明裝置實際測量照度分 布的結(jié)果。在該測量中，如圖7所示，測量相對于向與光學部件3相 距50mm的屏幕出射照明光時該光學部件離光軸的距離L的照度。從 該結(jié)果可知，長度方向上的分布以光軸為峰值、照度以幾乎恒定的比 例衰減，而在寬度方向上，到200mm左右的距離為止衰減較少，從 而作為整體得到臺形形狀的照度分布。
將底面?zhèn)让?a的角度a設(shè)定為7°，并在1~19。范圍內(nèi)以2°間隔 改變上面?zhèn)让?b的角度卩的情況下，對各情況下的寬度方向上的光 強度進行了模擬測量，并將結(jié)果表示在圖9中。在該模擬結(jié)果中，在 放射角度士30。左右的范圍內(nèi)也顯示出幾乎恒定的高強度，而在超過該 區(qū)域時強度急劇地下降，作為整體形成臺形形狀的指向性。
另外，將底面?zhèn)让?a的角度a設(shè)定為11。，并在1 19。范圍內(nèi)以 2。間隔改變上面?zhèn)让?b的角度p的情況下，對各情況下的寬度方向 上的光強度進行了模擬測量，并將結(jié)果表示在圖10中。從該模擬結(jié) 果可知，由于上面?zhèn)让?b的角度p不同，獲得具有兩個峰值的光強 度分布。獲得該具有兩個峰值的指向特性的照明裝置適用于，例如分 為駕駛席和助手席這兩個方向且需要高可見性的汽車導航用顯示裝 置、或希望分成兩個方向且部分地用強光照明的照明單元等。
從以上可知，該光學部件3在其寬度方向(即，與設(shè)置了溝9 的一對側(cè)面8a垂直的方向)上，可以通過控制出射光的行進方向來 進行聚光，并且可以得到指向特性在長度方向和寬度方向上不同的 光。
具體來講，可以得到在寬度方向上較窄地聚光、而在長度方向上 變寬一定程度的出射光。特別地，在多個光源沿一個方向排列的LED 陣列2的情況下，通過使長度方向與該方向相一致地設(shè)置光學部件3， 可以進行作為整體長的、沒有不均勻的均勻且有效的聚光。
利用底面?zhèn)让?a和上面?zhèn)让?b的上述角度的組合，可以獲得各種指向特性。特別地，底面?zhèn)让?a的上述角度可以根據(jù)設(shè)定來控制 出射光的寬度，而上面?zhèn)让?b的上述角度可以根據(jù)設(shè)定來控制準直 效果。
另外，本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明的要義的 范圍內(nèi)可以進行各種變更。
例如，在上述實施方式中，將溝9的縱截面形狀設(shè)為截面V字 形狀，但是也可以是截面U字形狀。即，雖然分別由平面構(gòu)成了上面 側(cè)面9b和底面?zhèn)让?a，但也可以是曲面。另外，也可以是作為梨皮 狀凹凸的浮凸類型的全息圖(浮雕類型)。
另外，雖然將溝9形成在一對側(cè)面8a上，但是也可以在包含其 他側(cè)面的外周側(cè)面8的全周上形成溝9。此時，由于在外周側(cè)面8的 全周上形成溝9，從而可以在全周上獲得指向性高的出射光，可以獲 得邊界明確的點光。因此，利用大致長方體狀的光學部件3可以得到 明確的長方形的光。另外，若做成圓柱狀或三角柱狀的光學部件，則 可以獲得明確的圓形或三角形的點光。
在上述實施方式中，上述出射上面7為凸曲面，但也可以根據(jù)所 期望的指向特性等使其為凹曲面。另外，出射上面7形成在長度方向 上具有規(guī)定曲率的曲面，但是也可以是相對寬度方向具有規(guī)定曲率的 曲面。并且，出射上面7也可以為在長度方向和寬度方向的兩個方向 上具有曲率的2次曲面。另外，出射上面7也可以采用菲涅耳透鏡形 狀。這種情況下，可以獲得防止由于出射上面7的邊緣而產(chǎn)生的出射 光的彎曲的效果。如上所述，通過用適當設(shè)定的凹面、凸面等曲面形 成出射上面7，可以與基于側(cè)面8a的溝9的聚光效果相結(jié)合，進一步 實現(xiàn)多種聚光特性。
上述LED陣列2是白色LED陣列，但也可以是基于其他波長、 例如紅色、藍色、綠色以及它們的組合的LED。
另外，本發(fā)明的光學部件3適用于具有多個光源的LED陣列2， 但是也適用于安裝一個LED芯片1的LED。
另外，如上所述，適用于將LED用作光源的情況，但是也適用于例如熒光燈、冷陰極管或電燈泡等其他光源。
另外，在兩個側(cè)面8a上將上述的上面?zhèn)让?b和底面?zhèn)让?ai殳 定成相同的角度，使其在一對側(cè)面8a上對稱，但是也可以針對每個 側(cè)面8a個別地設(shè)定角度。另外，對于從入射底面6向出射上面7排 列的每個溝9，可以暫時改變上面?zhèn)让?b和底面?zhèn)让?a的角度a、 p 或?qū)挾鹊?，也可以個別地進行設(shè)定。
權(quán)利要求
1. 一種光學部件，其特征在于，具有與光源相對配置、且入射來自該光源的光的入射底面；與該入射底面相對、且將所述入射的光向外部出射的出射上面；以及外周側(cè)面，配置在所述入射底面和所述出射上面之間，且具有設(shè)計成接收所述入射的光并向內(nèi)側(cè)全反射的凹面。
2. 如權(quán)利要求l所述的光學部件，其特征在于， 所述凹面是形成為在所述外周側(cè)面上沿周方向延伸的截面V字形狀或截面U字形狀的多個溝的面。
3. 如權(quán)利要求2所述的光學部件，其特征在于， 所述溝分別由配置在入射底面?zhèn)鹊牡酌鎮(zhèn)让婧团渲迷谒龀錾渖厦鎮(zhèn)鹊纳厦鎮(zhèn)让鏄?gòu)成，所述底面?zhèn)让婧退錾厦鎮(zhèn)让娣謩e相對于所述入射底面的垂直 軸設(shè)定成規(guī)定角度。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的光學部件，其特征在于， 所述光學部件是長度方向與來自所述光源的光的入射方向垂直地配置的大致長方體形狀，所述溝形成在所述外周側(cè)面中的沿長度方向延伸的 一對側(cè)面上。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的光學部件，其特征在于， 用曲面形成所述出射上面。
6. 如權(quán)利要求2或3所述的光學部件，其特征在于， 所述溝形成在所述外周側(cè)面的全周上。
7. —種照明裝置，其特征在于，具有 光源；以及將入射底面與該光源相對配置的權(quán)利要求2或3所述的光學部件。
8. 如權(quán)利要求7所述的照明裝置，其特征在于，所述光源是LED。
9.如權(quán)利要求7所述的照明裝置，其特征在于， 所述光源是將多個LED芯片排列成一列地配置的LED陣列， 所述溝形成在所述外周側(cè)面中的沿著所述L E D的排列方向的側(cè)面上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光學部件及照明裝置，該光學部件(3)由以下面構(gòu)成與LED芯片(1)相對配置、且入射來自該LED芯片(1)的光的入射底面(6)；與該入射底面(6)相對、且將入射的光向外部出射的出射上面(7)；以及配置在入射底面(6)和出射上面(7)之間的外周側(cè)面(8)，該光學部件(3)在外周側(cè)面(8)上形成沿周方向延伸、并且以可以將入射的光向內(nèi)側(cè)進行全反射的角度設(shè)定的截面V字形狀的多個溝(9)。
文檔編號F21Y101/02GK101285567SQ20081009098
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者宮下純司 申請人:西鐵城電子股份有限公司