Светоизлучающее устройство и содержащее его устройство освещения

Светоизлучающее устройство и содержащее его устройство освещения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.

В частности, элемент 102 управления световым потоком имеет форму, в которой (i) углы ϕ₁ и ϕ₂ удовлетворяют формуле ϕ₂/ϕ₁>1, а (ii) полученное посредством формулы числовое значение, по мере увеличения угла ϕ₁, постепенно уменьшается, причем угол ϕ₁ 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 ϕ₂ 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.

Кроме того, патентная литература 1 раскрывает следующее в качестве структуры элемента 102 управления световым потоком, где (i) δ₁ является постоянным числовым значением, не большим π/2, а (ii) α является коэффициентом характеристики рассеяния элемента 102 управления световым потоком, причем отношение между углами ϕ₁ и ϕ₂ выражается посредством отношения ϕ₂=(1+δ1-ϕ₁)×α/δ₁)×ϕ₁.

Фиг.20 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ₁ и ϕ₂ 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 ϕ₁ является относительно малым, имеет область, в которой увеличение угла ϕ₁ не меняет угол ϕ₂.

Фиг.21 иллюстрирует направление излучения, выраженного посредством относительного уравнения на Фиг.20. В изображенной на Фиг.20 области, в которой увеличение угла ϕ₁ не меняет угол ϕ₂, (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 ϕ₂/ϕ₁ постепенно уменьшается по мере увеличения угла ϕ₁.

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):

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, ϕ₁ является углом между светом, испускаемым светоизлучающим элементом и световой осью, P(ϕ₁) является характеристикой распределения света светоизлучающего элемента, С является константой, определенной для удовлетворения ϕ₁=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.

Фиг.6 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ₁ и ϕ₂ в случае, когда δ светоизлучающего устройства настоящего изобретения задана равной 35 мм, а расстояние между светоизлучающим устройством и жидкокристаллической панелью задано равным 20 мм.

Фиг.7 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углом ϕ₁ и углом ϕ₂/ϕ₁ в светоизлучающем устройстве 10, иллюстрированным на Фиг.5.

Фиг.8 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ₁ и ϕ₂ в случае, когда δ светоизлучающего устройства настоящего изобретения задана равной 70 мм, а расстояние между светоизлучающим устройством и жидкокристаллической панелью задано равным 20 мм.

Фиг.9 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ₁ и ϕ₂ 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.

Фиг.20 изображает диаграмму, иллюстрирующую отношение между углами ϕ₁ и ϕ₂ 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

α₁ - угол

α₂ - угол

Δα₁ - угол

Δα₂ - угол

R₁ - расстояние

R₂ - расстояние

P - фокусная точка

Р₁ - точка приема света

P₂ - 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.

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 α₁ указывает угол между опорной световой осью Z и прямой линией, которая проходит через опорную точку О по направлению к точке Р₃ на светопринимающей поверхности 2a, а R₁ указывает расстояние между произвольной точкой Р₃ и опорной точкой O. В случае ламбертовского распределения, которое является характеристикой распределения света обычного светоизлучающего элемента, расстояние R₁ монотонно уменьшается по мере увеличения угла α₁, по меньшей мере, в диапазоне α₁<π/3, причем диапазон яркости не меньше половины яркости света, излучаемого в направлении световой оси.

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) α₂ является углом между опорной световой осью Z и прямой линией, которая проходит через опорную точку О по направлению к произвольной точке Р₄ на светоиспускающей поверхности 2b, а (ii) R₂ является расстоянием между опорной точкой О и точкой Р₄ на светоиспускающей поверхности 2b, то R₂ монотонно увеличивается по мере увеличения α₂, по меньшей мере, в диапазоне α₂< π/3.

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 P₃ , на светопринимающей поверхности 2a, светопринимающая поверхность имеет форму, при которой увеличение угла α₁ не изменяет расстояние R₁, то есть приращение ΔR₁, на которое расстояние R₁ увеличивается по отношению к приращению Δα₁ угла α₁, 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 R₁. Следовательно, свет вертикально падает на светопринимающую поверхность. По существу, свет передается без отклонения.

С другой стороны, предположим, что светопринимающая поверхность имеет форму, при которой расстояние R₁ уменьшается по мере увеличения угла α₁, то есть приращение ΔR₁, на которое расстояние R₁ увеличивается по отношению к приращению Δα₁ угла α₁, выражается посредством ΔR₁<0, в иллюстрированном на Фиг.3 виде в поперечном разрезе. В этом случае линия тангенса в точке Р₃ 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 R₁. По существу, свет, излучаемый от опорной точки О, а также падающий на произвольную точку Р₃, преломляется в направлении, уходящем от световой оси, а также передается в элементе 2 управления световым потоком. Если в вышеупомянутом задается, что ΔR₁/R₁ Δα₁=А₁, то А₁ выражается посредством А₁<0.

С другой стороны, на светоиспускающей поверхности 2b расстояние R₂ увеличивается по мере увеличения угла α₂. По существу, линия тангенса в точке P₄ 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 R₂. Следовательно, свет, который падает на точку Р₄ от направления, в котором прямая линия проходит через опорную точку О в точку Р₄ , дополнительно преломляется в направлении, уходящем от световой оси Z. На практике, поскольку обеспечена светопринимающая поверхность 2a, угол между (i) светом L, падающим на точку P₄ , и (ii) нормалью в точке P₄ больше (i) угла между нормалью в точке P₄ и (ii) прямой линией, проходящей через точку P₄ к 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.

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 Р₄ от направления, в котором прямая линия проходит через опорную точку О к точке P₄ на светоиспускающей поверхности.

Если (i) β является углом между нормалью в точке P₄ и прямой линией, проходящей через опорную точку О в точку P₄, а (ii), ΔR₂ является изменением (различием) расстояния R₂ в момент, когда угол α₂ изменяется на минимальное приращение Δα₂, то tanβ= ΔR₂/R₂Δα₂. Затем если n является коэффициентом преломления, то необходимо иметь следующее уравнение nsinβ≤1 для излучения света со светоиспускающей поверхности. Если определено, что ΔR₂/R₂Δα₂=A₂, то A₂≤1. Это выражение должно быть удовлетворено для излучения со светоиспускающей поверхности 2b светового потока, падающего в точку Р₄ от направления, в котором прямая линия проходит через опорную точку О к опорной точке P₄ 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 P₄ на светоиспускающей поверхности 2b становится больше угла β. Следовательно, полное отражение всегда получают при условии A₂≥1.

По существу, должно быть удовлетворено, по меньшей мере, следующее условие: A₂<1.

Вышеупомянутое описание затрагивает случай, который не подразумевает α₁=0 и α₂=0. В случае, когда α₁=0 и α₂=0, свет, излучаемый светоизлучающим элементом в направлении световой оси, должен быть излучен в направлении световой оси. Следовательно, А₁ и A₂ 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.

На Фиг.5 ϕ₁ является углом между световой осью Z и светом L, испускаемым светоизлучающим элементом 1, а также падающим на светопринимающую поверхность 2a. ϕ₂ 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 Р₂ излучения, в которой свет L попадает на светоиспускающую поверхность 2b.

Кроме того, на Фиг.5 точка Р₁ приема света является точкой, через которую свет L, испускаемый светоизлучающим элементом 1, попадает на светопринимающую поверхность 2a, между тем как θ₁ является углом между светом L, попадающим из точки Р₁ приема света, и нормалью в точке Р₁ приема света. Кроме того, точка Р₂ испускания света является точкой на плоскости излучения, от которой свет L передается через элемент 2 управления световым потоком и попадает на светоиспускающую поверхность 2b. θ₂ является углом между светом L, попадающим в точку P₂ испускания света, и нормалью в точке P₂ 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.

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(ϕ₁) распределения света, должны быть выдвинуты следующие требования.

То есть изобретатель обнаружил, что возможно, чтобы свет L, испускаемый светоизлучающим элементом 1, имеющий характеристику Р(ϕ₁) 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, ϕ₁ является углом между светом L и световой осью Z, С является константой, определенной для удовлетворения ϕ₁=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. Эт