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CN102418865B - 光源模块、面发光组件以及面发光装置 - Google Patents

光源模块、面发光组件以及面发光装置 Download PDF

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CN102418865B CN201110382002.8A CN201110382002A CN102418865B CN 102418865 B CN102418865 B CN 102418865B CN 201110382002 A CN201110382002 A CN 201110382002A CN 102418865 B CN102418865 B CN 102418865B
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Abstract

本发明提供一种具有通用性,能够简化安装作业、降低制造成本,并且可充分抑制发光不均和色不均的发生的光源模块、面发光组件以及面发光装置。光源模块具有光方向转换用光学元件(29)、和LED(28),该光方向转换用光学元件(29)具有:具有入射光的光入射面(29A)的凹部(290)、反射从光入射面(29A)入射的光的光反射面(29B)、和把在光反射面(29B)反射的光向侧方射出的光射出面(29C),该LED(28)被留有空隙地配置在光方向转换用光学元件(29)的凹部(290)中,向光入射面(29A)入射光。

Description

光源模块、面发光组件以及面发光装置
本申请是针对申请日为2007年5月2日、申请号为200780025912.2、发明名称为“光源模块、面发光组件以及面发光装置”的申请提出的分案申请。
技术领域
本发明涉及光源模块、面发光组件以及面发光装置,特别涉及将发光二极管(Light Emitting Diode:LED)用作发光部的光源模块、面发光组件以及面发光装置。
背景技术
众所周知,在用于映像、招牌等的显示和商店照明的面发光装置中,一般使用荧光灯作为光源。但是,由于荧光灯使用有害的水银,所以存在着需要对工业废弃物进行适当处理的问题。而且,荧光灯的寿命短,运转成本也高。
近年来,作为一种解决这样的问题的面发光装置的发光灯,提出了使用LED的技术。LED由于是根据半导体制造技术制造的,所以具有良好的量产性、低成本性的优异特点。近年来,发光效率超过60lm/W的白色LED也实现了实用化,正期待应用于照明用途等。但是,由于LED是点光源,所以为了使面发光装置在抑制发光强度不均的同时,获得所希望的发光强度,需要适当配置多个LED。
另外,虽然LED的亮度依赖于作为单体的LED元件的发光特性,但公知存在着LED元件单体的色不均、亮度不均的问题,在要求照明品质的用途中,要求使用发光特性一致的LED元件。事实上选择使用发光特性在所希望的容许范围内的LED元件。
以往,各个LED元件即使存在发光特性的不均,作为力求发光强度均匀的面发光装置,例如提出了一种具有作为元件安装基板的布线基板、并列在该布线基板的元件安装面内的多个LED、和用于把从这些LED射出的光向照明对象引导的带有扩散部的导光部件的装置(专利文献1)。
另外,作为以往的面发光装置,还提出了具有LED、和具有对来自该LED的光进行全反射的反射部以及把来自该反射部的光向与光轴成直角的方向射出的锯齿部的透镜的装置(专利文献2、3)、和把具有由散光透镜一体覆盖的多个LED的多个LED组件在一个方向上并列配置的装置(专利文献4)。
专利文献1:JP特开2004-14365号公报
专利文献2:JP特开2003-8068号公报
专利文献3:JP特开2003-8081号公报
专利文献4:JP特开2005-17573号公报
发明内容
但是,根据专利文献1,由于需要逐一进行LED的安装,所以需要进行相当于LED的个数的多次安装。其结果,如果发光面积(装置的规模)增大,则存在着仅此安装次数就增加,使得安装作业烦琐的问题。
根据专利文献2、3,由于透镜不仅具有反射部,而且还具有锯齿部,所以存在着透镜的形状复杂,制造成本高的问题。而且,由于来自LED的光向与透镜的光轴成直角的方向射出,所以不能将发光量和色的不均平均化,存在着不能充分抑制发光不均和色不均的发生的问题。
根据专利文献4,由于是把多个LED组件在一个方向上并列配置的构造,所以当存在变更与LED组件的并列方向成直角的方向上的尺寸时,需要变更LED组件的长度。其结果,必须根据照明的规模、形状以及用途来设计变更LED组件,存在着通用性差的问题。而且,为了进行面状发光,而把多个LED组件分别用散光透镜一体覆盖,所以透镜材料的使用量增多,在这种情况下也存在着制造成本高的问题。
因此,本发明的目的是,提供一种能够简化安装作业、降低制造成本,并且可充分抑制发光不均和色不均的发生、且通用性高的光源模块、面发光组件以及面发光装置。
为了达到上述的目的,本发明提供一种光源模块,其特征在于,具有光方向转换部和发光部,该光方向转换部具有:具有入射光的光入射面的凹部、反射从上述光入射面入射的光的光反射面、和把由上述光反射面反射的光向侧方射出的光射出面,该发光部被留有空隙地配置在上述光方向转换部的上述凹部中,向上述光入射面入射上述光。
(2)本发明为了达到上述的目的,提供一种面发光组件,其特征在于,具有组件主体和多个发光灯,该组件主体具有配置空间,并能够与其他组件主体连接,该发光灯被配置在上述组件主体的上述配置空间内,具有射出光的至少1个发光部、和入射来自上述至少1个发光部的射出光并向侧方射出的光方向转换部。
(3)本发明为了达到上述的目的,提供一种面发光装置,其特征在于,具有:多个面发光组件;和配置在上述多个面发光组件的光取出侧的光扩散部件,上述多个面发光组件具有组件主体和多个发光灯,该组件主体具有配置空间,并能够与其他组件主体连接,该发光灯被配置在上述组件主体的上述配置空间内,具有射出光的至少1个发光部、和入射来自上述至少1个发光部的射出光并向侧方射出的光方向转换部。
根据本发明,可具有通用性,简化安装作业和降低制造成本,并且可充分抑制发光不均和色不均。
附图说明
图1是表示具备了本发明第1实施方式的面发光组件的面发光装置的整体的立体图。
图2是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的整体的组装立体图。
图3是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的整体的分解立体图。
图4是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的连接状态的立体图。
图5是表示解除了本发明的第1实施方式的面发光组件的连接的状态的立体图。
图6是表示从一侧观察本发明的第1实施方式的面发光组件的连接部的状态的立体图。
图7是表示从另一侧观察本发明的第1实施方式的面发光组件的连接部的状态的立体图。
图8是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的主要部分的剖视图。
图9是本发明的第1实施方式的LED的剖视图。
图10是为了说明本发明的第1实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部的光反射面上的全反射而表示的图。
图11是为了说明本发明的第1实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部的形状而表示的剖视图。
图12(a)~(c)是表示光方向转换部与LED的位置关系的图,(d)是表示LED内部的发光状态的图。
图13是为了说明具备了本发明的第1实施方式的面发光组件的面发光装置的动作而表示的剖视图。
图14是表示本发明的第2实施方式的面发光组件的整体的组装立体图。
图15(a)和(b)是为了说明本发明的第2实施方式的面发光组件的发光灯的而表示的剖视图。
图16(a)~(c)是为了说明本发明的第2实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部而表示的立体图、俯视图、以及仰视图。
图17是为了说明本发明的第2实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部而表示的剖视图。
图18是为了说明本发明的第3实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部而表示的剖视图。
附图标记说明:
1-面发光装置;2-壳体;2A、2B-侧面板;2a、2b-光反射部;2C背面板;2c-组件安装面;3、101-面发光组件;4-光扩散部件;5、102-组件主体;5A-配置空间;6、106-电路基板;6A、6B-销孔;7、103-发光灯;8-密封部件;8A-元件插通部;8B-密封部;8C-第1电缆插通孔;8D-第2电缆插通孔;10-底板;10A、10B-框体;11-盖板;11A-开口部;11B-光取出面;12-安装片;13-凹槽;14-阶梯部;15、16、17、18、21、22、106C-缺口;19-嵌合突起;19A-加固部;20-嵌合空间;24、26、107-电缆;28-LED;29、105-光方向转换用光学元件;29A-光入射面;29a-锷部、29b-第1光入射面;29c-第2光入射面;29B-光反射面;29C-光射出面;29D-光反射面;29E扩散面;102A-凹部;102B-贯通孔;104-保持片;104A-阶梯部;106A-第1定位销;106B-第2定位销;106D-树脂填充用的空间部;106E-基板连接用的空间部;108、109、290、291-凹部;110-电子器件;G-空隙;LB-光线;O-中心轴线;V1-假设面;a-光学元件形成用材料;b-法线;281-凹部;281a-倾斜面;281b-底面;282-封装体;283A、283B-引线;284-蓝色LED元件;285-荧光体;286-密封树脂。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1是表示具备了本发明第1实施方式的面发光组件的面发光装置的整体的立体图。图2是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的整体的组装立体图。图3是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的整体的分解立体图。图4是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的连接状态的立体图。图5是表示解除了本发明的第1实施方式的面发光组件的连接的状态的立体图。图6是表示从一侧观察本发明的第1实施方式的面发光组件的连接部的状态的立体图。图7是表示从另一侧观察本发明的第1实施方式的面发光组件的连接部的状态的立体图。图8是表示本发明的第1实施方式的面发光组件的主要部分的剖视图。图9是本发明的第1实施方式的LED的剖视图。图10是为了说明本发明的第1实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部的光反射面上的全反射而表示的图。图11是为了说明本发明的第1实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部的形状而表示的剖视图。另外,在图1中,把相互正交的3个方向分别设定为X方向(面发光装置的纵向)和Y方向(面发光装置的横向)以及Z方向(面发光装置的厚度方向)。
[面发光装置的整体结构]
在图1中,符号1所表示的面发光装置大体由向一个方向开口的壳体2、在该壳体2内纵横方向并列的多个面发光组件3、3、...、和在这些多个面发光组件3、3、...的光取出侧阻塞壳体2的开口部的光扩散部4构成。面发光装置1的发光强度被设定为例如平均1000lx。
(壳体2的结构)
如图1所示,壳体2由聚碳酸酯等的方形箱形成,该方形箱由相互对向的2对侧面板2A、2B和与这2对侧面板2A、2B连接的背面板2C构成。作为壳体2的材料,还可以是聚碳酸酯以外的合成树脂,也可以是铝等金属。作为壳体2的外形尺寸,例如把纵尺寸和横尺寸都设定为1300mm,而且把厚度尺寸设定为60mm。
2对侧面板2A、2B在内面具有通过贴付例如铝箔而设置的光反射部2a、2b,构成为反射从面发光组件3、3、...射出的光的结构。由此,利用光反射部2a、2b反射从面发光组件3、3、...射出的光,从而提高侧面板2A、2B中的光反射效率。光反射部2a、2b也可以采用在侧面板2A、2B的内面贴付铝箔的方法以外的方法来设置,例如,可采用通过无电沉积或白色涂敷进行设置的方法。
背面板2C具有与光扩散板4的内面对向的组件安装面2c,构成为在该组件安装面2c上可安装多个面发光组件3、3、...的结构。背面板2C的组件安装面2c,为了提高从面发光组件3、3、...射出的光的反射效率,被实施了例如白色涂敷。
(面发光组件3、3、...的结构)
面发光组件3、3、...由于具有大致相同的结构,所以只对1个面发光组件3进行说明。如图2和图3所示,面发光组件3具有:具有配置空间5A的组件主体5、被配置在该组件主体5的配置空间5A中的电路基板6、在该电路基板6上以规定的间隔并列的多个(在实施方式中是4个)发光灯7、7、...、和使这些发光灯7、7、...插通密封配置空间5A的密封部件8,在壳体2的背面板2C上,安装有在同一平面内沿纵横方向并列的多个(在本实施方式中合计为36个:按纵方向12个、按横方向3个)该面发光组件3。沿纵方向并列的面发光组件3、3、...中相邻的2个面发光组件3、3通过布线(未图示)串联连接,其间隔被设定为100mm左右。沿横方向并列的面发光组件3、3、...中相邻的2个面发光组件3、3、...通过第1连接器25、第2连接器27(都在后面说明)串联连接,构成为如图4和图5所示那样可拆装的结构。另外,组件主体5和多个发光灯7构成光源模块。另外,发光灯也可以是1个。
<组件主体5的结构>
组件主体5由长方尺寸的容器形成,具有保持电路基板6和发光灯7、7、...的底板10、用于与该底板10共同形成配置空间5A的盖板11,并构成为能够与其他组件主体连接。组件主体5的长度方向的尺寸例如被设定为400mm。
底板10,在一侧的侧边具有在其长度方向上以规定的间隔并列的2个安装片12、12,其利用整体由铝等金属材料制成的矩形板形成。作为底板10的材料,除了金属材料以外,可使用ABS树脂等树脂材料。在底板10上,立向设有在盖板侧开口的内外2个框体10A、10B。这2个框体10A、10B由方形的框体形成。在两框体10A、10B之间设有与密封部件8的两侧边及端边嵌合的凹槽13。在框体10A的一侧侧边上,形成有在底板长度方向上以规定的间隔并列的电缆插通用的缺口15、16。在框体10B的一侧侧边上,形成有位于与两缺口15、16分别对应的部位的电缆插通用的缺口17、18。
盖板11具有可插通发光灯7、7、...的光方向转换用光学元件29(后述)的多个(在本实施方式中是4个)开口部11A、11A、...,并被安装在底板10的两侧边上。而且,整体由ABS树脂等树脂材料形成。盖板11的光取出侧面11B通过与壳体2的背面板2C同样地实施白色涂敷,形成为反射来自发光灯7、7、...的射出光的光反射面。在盖板11的长度方向上的一方侧端部,如图6所示,形成有用于把面发光组件彼此机械连接的嵌合突起19,而且在长度方向上的另一方侧端部上,如图7所示,同样形成有用于把面发光组件彼此机械连接的嵌合空间20。在嵌合突起19上一体地设有在与盖板11的长度方向成直角的方向(宽度方向)上并列的多个(在本实施方式中是3个)加固部19A。在各盖板11的一侧侧边上,设有以与两缺口15、16之间的尺寸大致相同尺寸并列的电缆插通用缺口21、22。
<电路基板6的结构>
电路基板6,如图8所示,具有与在发光灯7、7、...的发光部(后述)的背面露出的电极端子电连接的布线图形(未图示),其被配置在组件主体5的配置空间5A中,而且被保持在底板10(框体10A)的阶梯部14上。在电路基板6上,设置有由齐纳二极管构成的电子器件(未图示)。由此,在发光灯7、7、...中任意一个发光灯7因发生故障等不能点亮的情况下,其他发光灯7、7、...也能点亮。另外,在电路基板6上,位于发光部附近,设有与光方向转换用光学元件29的定位用销(未图示)嵌合的销孔6A、6B(如图3所示)。电路基板6的2对电缆连接部(未图示)通过插通缺口15、17、21以及第1电缆插通孔8C(后述)的电缆24,与第1连接器25连接,而且,通过插通缺口16、18、22以及第2电缆插通孔8D(后述)的电缆26,与第2连接器27连接。
<发光灯7、7、...的结构>
发光灯7、7、...,如图8所示,各自具有在光取出侧射出白色光的作为发光部的LED28、和入射来自该LED28的射出光并向侧方射出的作为光方向转换部的光方向转换用光学元件29,而且被安装在电路基板6的灯安装侧。发光灯7、7、...中相邻的2个发光灯7、7之间的尺寸间隔被设定为100mm左右。
如图9所示,LED28,通过把发蓝色光的蓝色LED元件284、和包含被该蓝色LED元件284发出的蓝色光激发而发出黄色光的硅酸盐类荧光体285的封装树脂286封装在封装体282中而构成,并且被配置在电路基板6的元件安装侧。而且,构成为基于从蓝色LED元件284发出的蓝色光与从荧光体发出的黄色光的混合,如上述那样射出白色光的结构。作为蓝色LED元件284,使用由例如把发光波长区域设定为450nm~460nm的GaN类半导体化合物构成的蓝色LED元件。作为荧光体285,除了使用硅酸盐类荧光体以外,也可以使用例如YAG(Yttrium Aluminum Garnet:钇铝石榴石)荧光体等石榴石类荧光体。
封装体282具有由白色树脂材料形成,且由成为反射面的倾斜面281a和底面181b构成的凹部281。从凹部281的底面281b向外侧导出一对引线283A、283B。一对引线283A、283B的一方的端部与蓝色LED元件284电连接,一对引线283A、283B的另一方的端部与电路基板6上的导电图形电连接。
光方向转换用光学元件29,如图8所示,具有入射从LED28射出的光的光入射面29A、反射从该光入射面29入射的光的光反射面29B、和把由该光反射面29B反射的光向侧方(斜前后方向)射出的光射出面29C,并被配置在电路基板6的灯安装侧,整体由PMMA(有机玻璃)树脂等透明材料形成。而且,构成为当从LED28射出的光入射到光入射面29A时,使其大部分的光折射,由光反射面29B把这些折射光全反射,进而从光射出面29C折射,而且从光反射面29B(界面)向斜前方和斜后方、侧方射出。
这里,利用图10,对入射到光反射面29B的光线的光学现象进行说明。当光线LB从折射率为n1的物质入射到折射率为n2的物质时,根据斯内尔定律,下述的关系成立。
n1·sin(θ1)=n2·sin(θ2)
在n1<n2、θ1’=90°的情况下,把θ2’称为临界角。当以临界角以上的角度从折射率为n2的物质入射到折射率为n1的物质时,入射光线LB在其界面(光反射面29B)进行全反射。如果把折射率为n1的物质设为空气(n1=1)、把折射率为n2的物质(光方向转换用光学元件29)设为PMMA树脂(n2=1.49),则临界角θ2’成为θ2’=42.16°。
在光方向转换用光学元件29的光入射侧端部设有在面发光组件3的宽度方向(与组件长度方向成直角的方向)上并列、且在组件主体5内能够把电路基板6的两侧侧边压接在阶梯部14上的锷部29a(如图3所示)。在光方向转换用光学元件29的光入射侧端面上设有与电路基板6的销孔6A、6B嵌合的定位用销(未图示)。光方向转换用光学元件29的光入射面29A、光反射面29B和光射出面29C被实施镜面加工。作为光方向转换用光学元件29的材料,除了使用PMMA树脂以外,也可以使用聚碳酸酯和环氧、硅酮等透明树脂材料和透明玻璃。在这种情况下,不限于由透明材料构成的光方向转换用光学元件29,也可以使用被实施了着色的光方向转换用光学元件。
光入射面29A,如图8所示,由第1光入射面29b和第2光入射面29c构成,通过在光学元件形成用材料(大致圆柱体)的一方侧端部形成朝向开口端面(光入射侧端面)逐渐扩大的截头圆锥形状的凹部290而形成。凹部290由具有可收纳LED28的大小的空间部形成。由此,在第1光入射面29b与LED28的光取出面28A之间形成空隙G(G≈0.3mm)。另外,从LED28的侧面射出的光入射到第2光入射面29c。由此,入射到第2入射面29c的光(例如黄色光)被扩散,从而可抑制色不均。
如图8所示,光反射面29B通过在光学元件形成用材料(大致圆柱体)的另一方侧端部设置朝向开口端面(光取出侧)逐渐扩大的漏斗状的凹部291而形成。而且,构成为可将从光入射面29A到达的光全反射的结构。光反射面29B也可以等效地作为旋转2次曲面、特别是旋转抛物面或旋转双曲面的一部分。为了提高反射效率,也可以对光反射面29B实施铝等的金属膜的蒸镀,或镍等的无电解镀处理。在光反射面29B的中心部也可以形成在LED28的相反侧开口的凹部。由此,来自光反射面29B的中心部(凹部)的光能够以宽范围的指向角射出。
光反射面29B(漏斗状的外面)的形状例如根据下述的模拟试验来决定。首先,如图11所示,设定大致圆柱状的光学元件形成用材料(PMMA树脂)a的轴线方向尺寸(光方向转换用光学元件29的轴线方向尺寸)L,同时设定在其一侧端面上以中心轴线O上的点为中心的假设圆的外径(光反射面29B的最大外径)D。然后,在从光学元件形成用材料a的另一侧端面朝向其一侧端面分离尺寸L1(L>L1)的假设面V1上,使从被预先配置在光学元件形成用材料a的中心轴线O上的LED射出的光线LB,以与法线b成42.16°(临界角)以上的角度α进行全反射。在这种情况下,如果将假设面V1上的光线LB的反射点集合,则这些反射点沿着外径为D1(D>D1)的圆周配置。而且,在与光学元件形成用材料a的一侧端面平行的任意假设面上反复进行这些试验,并集合全部的反射点。根据这些反射点的集合而形成光反射面29B。
如图8所示,光射出面29C形成为具有均匀外径的圆周面。而且,构成为如上述那样把由光反射面29B反射的光向斜前方和斜后方及侧方射出的结构。另外,为了提高光射出效率,采用不容易产生内部反射和折射的构造,优选是镜面。虽然说明了光射出面29C形成为圆周面的情况,但也可以形成为多棱柱(三棱柱、四棱柱、...)的侧面。为了使其具有光扩散性,也可以对光射出面29C实施粗面加工。取代该粗面加工而在光方向转换用光学元件29中混入光扩散剂,也可以提高光扩散性。
<密封部件8的结构>
密封部件8,如图3和图8所示,被安装在底板10与盖板11之间,并且两侧边及端边嵌合在底板10的凹槽13中,其整体由橡胶制填充物形成。而且,构成为如上述那样可密封组件主体5的配置空间5A的结构。在密封部件8上,设有可插通发光灯7、7、...的光方向转换用光学元件29的多个(在本实施方式中是4个)元件插通孔8A、8A、...。在这些元件插通孔8A、8A、...的开口周缘,一体地设有被压入光方向转换用光学元件29的外周面(光射出面29C)与开口部11A、11A、...的内面之间的圆环状的密封部8B。在该密封部8的长度方向的一侧端部上设有在压入了电缆24、24的状态下被插通的第1电缆插通孔8C、8C,还有在其长度方向的另一侧端部上设有在压入了电缆26、26的状态下被插通的第2电缆插通孔8D、8D。
(光扩散部件4的结构)
如图1所示,光扩散部4被配置在面发光组件3、3、...的光取出侧,并且被安装在壳体2的开口部上,其由乳白色的薄板部件形成,该乳白色的薄板部件由混入了光扩散剂的树脂材料构成。而且,构成为,使从面发光组件3、3、...射出的光、由壳体2的背面板2C(组件安装面2c)及侧面板2A、2B(光反射部2a、2b)反射的光、以及这些混合光分别扩散透过的结构。光扩散部件4与面发光组件3、3、...的间隔被设定为例如20mm左右。
图12(a)~(c)是表示光方向转换用光学元件29与LED28的位置关系的图,图12(d)是表示LED28内部的发光状态的图。
如图12(a)所示,在LED28被以几乎无空隙的程度接近光方向转换用光学元件29的光入射面29A侧配置的情况下,入射到光方向转换用光学元件29的光,根据斯内尔定律,向临界角内的方向聚光,由光反射部29B进行全反射,从侧面的光取出面29C朝向侧方射出,并向周围扩散。另外,在光方向转换用光学元件29的上部施加了外力的情况下,LED28也被施加外力,有可能损坏。
如图12(b)所示,在LED28与光方向转换用光学元件29的光入射面29A之间存在空隙的情况下,由于入射范围扩大,所以为了使入射的光全部照射到光反射面29B,必须增大光方向转换用光学元件29的直径。在不增大直径的情况下,由于从LED28向接近水平的方向射出的光(由于荧光体层的距离长,所以成为偏黄色的光),由光方向转换用光学元件29的光取出面29C进行全反射,从光反射面29B射出,在光方向转换用光学元件29的中心轴上黄色光聚光,在通过把发光灯7平面并列配置而构成了面光源的情况下,会产生黄色的部分。
如图12(c)所示,在光方向转换用光学元件29的底面具有凹部290,在LED28与光方向转换用光学元件29之间存在充分的空隙的情况下,即使在光方向转换用光学元件29的上部施加外力的情况下,LED28也不会受到外力的影响。
由于LED28由混入了被从蓝色LED元件284射出的蓝色光激发而发出黄色光的荧光体285的密封树脂286密封,所以,根据从蓝色LED元件284发出的光通过密封树脂286的方向,其通过距离不同,因此,射出的光的颜色不同。即,在图12(d)中,由于通过的密封树脂286薄,所以向a方向行进的光线成为偏蓝光。由于通过的密封树脂286厚,所以向b方向行进的光线成为偏黄光。以在光方向转换用光学元件29的光入射面的LED28周围形成光入射面的方式,形成由第1光入射面29b和第2光入射面29c构成的凹部290,并且通过使接近水平的黄色光成分从第2光入射面29c入射,从光取出面29C向周围射出并使其扩散,由此能够使黄色光不聚光在光方向转换用光学元件29的上部。
在把LED28与第1光入射面29b之间的空隙设为G、把LED28的直径(或宽度)设为D时,第1光入射面29b的直径(或宽度)W优选是D<W<(D+3G),更优选是D<W<(D+2G)、或D<W<(D+G)。
[面发光装置1的动作]
图13是为了说明具备了本发明的第1实施方式的面发光组件的面发光装置的动作而表示的剖视图。
如图13所示,首先,在从电源部(未图示)对面发光组件3、3、...的LED28进行通电后,从这些LED28射出白色光。
然后,使从LED28射出的白色光入射到光方向转换用光学元件29的光入射面29A并由光反射面29B反射,使由该光反射面29B反射的光从光射出面29C向斜前后方向和侧方射出。另外,使一部分白色光不由光反射面29B反射,而从光反射面29B(界面)向前方射出。这些射出光包括,沿着光轴直接入射到光扩散部件4(图1所示)的光、和在面发光组件3、3、...(盖板11的光取出侧面11B)和壳体2的内面(背面板2C的组件安装面2c和侧面板2A、2B的光反射部2a、2b)被反射并入射到光扩散部4中的光等各种光。另外,在来自光方向转换用光学元件29的射出光中,还存在到达了光扩散部件4又被反射的光。
然后,把从光方向转换用光学元件29射出的各种白色光在壳体2内混合,把与该混合程度相应的强度的光入射到光扩散部件4使其扩散,通过光扩散部件4,从其光射出面面状射出。
[第1实施方式的效果]
根据以上说明的第1实施方式,可获得下述的效果。
(1)由于面发光组件3、3、...分别具有发光灯7、7、...,所以,能够以多个LED28为单位进行其安装。由此,即使增大发光面积(装置的规模),也能够削减安装数,简化安装作业。
(2)由于通过使光从光方向转换用光学元件29的光射出面29C向斜前后方向以及侧方、而且使其一部分向前方分别射出,并且使这些射出光混合,来进行光的面发光,所以可使作为LED元件的个体特性的发光量和色不均变得平均,能够充分抑制发光不均和色不均。
(3)由于多个面发光组件3、3、...在纵横方向上被并列配置,所以通过增减面发光组件3、3、...的个数,可变更装置整体的纵横方向尺寸。由此,不需要根据照明的规模、形状来设计变更面发光组件3、3、...,能够具备通用性。另外,由于多个面发光组件3、3、...被配置成可拆卸,所以通过扩大、缩小面发光组件3、3、...的间隔,可调整照明的亮度,并使其具有通用性。
(4)由于光方向转换用光学元件29不具有锯齿部,所以光方向转换用光学元件29的形状变得简单,而且由于各个面发光组件3、3、...的LED28分别被光方向转换用光学元件29所覆盖,所以,可减少光学元件(透镜)材料的使用量,由此可降低制造成本。
(5)由于在光入射面29A的第1光入射面29a与LED28的光取出面28A之间形成有空隙G(G≈0.3mm),所以,在进行在电路基板6上的光方向转换用光学元件29的安装时,可避免对电路基板6上的LED施加基于压接的应力,从而可防止LED28的破损的发生以及其接合部的错位的发生。
(6)由于在光方向转换用光学元件29的光入射侧端部设有收纳LED28的凹部A,所以,可缩短发光灯7、7、...整体的光轴方向尺寸,从而可实现面发光组件3、3、...的薄型化。
[第2实施方式]
图14是表示本发明的第2实施方式的面发光组件的整体的组装立体图。图15是为了说明本发明的第2实施方式的面发光组件的发光灯的而表示的剖视图。图15(a)表示图14的A-A剖视图,图15(b)表示图14的B-B剖视图。图16是为了说明本发明的第2实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部而表示的图。图16(a)表示立体图、图16(b)表示俯视图、图16(c)表示仰视图。图17是为了说明本发明的第2实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部而表示的剖视图。在图14~图17中,对于与图1~图8和图13中相同或等同的部件、部位,标记相同的附图标记,并省略详细说明。
如图14所示,第2实施方式所示的面发光组件101,其特征点是具备了长度尺寸的组件主体102、和在该组件主体102上,在其长度方向并列配置的多个(在本实施方式中的4个)发光灯103、103、...。
因此,组件主体102由截面呈大致C字状的板部件形成,并具有与各个发光灯103、103、...的光方向转换部嵌合的凹部102A,并且由铝等金属材料构成,并构成为能够与其他组件主体连接的结构。作为组件主体102的材料,除了使用金属材料以外,还可以使用ABS树脂等树脂材料。在组件主体102上,通过如图15(a)和(b)所示那样切开掀起凹部102A底面的一部分,形成分别保持多个发光灯103、103、...的多个保持片104、104、...(在图15中只示出了1个)。在保持片104、104、...上,通过弯曲其两侧边,分别形成多个保持电路基板106(后述)的阶梯部104A、104A、...。在阶梯部104A、104A、...上,分别形成在上下方向开口的2个销插通孔(未图示)。在组件主体102的长度方向两端部设有用于把面发光组件101安装在壳体2的背面板2C(一同表示在图1中)上的贯通孔102B、102B、...(如图14所示)。另外,由一个发光灯103和一个保持片104构成光源模块。另外,通过电缆串联连接的多个发光灯103和多个保持片104也构成光源模块。
由于发光灯103、103、...具有大致相同的结构,所以只对一个发光灯103进行说明,如图15(a)和(b)所示,发光灯103具有在光取出侧射出白色光的作为发光部的LED28、入射来自LED28的射出光并向侧方射出的作为光方向转换部的光方向转换用光学元件105、和介于该光方向转换用光学元件105的光入射端面与保持片104的阶梯部104A、104A之间的电路基板106,而且该发光灯103被安装在组件主体102的凹部102A(如图14所示)内。
如图15(a)和(b)以及图16(a)~(c)所示,光方向转换用光学元件105不仅具有与保持片104嵌合的凹部(嵌合部)108和收纳LED28的凹部109,而且还具有入射从LED28射出的光的光入射面29A、反射从该光入射面29A入射的光的光反射面29B、和把由该光反射面29B反射的光向侧方和斜前后方射出的光射出面29C,而且光方向转换用光学元件105被配置在组件主体102的灯安装侧,其整体与光方向转换用光学元件29同样,由PMMA(有机玻璃)树脂灯透明材料形成。而且构成为,当从LED28射出的光入射到光入射面29A时,使其大部分光折射,由光反射面29B将这些折射光全反射,进一步使之从光射出面29C折射,向斜前方和斜后方、侧方射出,而且从光反射面28B(界面)射出。
如图16(c)和图17所示,在光方向转换用光学元件105上设有向光入射侧面突出的第1定位销106A、106A以及第2定位销106B、106B、106B、106B。第1定位销106A、106A位于光入射面29A的附近,与电路基板106的销嵌合孔(未图示)嵌合。第2定位销106B、106B、106B、106B位于光入射面上的4角部,与阶梯部104A、104A的销嵌合孔(未图示)嵌合。另外,在光方向转换用光学元件105上,分别设有插通电缆107的电缆插通用的缺口106C、106C、106C、106C、与这些缺口106C、106C、106C、106C连通的树脂填充用的空间部106D、106D、106D、106D、以及与这些各个空间部106D、106D、106D、106D连通的基板连接用的空间部106E、106E、106E、106E。
如图15(a)和(b)所示,电路基板106具有与在发光灯103的LED28的背面上露出的电极端子部电连接的布线图形(未图示),其被配置在光方向转换用光学元件105的凹部108内。在电路基板106上,如图15(b)所示,安装有由齐纳二极管构成的电子器件110。由此,即使在发光灯103、103、...中任意一个发光灯103因故障等不能点灯的情况下,也能够进行其他发光灯103、103、...的点灯。电路基板106、106、...中相邻的2个电路基板106、106通过电缆107串联连接。
[第2实施方式的效果]
根据以上说明的第2实施方式,可获得与第1实施方式的效果(1)~(6)相同的效果。
[第3实施方式]
图18是为了说明本发明的第3实施方式的面发光组件的发光灯中的光方向转换部而表示的剖视图。该第3实施方式的光方向转换用光学元件在第1实施方式的光方向转换用光学元件29中,在上部的光反射面29B与侧面的光射出面29C之间设置了倾斜的光反射面29D。
从LED28射出的光、从光方向转换用光学元件29底面的第2光入射面29c入射的光,虽然由上面的光反射面29B反射,几乎从侧面的光射出面29C射出,但通过在光反射面29B与光射出面29C之间设置大致是圆锥的一部分形状的光反射面29D,使由光反射面29B反射的光的一部分被光反射面29D反射,进一步被底面的由微细凹凸构成的扩散面29E扩散反射,从上部的光反射面29B射出。另外,也可以不在光方向转换用光学元件29设置扩散面29E,而在基板6的上面设置扩散面。
由此,在第1实施方式中,由于光全面从侧面射出,所以在使用了厚度特别薄的面光源的情况下,光源的正上方变暗。通过也向光源上方射出光,即使在超薄型的情况下,也可以获得均匀的面光源。
以上,基于上述的实施方式,对本发明的面发光组件(面发光装置)进行了说明,但本发明不限于上述的实施方式,在不超出其主导思想的范围内可进行各种方式的实施,例如,可以进行如下所述的变形。
(1)在各个实施方式中,说明了面发光组件3、3、...的长度方向尺寸完全相同的情况,但本发明不限于此,通过准备各个长度方向尺寸相互不同的多种面发光组件,将这些多种面发光组件适宜组合连接,可获得文字型招牌等各种外形形状的面发光装置。
(2)在各个实施方式中,说明了LED28的发光光量始终为一定的情况,但本发明不限于此,例如也可以根据周围的亮度控制发光光量。
(3)在各个实施方式中,说明了在光方向转换用光学元件29的凹部290内收纳单一LED28的情况,但本发明不限于此,也可以收纳多个LED元件。在这种情况下,通过把多个LED元件配置在规定的位置,同时或依次控制这些LED元件的发光光量,可构成例如像蜡烛或旋转灯这样的模拟发光装置,从而可获得突出视觉感的演出效果。
(4)在各个实施方式中,说明了通过把发蓝色光的蓝色LED元件和被从蓝色LED元件发出的蓝色光激发而发出黄色光的黄色荧光体组合而得到白色光的情况,但本发明不限于此,通过把发紫外光的LED元件和被从该LED元件发出的紫外光的激发而发出R(红色)光、G(绿色)光、B(蓝色)光的R荧光体、G荧光体、B荧光体组合,也可以得到白色光。
(5)在各个实施方式中,说明了使用LED元件和荧光体获得白色光的情况,但本发明不限于此,也可以不使用荧光体,而通过例如将蓝色LED元件发出的蓝色光与黄色LED元件发出的黄色光混合来获得白色光。另外,通过将蓝色LED元件发出的蓝色光和绿色LED元件发出的绿色光和红色LED元件发出的红色光混合来获得白色光、或其他色光。另外,不限于白色光,也可以是红色、绿色、蓝色等单色光。
(6)在各个实施方式中,说明了通过把发蓝色光的蓝色LED元件和被从蓝色LED元件发出的蓝色光激发而发出黄色光的黄色荧光体封装在封装体中而得到白色光的情况,但本发明不限于此,在封装体中只封装蓝色LED元件,同时把黄色荧光体配置在光散射部件4的光入射面侧,也可以获得白色光。
(7)在各个实施方式中说明了面发光组件3、3、...是相同种类的情况,但本发明不限于此,也可以是在各个面发光组件内发光灯发出的颜色、其个数、位置不同的多种面发光组件。
(8)在各个实施方式中,说明了发光灯7、7、...以及发光灯103、103、...的电连接是串联的情况,但本发明不限于此,当然也可以是并联连接。
(9)在各个实施方式中,说明了把来自面发光组件3、3、...的射出光向一个方向取出的情况,但本发明不限于此,向多个方向取出也没有任何问题。
(10)在各个实施方式中,说明了把多个面发光组件3、3、...(或101、101、...)在同一平面内沿纵横方向并列配置,把多个发光灯7、7、...(或103、103、...)在组件的横方向并列配置,而且在多个面发光组件3、3、...(或101、101、...)中的在纵方向相互邻接的2个面发光组件3、3、...(或101、101、...)内配置在正方形顶点(图1所示的位置)的情况,但本发明不限于此,也可以把多个面发光组件在同一平面内沿纵横方向并列配置,沿多个发光灯在组件的横方向并列配置,并且在多个面发光组件中的在纵方向相互邻接的2个面发光组件内配置成锯齿状。另外,也可以把多个面发光组件在同一曲面内沿纵横方向并列配置,把多个发光灯沿组件的横方向并列配置,并且在多个面发光组件中的纵方向相互邻接的2个面发光组件内配置在正方形顶点、或配置成锯齿状。
(11)在各个实施方式中,对于LED28,使用了构成为利用封装树脂286封装了LED元件284的构造的LED,但也可以只使用LED元件。
本发明的光源模块、面发光组件以及面发光装置可应用在映像、招牌等的显示和商店用的照明等中。

Claims (5)

1.一种光源模块,其特征在于,具备光方向转换部(29、105)和LED元件(284),
上述光方向转换部(29、105)具有:光入射的光入射面(29b)、在与上述光入射面(29b)对置的一侧形成,且反射从上述光入射面(29b)入射的光的光反射面(29B)、和把在上述光反射面(29B)反射的光向外部射出的光射出面(29C),
上述LED元件(284)被配置在上述光方向转换部(29、105)的中心轴线(O)上,上述LED元件(284)与上述光方向转换部(29)隔开空隙(G)设置,并经由上述空隙(G)向上述光方向转换部(29、105)的上述光入射面(29b)射出光,
上述光入射面(29b)仅由垂直于上述光方向转换部(29、105)的中心轴线(O)的平面构成,上述光反射面(29B)具有将入射到上述光入射面(29b)的光全部照射到上述光反射面(29B)的直径。
2.一种面发光组件,其特征在于,具备多个如权利要求1所述的光源模块(7),上述面发光组件还具备单一基板(6)和组件主体(5),
在上述单一基板(6)上安装了上述多个光源模块(7)的多个上述LED元件(284),
上述组件主体(5)具有收容上述多个光源模块(7)和上述单一基板(6)的配置空间(5A),
上述组件主体(5)具备:底板(10),其保持上述多个LED元件(284)和上述单一基板(6);和盖板(11),其具有供多个光方向转换部(29)插通的多个开口部(11A),并且该盖板(11)装配于上述底板(10)而形成上述配置空间(5A)。
3.一种面发光组件,其特征在于,具备多个如权利要求1所述的光源模块(7),上述面发光组件还具备多个基板(106)和多个保持片(104),
在上述多个基板(106)上分别安装了上述多个光源模块(7)的多个上述LED元件(284),
上述多个保持片(104)具有分别收容上述多个LED元件(284)和上述多个基板(106)的配置空间,并保持上述多个光方向转换部(105),
上述多个基板(106)由电缆(107)连接。
4.一种面发光装置,其特征在于,具备多个如权利要求2所述的面发光组件,
上述多个面发光组件的上述组件主体(5)具有能够与其他的组件主体(5)连接的结构。
5.一种面发光装置,其特征在于,具备如权利要求3所述的面发光组件,上述面发光装置还具备安装面(2c),
在上述安装面(2c)上沿纵横方向安装了上述面发光组件的多个上述光源模块(7)、上述基板(106)和上述保持片(104)。
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