JP2018037257A - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光制御素子の光出射面を透過する光線と反射する光線との両方を用いることで、面状の光の均一性を向上させ、かつ、配光制御素子と保持基板との配置または配光制御素子と光源との配置に関するロバスト性を向上させる面光源装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る面光源装置は、光源と、光源が主面に保持される保持基板と、保持基板の主面側に配置される反射体と、光源を覆うように保持基板の主面側に配置され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、配光制御素子から出射する光を拡散させる拡散板とを備え、配光制御素子は、反射体に当接可能な設置面を有し、反射体は、第１反射領域と、第１反射領域よりも反射率が低い第２反射領域とを含み、第２反射領域は、配光制御素子の設置面に対応して配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、面状の光を発する面光源装置、およびその面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置が備える液晶パネルは、自ら発光しない。そのため、液晶表示装置は、その液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの裏面側にバックライト装置すなわち面光源装置を備えている。バックライト装置の構成の１つとして、複数の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）を並べた直下型のバックライト装置がある。近年では、小型の高効率で高出力のＬＥＤが開発されている。そのため、バックライト装置に使用されるＬＥＤの設置個数、または、複数のＬＥＤが列状に配列された光源であるＬＥＤＢＡＲの設置個数を減らしても、計算上では従来のバックライト装置と同様の明るさを得ることができる。特許文献１または特許文献２には、シリンドリカルレンズによってＬＥＤから出射する光線を拡げ、面状の照明光に変換するバックライト装置が開示されている。

特開２００６−２８６６０８号公報 特開２０１４―３８６９７号公報

特許文献１または特許文献２に記載のバックライト装置においては、光がシリンドリカルレンズから空気中へ透過する際、シリンドリカルレンズと空気との境界面にて一部の光が反射する。照明光の均一性向上には、その境界面を透過する直接光と、境界面にて反射する反射光との両方を、照明光として利用する必要がある。しかし、その反射光は、光源から出射する光の発散角を広げるほど増加する。よって、バックライト装置の照射領域の周辺において、光量の低下を抑えることは難しい。また、照明光の均一性向上には、光源から出射する光が、シリンドリカルレンズ等で構成される配光制御素子の入射面に、設計通りに入射することが望ましい。しかし、製造工程における組み立て誤差等を完全に無くすことは難しく、その配光制御素子を設計通りに保持基板上に配置できない場合もある。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、配光制御素子の光出射面を透過する光線と反射する光線との両方を用いることで、面状の光の均一性を向上させ、かつ、配光制御素子と保持基板との配置または配光制御素子と光源との配置に関するロバスト性を向上させる面光源装置の提供を目的とする。

本発明に係る面光源装置は、光源と、光源が主面に保持される保持基板と、保持基板の主面側に配置される反射体と、光源を覆うように保持基板の主面側に配置され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、配光制御素子から出射する光を拡散させる拡散板とを備え、配光制御素子は、反射体に当接可能な設置面を有し、反射体は、第１反射領域と、第１反射領域よりも反射率が低い第２反射領域とを含み、第２反射領域は、配光制御素子の設置面に対応して配置される。

本発明によれば、配光制御素子の光出射面を透過する光線と反射する光線との両方を用いることで、面状の照明光の均一性を向上させ、かつ、配光制御素子と保持基板との配置または配光制御素子と光源との配置に関するロバスト性を向上させる面光源装置の提供が可能である。

実施の形態１における液晶表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１における面光源装置が含む光源周辺の構成を示す断面図である。 実施の形態１における面光源装置が含む保持基板および反射体を示す図である。 実施の形態１における面光源装置が含む保持基板および反射体を示す図である。 実施の形態１における面光源装置が含む保持基板および反射体を示す図である。 実施の形態１における面光源装置が含む反射部を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 実施の形態１における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 実施の形態１における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 実施の形態１における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 実施の形態２における面光源装置が含む光源周辺の構成を示す断面図である。 実施の形態２における面光源装置が含む保持基板および反射体を示す図である。

本発明に係る面光源装置およびその面光源装置を備える液晶表示装置の実施の形態を図に基づいて説明する。なお各図に示される液晶表示装置および面光源装置は、ｘｙｚ直交座標に基づいて図示される。ｘ軸及びｙ軸を含む平面であるｘ−ｙ平面に対し垂直な方向がｚ軸方向である。

本明細書では、各方向を以下のように定義する。例えば、液晶パネル１が矩形を有する場合、液晶パネル１の長辺方向をｘ軸方向とし、短辺方向をｙ軸方向とする。図１において、液晶パネル１の長辺方向は紙面に垂直な方向であり、短辺方向は紙面の左右方向である。液晶パネル１の長辺方向が水平に配置され、短辺方向が垂直方向に配置された場合、ｘ軸方向が水平方向であり、ｙ軸方向が垂直方向である。また、その場合、液晶表示装置１００の上側がｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）であり、下側がｙ軸の負方向（−ｙ軸方向）である。また、液晶表示装置１００が映像を表示する方向がｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）であり、その反対方向がｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）である。また、＋ｚ軸方向側を表示面側という。−ｚ軸方向側を裏面側という。また、液晶表示装置１００の表示面側から見て、右側がｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）であり、左側がｘ軸の負方向（−ｘ軸方向）である。「表示面側から見て」とは、＋ｚ軸方向側から−ｚ軸方向側を見ることである。

＜実施の形態１＞
（液晶表示装置の構成）
図１は、本実施の形態１における面光源装置２００の構成およびその面光源装置２００を含む液晶表示装置１００の構成を概略的に示す断面図である。液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１および面光源装置２００を備える。また、液晶表示装置１００は、液晶パネル１と面光源装置２００との間に、光学シート２と光学シート３とをさらに備える。また、拡散板４が、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、面光源装置２００の開口部５３に設けられる。＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて、液晶パネル１、光学シート２、光学シート３、拡散板４、面光源装置２００が順に配置される。液晶パネル１は、光学シート２および光学シート３を介して面光源装置２００と対向する裏面１ｂを有する。また、液晶パネル１は、裏面１ｂの反対側に表示面１ａを有する。裏面１ｂは、液晶パネル１の−ｚ軸方向側の面であり、表示面１ａは、その＋ｚ軸方向側の面である。表示面１ａは、平面状の矩形形状を有する。つまり、表示面１ａはｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる平面を有する。また、その平面を構成するｘ軸方向の短辺とｙ軸方向の長辺とは直交する。なお、上記の表示面１ａの形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、液晶パネル１は液晶層を含み、その液晶層はｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる面状の構造を有する。

面光源装置２００は、拡散板４から面状の光を出射し、光学シート３および光学シート２を通して、液晶パネル１の裏面１ｂを照明する。光学シート３は、拡散板４から放射された光の進行方向を、液晶パネル１の表示面１ａに対し、法線方向に向ける機能を有する。光学シート２は、細かな照明光のむらなどを低減し光学的な悪影響を抑制する。液晶パネル１は、裏面１ｂから入射した照明光を画像光に変換する。「画像光」とは画像情報を有する光のことである。

（面光源装置の構成）
面光源装置２００は、光源７、保持基板８、反射体９（図１には図示せず）、配光制御素子６および反射部５を備える。反射部５は光源７と反射体９と配光制御素子６とを収容可能に容器形状に形成され、反射面５４と開口部５３とを含む。また、面光源装置２００は筐体１０をさらに備える。筐体１０は反射部５および保持基板８を保持して収納する部材である。反射部５は筐体１０の内壁に沿って配置される。筐体１０は、反射部５の形状を反映して、上面つまり液晶パネル１側が開口された容器形状を有する。筐体１０を構成する材料は、例えば、樹脂または金属板である。

図２は、面光源装置２００の光源７の周辺を拡大した断面図である。光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。主面８１は、保持基板８の上面であり、例えば実装面である。面光源装置２００は、保持基板８の主面８１側に反射体９をさらに備える。また、面光源装置２００は、配光制御素子６をさらに備える。配光制御素子６は、光源７を覆うように保持基板８の主面８１側に配置される。配光制御素子６は、反射体９に当接可能な設置面６３を有する。図２において、設置面６３は、反射体９に接しているが、必ずしも接する必要はなく、設置面６３と反射体９との間に、または設置面６３と主面８１との間に空隙が設けられていてもよい。以下に、面光源装置２００の詳細な構成を説明する。

（保持基板）
図３は、保持基板８の主面８１の平面図である。なお図３は配光制御素子６の図示を省略している。本実施の形態１では、保持基板８は、液晶パネル１の長手方向に長く、その平面視においては、矩形状の形状を有する。また、保持基板８は板形状を有する。保持基板８の主面８１は、例えば、白色のレジスト層あるいはレジスト層の上に白色のシルク層を含む。主面８１は反射面の機能を有する。図２に示すように、光源７と反射体９と配光制御素子６とが配置された保持基板８は、筐体１０の底面１０ａに保持される。筐体１０の底面１０ａに保持される保持基板８の面は、主面８１とは反対側の裏面８２である。その裏面８２とは保持基板８の−ｚ軸側の面である。裏面８２は、光源７にて発生した熱を、主面８１を介して筐体１０に伝えて放熱する。また、面光源装置２００は、例えば、保持基板８と筐体１０との間に放熱シートを設けて、その放熱効果を高めても良い。

（光源）
保持基板８の主面８１には、光源７が配置される。図３に示すように、本実施の形態１では、複数の光源７が主面８１に、所定の間隔を設けて列状に配置されている。その配置方向は、液晶パネル１の長手方向つまりｘ軸方向である。また、図２に示すように、光源７の−ｚ軸側の面である裏面７２は保持基板８の主面８１に接している。それにより、光源７は保持基板８に保持されている。また、光源７は裏面７２を介して給電される。光源７は保持基板８に電気的に接続する。また、本実施の形態１では、裏面７２とは異なる他の面は発光面である。例えば、光源７の裏面７２と対向する表面７１は発光面である。または、例えば、光源７が直方体形状である場合には、裏面７２とは異なる５面が発光面である。

光源７は、例えば、固体光源である。その固体光源は、例えば、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ素子という）である。または、例えば、光源７は、有機エレクトロルミネッセンス光源又は平面上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光する光源等を含む。なお、本実施の形態１では、光源７はＬＥＤ素子である。

（配光制御素子）
配光制御素子６は、保持基板８の主面８１側に光源７を覆うように配置される。つまり、配光制御素子６は、光源７の＋ｚ軸方向側に、光源７を囲うように配置される。また、配光制御素子６は、反射体９に当接可能な設置面６３を有する。本実施の形態１において、配光制御素子６は、複数の光源７が配列される方向に沿って棒状の形状を有する光学素子である。つまり、配光制御素子６はｘ軸方向に延びる棒形状の光学素子である。例えば、配光制御素子６は、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面を待ったレンズである。シリンドリカルレンズは、第１の方向に曲率を有し、その第１の方向に垂直な第２の方向に曲率を有さない。シリンドリカルレンズから出射する光は、一方向だけに集光または発散される。例えば凸型のシリンドリカルレンズに平行光を入射させると線状に集光する。この集光された線を焦線という。本実施の形態１では、第１の方向は、光源７が配列される方向とは直交する方向、つまりｙ軸方向である。第２の方向は、光源７が配列される方向に平行な方向、つまりｘ軸方向である。

図２に示すように、配光制御素子６は、光源７から出射する光が入射する光入射面６１を備える。本実施の形態では、光入射面６１は、光源７の配列方向に延在する。その光入射面６１は、光源７を覆う凹状の曲面または平面で形成される。その凹状の曲面は、例えば非球面またはシリンドリカル面である。また、配光制御素子６は、光入射面６１から入射した光が配光制御素子６の外部へ出射する光出射面６２を備える。光出射面６２は、光入射面６１に対して光源７とは反対側に位置する。すなわち、光出射面６２は、配光制御素子６の＋ｚ軸方向側の面である。光出射面６２は、光源７の配列方向とは直交する方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む。つまり光出射面６２は、ｙ軸方向にシリンドリカル面を含む。配光制御素子６の光軸Ｃは、ｚ軸に平行である。「光軸」とは、レンズ又は球面鏡などの、中心と焦点とを通る直線である。光学素子がシリンドリカル面を有する場合には、曲率を有するその断面形状で定められる。本実施の形態では、光軸Ｃは、光源７が配列される方向に対し垂直な平面、つまりｘ軸方向に垂直なｙ−ｚ平面における光出射面６２の形状で定められる。光出射面６２は光軸Ｃと交点を有する。

また、前述した光源７は、光入射面６１により形成された凹部に配置されている。凹部とは、光入射面６１と保持基板８の主面８１とで囲まれた空間のことである。すなわち凹部とは、光入射面６１に対し−ｚ軸側に位置する空間のことである。また、光源７は、光出射面６２のシリンドリカル面で規定される円筒の軸方向に並べて配置される。「円筒の軸」とは、光軸Ｃとは異なる軸であり、ｘ軸に平行な軸である。また、本実施の形態１において、光源７の光軸は、配光制御素子６の光軸Ｃと一致する。例えば、配光制御素子６の光軸Ｃは、光源７の中心を通過する。または、例えば、光軸Ｃは、光源７が出射する光の配光分布において、最も光度が高い方向に一致する。または、例えば、光軸Ｃは、光源７の配光曲線において配光角０度の方向に一致する。

また、本実施の形態１の配光制御素子６は棒状の形状を有する。よって、面光源装置２００は、列状に並べられた複数の光源７に対し、その光源７の個数よりも少ない数の配光制御素子６を備えることができる。例えば、本実施の形態１において、配光制御素子６は１つである。このように、配光制御素子６が棒状の形状を有する場合、面光源装置２００は配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を固定するだけでよく、接着等の固定作業が容易である。

また、棒状の配光制御素子６は、押出し成形によって製造することができる。押出し成形による製造方法は、配光制御素子６の長さを自由に変えることができる。例えば、液晶表示装置１００の大きさが異なる場合でも、同じ金型を用いて、長さだけを変更した配光制御素子６の製造が可能である。光源７の数の増減に対して、配光制御素子６の金型の変更が不要であるため、配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。また、面光源装置２００は、光源７の数を変えるだけで、その輝度の調整が可能である。このため、最適な光源７の個数と配置とを有する面光源装置２００の作製が可能である。

また、配光制御素子６は透明材料で形成されており、例えば、その透明材料はアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等である。

配光制御素子６は、光源７から出射した光の配光を変更する機能を有する。「配光」とは、空間に対する光源の光度分布をいう。つまり、光源から出射する光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を、その微小立体角で割ったものである。つまり、光度とは、光源からどのくらい強い光が出ているかを表す物理量である。配光制御素子６は、上記の構成を備えることにより、光源７から出射する光をｙ−ｚ平面上において集光するまたは発散させる。

（反射体）
図２に示すように、反射体９は、保持基板８の主面８１側に配置される。反射体９は、第１反射領域９１と第２反射領域９２とを含む。本実施の形態１においては、第１反射領域９１および第２反射領域９２は、保持基板８の主面８１に形成される。図２では、設置面６３は、反射体９に接しているが、必ずしも接する必要はなく、設置面６３と反射体９との間に空隙が設けられていてもよい。第２反射領域９２は、配光制御素子６が有する設置面６３に対応するよう設けられる。第２反射領域９２は、設置面６３と対向する。第２反射領域９２は、図３に示すように、平面視において矩形状の形状を有し、各光源７の両側に設けられている。その形状および配置は一例であり、例えば、第２反射領域９２は、図４に示すような円弧形状を有していても良いし、図５に示すように楕円形状を有していても良い。

第２反射領域９２の反射率は、第１反射領域９１の反射率よりも低い。第１反射領域９１の反射率と第２反射領域９２の反射率との差は、例えば、主面８１のレジスト層の形態、例えば組成や厚さなどが調整されることによって形成される。または、例えば、そのレジスト層の表面に反射率の異なる材料が配置されたり、凹凸が配置されたりすることで、第２反射領域９２が形成されても良い。または、例えば、主面８１よりも反射率の低いシート状の部品が主面８１上に配置されることで第２反射領域が形成されても良い。本実施の形態１においては、第１反射領域９１は保持基板８の主面８１そのものであり、第２反射領域９２は主面８１よりも反射率が低く形成された領域である。また、第２反射領域９２は、その光吸収率（光吸収係数）が第１反射領域９１の光吸収率よりも高く形成された領域であっても良い。また、その場合、第２反射領域９２は光源７の発光波長帯域において完全な吸収帯であることが望ましい。

（拡散板）
図１に示すように、拡散板４は、開口部５３を覆うように配置される。拡散板４は、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、反射部５に対し＋ｚ軸側に配置される。拡散板４は、例えば、薄板形状を有する。または、例えば、拡散板４はシート状である。または、拡散板４は透明基板とその透明基板上に形成された拡散膜を含む構成であっても良い。

拡散板４は、透過する光を拡散させる。「拡散」とは、拡がり散ることである。つまり、光が散乱することである。なお、以下の説明において、例えば、「光線は拡散板４に到達する」などの説明をしている。上述したように、拡散板４は反射部５の開口部５３に配置されている。よって、「光線は拡散板４に到達する」という表現は、「光線は開口部５３に到達する」に言い換えることができる。また、開口部５３または拡散板４は、面光源装置２００の光出射面として機能している。このため、「光線は拡散板４に到達する」という表現は、「光線は面光源装置２００の光出射面に到達する」に言い換えることができる。

（反射部）
図１に示すように、面光源装置２００は反射部５を備える。反射部５は、光源７と反射体９と配光制御素子６とを収容可能に容器形状を有する。図６は、面光源装置２００の平面図である。なお図６は拡散板４の図示を省略している。反射部５は、図１および図６に示すように、底面５１及びその底面５１に接続する４つの側面５２（側面５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）を含む。つまり反射部５は５つの面を備える。底面５１の面内には、保持基板８に保持された光源７と配光制御素子６とが配置される。また、反射部５は、反射面５４と開口部５３とをさらに含む。反射部５の開口部５３は、底面５１とは反対側に配置される。底面５１は拡散板４の矩形形状よりも小さい矩形形状を有する。底面５１は拡散板４に平行つまり光出射面に平行に配置される。側面５２は、底面５１の外周と拡散板４の外周とを接続する。つまり、４つの側面５２は底面５１外周から拡散板４の外周に向けて傾斜している。

以下に反射部５の形状をｘｙｚ座標軸により説明する。４つの側面５２のうち、底面５１のｘ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ａおよび側面５２ｂは、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、＋ｙ軸方向側の側面５２ａは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、−ｙ軸方向側の側面５２ｂは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。また、４つの側面５２のうち、底面５１のｙ方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ｃおよび側面５２ｄも、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、−ｘ軸方向側の側面５２ｃは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、＋ｘ軸方向側の側面５２ｄは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。反射部５の底面５１に対向する＋ｚ軸方向には、開口部５３が形成されている。反射部５及び拡散板４は、中空の容器形状を構成する。また、図２に示すように、反射部５は、保持基板８の両側の位置において、その一部が配光制御素子６と筐体１０に挟まれる。

図１および図２に示すように反射部５の内側は反射面５４である。つまり、反射部５の内側は光を反射する部材である。反射部５は、例えばシート状の部材である反射シートである。反射部５の反射面５４は、例えば、拡散反射面であってもよい。反射部５は、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート又は基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等である。

（配光制御素子に関わる前提技術）
本実施の形態１における面光源装置２００の作用および効果を説明する前に、本発明の前提技術を説明する。なお、本前提技術は、反射体９を備えない面光源装置を例に示す。図７は、前提技術に係る面光源装置の光源７の周辺の断面図である。図７は、光源７から＋ｚ軸方向側に出射し、ｙ−ｚ平面のみに拡がる光線の一部である光線７３ａの図示を含む。光線７３ａは、光軸Ｃに対して狭い角度で光源７から出射する光線である。光源７から出射した光線７３ａは、光入射面６１にて屈折し、配光制御素子６内部へ入射する。スネルの法則により、屈折率の小さな媒質から屈折率の大きな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも小さくなる。また、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも大きくなる。配光制御素子６がアクリル樹脂製である場合、図７に示すように、光線７３ａは、光入射面６１で−ｙ軸方向側に屈折する。光線７３ａは配光制御素子６の内部を進行し、光出射面６２に達する。光線７３ａは、凸面形状を有する光出射面６２によって、光軸Ｃに対する角度がさらに大きくなる方向つまり−ｙ軸方向側に屈折する。図８は、配光制御素子６の平面図であり、＋ｚ軸側からｘ−ｙ平面を観察した図である。図８は光源７から出射する一部の光線７３ｂの図示を含む。光線７３ｂは、光源７から出射し、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線のうち、光軸Ｃに対する角度が光線７３ａよりも広い光線である。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図８において上下方向のみに拡がる光線を意味する。図７および図８に示すように、配光制御素子６は、光源７から出射する光を発散させる。配光制御素子６から出射した光線７３ａまたは７３ｂは拡散板４へ到達する。各光線の図示は省略するが、図１に示す拡散板４に到達した光線の一部は反射して、反射部５の容器状の空間内を進行する。その光線は、反射部５の底面５１又は側面５２で反射されて、再び拡散板４に到達する。光は拡散板４を透過しながら拡散される。そして、拡散板４を透過した光は、均一性を有する面状の照明光となる。この照明光は、光学シート３及び光学シート２を介して、液晶パネル１の裏面１ｂに照射される。

図９は、反射体９を備えない面光源装置の光源７周辺の断面を示す図である。図９に示す面光源装置は、配光制御素子６の保持基板８に対する配置位置に誤差が生じた状態を示す。つまり、配光制御素子６と保持基板８との間には空隙６４が存在する。なお、光源７は保持基板８に実装されているため、配光制御素子６の保持基板８に対する位置がずれることは、配光制御素子６と光源７との位置関係もずれることを意味する。配光制御素子６と保持基板８との間に空隙６４が生じた場合、光源７から出射した光のうち一部の光線７３ｅが、その空隙６４に入射する。光線７３ｅは、例えば、保持基板８の主面８１で反射され、配光制御素子６の設置面６３から入射する。そして光線７３ｅは、配光制御素子６の光出射面６２から出射する。この場合、入射した設置面６３の曲率と光出射面６２の曲率との関係が凸レンズとして機能する関係にある。そのため、光出射面６２から出射した光線７３ｅは集光され、焦線が生じる。また、その焦線は、設置面６３の曲率と光出射面６２の曲率との関係によっては、被照射面上（例えば、拡散板４上や裏面１ｂ上など）に形成される。このように、配光制御素子６の保持基板８に対する配置位置に誤差が生じると、照明光の均一性が低下する。面光源装置を構成する各部材の配置位置にばらつきが生じたとしても、被照射面における光の分布が均一であることが好ましい。

（反射体の作用）
上記の前提技術に含まれる課題、すなわち配光制御素子６の位置ずれによる照明光の均一性低下を解決するため、本発明に係る面光源装置２００は、図２に示すように、第２反射領域９２を含む。第２反射領域９２は、設置面６３と対向する。図２では、設置面６３は、反射体９に、特に第２反射領域９２に接している。一方で、図１０に示すように、設置面６３と反射体９との間に空隙６４が設けられていてもよい。例えば、その空隙６４は、面光源装置２００の製造工程において、配光制御素子６の設置位置が＋ｚ軸方向へずれることで形成される。光源７から出射し空隙６４に入射した光線７３ｆは、第２反射領域９２に入射する。第２反射領域９２の反射率はその周囲の第１反射領域９１よりも低いため、光線７３ｆはほとんど反射しない。その結果、上記の焦線の原因となる光路を通過する光線が、第２反射領域９２を設置しない場合と比較して低減される。また、第２反射領域９２の光吸収率（光吸収係数）が、第１反射領域９１の光吸収率よりも高い場合、焦線を生じさせるような光路を通過する光線は、より低減される。

（効果）
本実施の形態１の面光源装置２００は、配光制御素子６の設置位置が＋ｚ軸方向へずれた場合に、光線が入射する主面８１上の領域に、第２反射領域９２を設けている。そのため、面光源装置２００は、被照射面において輝度分布の不均一を発生させる原因となる光線を低減できる。つまり、保持基板８に対する配光制御素子６の設置位置に関して、面光源装置２００は、従来構成より許容できる位置ずれ量が大きい。つまり面光源装置２００は、そのロバスト性を向上させることができる。

以上をまとめると、本実施の形態１における面光源装置２００は、光源７と、光源７が主面８１に保持される保持基板８と、保持基板８の主面８１側に配置される反射体９と、光源７を覆うように保持基板８の主面８１側に配置され、光源７から出射する光の配光を変更する配光制御素子６と、配光制御素子６から出射する光を拡散させる拡散板４とを備える。配光制御素子６は、反射体９に当接可能な設置面６３を有する。反射体９は、第１反射領域９１と、第１反射領域９１よりも反射率が低い第２反射領域９２とを含む。第２反射領域９２は、配光制御素子６の設置面６３に対応して配置される。以上のような構成により、面光源装置２００は、配光制御素子６の光出射面６２を透過した光線と、光出射面６２にて反射した光線の両方を用いて面状の光の均一性を向上させることができる。さらに、面光源装置２００は、保持基板８に対する配光制御素子６の配置位置に関するロバスト性を向上させることができる。面光源装置２００は、均一性の高い輝度分布を有する面状の光を発する。ゆえに、面光源装置２００は、液晶表示装置１００のバックライト以外に、例えば、部屋の照明等で用いられる照明装置としても利用できる。また、面光源装置２００は、例えば、写真などを裏面側から照明する広告表示装置などにも利用できる。

また、本実施の形態１における面光源装置２００の第２反射領域９２の光吸収率は、第１反射領域９１の光吸収率よりも高い。このような構成により、配光制御素子６の設置位置に誤差が生じ、保持基板８の主面８１と配光制御素子６との間に空隙６４が形成された場合であっても、その空隙６４に入射した光線は、第１反射領域９１よりも高い光吸収率を有する第２反射領域９２に入射する。第２反射領域９２に入射した光線は吸収され、ほとんど反射しない。その結果、面光源装置２００は、焦線の発生を低減することができる。つまり、面光源装置２００は、保持基板８に対する配光制御素子６の配置位置に関するロバスト性を向上することができる。また、面光源装置２００は、均一性の高い輝度分布を有する面状の光を発することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置２００の第２反射領域９２は、保持基板８の平面視において、矩形形状、円弧形状または楕円形状を含む。このような構成により、面光源装置２００は、光源７の仕様や配置形態に応じて、最適な第２反射領域９２の配置を有することが可能である。よって、面光源装置２００は、焦線の発生を低減することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置２００は、保持基板８の主面８１に列状に配列される複数の光源７をさらに備える。配光制御素子６は、複数の光源７の配列方向に沿って棒状の形状を有する。配光制御素子６は、その棒状の形状の短手方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む光出射面６２と、棒状の形状の長手方向に延在し複数の光源７を覆う凹状の曲面または平面を含む光入射面６１とを含む。このような構成により、面光源装置２００は、光源７の個数よりも少ない配光制御素子６を備えることができる。つまり、面光源装置２００は、配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、列状に並べられた複数の光源７に対して、それら光源７よりも少ない個数の配光制御素子６を固定するだけでよく、装着作業が容易である。さらに、棒状の配光制御素子６は、押出し成形によって製造することができ、面光源装置２００の製造コストを低減することが可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置２００は、反射部５をさらに備える。反射部５は、拡散板４が設置される開口部５３と、反射面５４とを含む。また反射部５は、光源７と反射体９と配光制御素子６とを収容可能な容器形状を有する。反射面５４は容器形状の内側に配置され、配光制御素子６から出射する光を反射する。開口部５３は、配光制御素子６から出射する光および反射面５４にて反射する光を拡散板４を介して出射する。このような構成により、面光源装置２００は、均一性がさらに向上した面状の光を出射することができる。

また、本実施の形態１における液晶表示装置１００は、面光源装置２００と液晶パネル１とを備える。液晶パネル１は、面光源装置２００の拡散板４より出射する面状の光を入射し、画像光に変換して出射する。このような構成により、液晶表示装置１００は、均一性が従来よりも向上した面光源装置２００によって液晶パネル１を照明することができ。その結果、液晶表示装置１００は、従来よりも高い映像品質を実現することができる。

（配光制御素子の変形例と効果）
屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質に光線が入射する場合、その媒質の境界面にて全反射が起こりうる。例えば、配光制御素子６の材質が屈折率１．４９を有するアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）で、出射側の媒質すなわち反射部５の容器状の空間が空気である場合、光出射面６２への入射角が４２．１°よりも大きい光線は全反射条件を満たす。その結果、光線は光出射面６２において、保持基板８側または反射部５側へ反射する。つまり光線は−ｚ軸方向へ反射する。ｙ−ｚ平面上のみを伝搬する光線に対しては、その入射角が４２．１°以下になるよう光入射面６１の形状および光出射面６２の形状を設計することで、全反射条件を回避できる。その結果、光線を光出射面６２から拡散板４へ向けて拡げることが可能となる。

図１１は、面光源装置の光源７の周辺の断面図である。図１１に示す光線７３ｃは、図７に示した光線７３ａとは異なり、ｘ軸方向に拡がる角度成分、つまりｘ軸方向のベクトル成分も有する。また、図１２は、配光制御素子６の平面図であり、＋ｚ軸側からｘ−ｙ平面を観察した図である。図１２は、光源７から出射する一部の光線７３ｄの図示を含む。光線７３ｄは、ｘ軸方向のベクトル成分を有する。なお、ｘ軸方向に拡がる角度成分を有する光線とは、図１２において、斜め方向あるいはｘ軸と平行に拡がる光線を意味する。図１１に示す光線７３ｃや図１２に示す光線７３ｄは、図７に示したｙ−ｚ平面上のみを伝搬する光線７３ａよりも光出射面６２に対する入射角が大きくなる。これは、光出射面６２に対する入射角にｘ軸方向のベクトル成分が合成されるためである。そのためｘ軸方向のベクトル成分が大きな光線は光出射面６２で全反射条件を満たしやすい。

光出射面６２で全反射された光線７３ｃは−ｚ軸方向へ進み、その一部は配光制御素子６の底面あるいは側面の一部にて屈折して反射部５に達する。図示は省略するが、反射部５に到達した光線は、拡散反射され、一部の光線は再度、配光制御素子６の内部へ入射し、その他の光線は、拡散板４へ到達する。配光制御素子６の内部へ入射した光線は、光出射面６２で屈折され出射する。光出射面６２から出射した光線は拡散板４へ到達する。また、光出射面６２で全反射された光線の一部は、保持基板８の主面８１へ達する。その光線は、主面８１で反射され、再度、配光制御素子６の内部へ入射する。そして、その光線は、配光制御素子６の光出射面６２にて屈折し、拡散板４に到達する。

以上のように、光源７から出射し拡散板４に到達する光線は、２つの成分、つまり直接光成分と反射光成分とに分けることができる。直接光成分とは、光源７から出射した光線のうち、配光制御素子６で屈折した後、直接、拡散板４に到達する光線である。反射光成分とは、配光制御素子６の内部で全反射した後、反射部５で拡散反射してから、拡散板４に到達する光線である。反射光成分は、反射部５による拡散反射の影響を含むため、配光制御素子６によってその空間的な輝度分布を制御することが難しい。面光源装置２００は、光源７から出射する光を効率良く利用するためには、反射光成分を含めて配光を制御する必要がある。また、面光源装置２００は、その光出射面で均一な輝度分布を有する照明光を得るためには、直接光成分および反射光成分のバランスを配光制御素子６で制御することが好ましい。例えば、配光制御素子６が反射光成分の分布に合わせて直接光成分の分布をあえて不均一にする等の制御が必要となる。

上記の実施の形態１では、配光制御素子６は、棒状の形状を有し、複数の光源７を覆うように配置された光学素子であった。しかし、配光制御素子６は、棒形状の光学素子に限られない。本発明に係る面光源装置２００は、１つの光源に１つの配光制御素子を取り付けても実施の形態１と同様の効果を奏する。しかし、各光源に対し個別の配光制御素子を備える面光源装置では、配光制御素子の使用個数が多くなる。また、その製造工程において、各光源に各配光制御素子（レンズ）を固定する必要があり工程数が増加する。

一方で、実施の形態１に記載した面光源装置２００は、列状に並べられた複数の光源７に対し、その光源７の個数よりも少ない数の配光制御素子６を備えることができる。例えば、棒状の配光制御素子６は１つでよい。このように、面光源装置２００は、配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を固定するだけでよく、接着等の固定作業が容易である。

また、配光制御素子として、ｘ−ｙ平面に複数のレンズが配列されたレンズアレイの様に、光源に対してｘ方向またはｙ方向の位置決めが必要な光学素子の採用が考えられる。しかし、光源の数の増減に伴い、それら光源を覆う光学素子の大きさを変更する必要がある。つまり、光源の数の増減によって、光学素子を製造するための金型を変更する必要がある。よって、そのような光学素子は、面光源装置の仕様変更に対する汎用性が低い。

一方で、本実施の形態１に係る配光制御素子６は、棒状の形状を有するため、押出し成形によって製造することができる。押出し成形による製造方法は、配光制御素子６の長さを自由に変えることができる。例えば、液晶表示装置１００の大きさが異なる場合でも、同じ金型を用いて、長さだけを調整した配光制御素子６の製造することができる。光源７の数の増減に対して、配光制御素子６の金型の変更が不要であるため、配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。光源７の数を変えるだけで、面光源装置２００の輝度を調整することが可能である。このため、最適な光源７の数と配置を有する面光源装置２００の作製が可能である。

また、実施の形態１では、配光制御素子６は透明材料であるが、拡散材を含む材料であっても良い。配光制御素子６に入射した光線は、拡散材により光線は拡散され、進行方向を変える。配光制御素子６の内部を進む光線は、ランダムな方向に進行方向が変更される。進行方向を変更された光線は、配光制御素子６の光出射面６２に達する。配光制御素子６の光出射面６２から出射する光は、広い範囲を照射することができる。

また、配光制御素子６の光入射面６１又は光出射面６２に、微小な凹凸形状が形成されていてもよい。その凹凸形状は、必ずしも光入射面６１及び光出射面６２の全域に形成される必要はない。例えば、凹凸形状は光入射面６１のみに形成されても良い。また、例えば、凹凸形状は、光出射面６２の一部の領域のみに形成されても良い。つまり、凹凸形状は、光入射面６１又は光出射面６２の一部の領域に設けられる構成であってもよい。また、凹凸形状は、全ての領域において同一の粗さにする必要はない。例えば、光入射面６１の凹凸形状が、光出射面６２の凹凸形状よりも小さくても良い。

凹凸形状に入射した光線は、進行方向がランダムに変わる。よって、凹凸形状を有する配光制御素子６は明線を緩和させることが可能である。「明線」とは、面光源装置２００の光出射面（拡散板４）上に、線状に形成される輝度の高い領域のことである。また、凹凸形状は、複数の光源７を並べて配置することで発生する面光源装置２００の光出射面（拡散板４）上の輝度ムラを緩和することができる。つまり、凹凸形状は、明るい部分と暗い部分との差を緩和することができる。また、その凹凸形状により、配光制御素子６は広い範囲に光を配光し照射することができる。

ただし、上記の拡散材又は凹凸形状による光の拡散の程度は、光入射面６１及び光出射面６２における光線の屈折の程度に比べて小さい必要がある。なぜなら、拡散材又は凹凸形状による光の散乱が支配的となった場合、配光制御素子６の光入射面６１および光出射面６２において、光線を設計どおりに屈折させ、配光することが難しくなるからである。光の配光は、配光制御素子６の形状に依存した屈折によって、面光源装置２００の光出射面つまり拡散板４に向けられる。そのため、拡散材や凹凸形状による光の拡散の効果が増すと、光源７の配置位置近くの輝度は高く、光源から離れるにつれて輝度が低くなる可能性がある。

＜実施の形態２＞
本実施の形態２における面光源装置２０１およびその面光源装置２０１を備える液晶表示装置について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。

図１３は、本実施の形態２における面光源装置２０１の光源７周辺の構成を示す断面図である。面光源装置２０１は、配光制御素子６と保持基板８との間に第１反射領域９１を備える。図１４（ａ）は、保持基板８の主面８１の平面図であり、図１４（ｂ）は第１反射領域９１の平面図である。上述した図１３は、図１４（ａ）のＡ−Ａ’の断面を示す。

第２反射領域９２は、実施の形態１と同様に、保持基板８の主面８１に形成され、配光制御素子６の設置面６３に対応して配置される。第２反射領域９２の反射率は、例えば、主面８１よりも低く形成される。第２反射領域９２は平面視において矩形状の形状を有し、各光源７の両側に設けられている。その形状と配置とは一例であり、例えば、第２反射領域９２は、図４に示すような円弧形状を有していても良いし、図５に示すように、楕円形状を有していても良い。

図１３に示すように、第１反射領域９１は、配光制御素子６と保持基板８との間に配置される。第１反射領域９１は、第２反射領域９２よりも配光制御素子６の設置面６３側に配置される。本実施の形態２では、第１反射領域９１の一部は第２反射領域９２上に積層される。図１４（ｂ）および図１３に示すように、第１反射領域９１は複数の開口９３を含む。その開口９３は第２反射領域９２の位置に対応して配置される。本実施の形態２では、第１反射領域９１の平面視の外形は、短冊形状を有する。第１反射領域９１は、例えば反射シートである。なお、第１反射領域９１の開口９３の形状は、第２反射領域９２の平面形状に対応して適宜形成される。また、第１反射領域９１は第２反射領域９２および光源７以外の主面８１全てを覆う必要はない。つまり、本実施の形態２においては、保持基板８の主面８１の一部が第１反射領域９１に覆われている。また、本実施の形態２においては、第１反射領域９１の反射率は、第２反射領域９２の反射率および保持基板８の主面８１の反射率よりも高い。

光源７から出射し開口９３に進む光線７３ｇは、第２反射領域９２に入射する。反射率がその周囲の第１反射領域９１や主面８１よりも低いため、光線はほとんど反射しない。その結果、上記の焦線を生じさせるような光路を通過する光線が、第２反射領域９２を形成しない場合と比較して低減される。

また、本実施の形態２では、配光制御素子６は、反射体９に、特に第１反射領域９１に接して配置されているが、面光源装置２０１は、配光制御素子６と第１反射領域９１との間に空隙（図示せず）を有しても良い。なお、その空隙は、実施の形態１と同様に、配光制御素子６が＋ｚ軸方向へずれて設置されることで生じる。光源７から出射しその空隙に入射した光線は、開口９３の位置に対応する第２反射領域９２に入射する。反射率がその周囲の第１反射領域９１よりも低いため、光線はほとんど反射しない。その結果、上記の焦線が生じる光路を通過する光線が、反射体９を形成しない場合と比較して低減される。

また、第１反射領域９１を設けた面光源装置２０１では、従来、主面８１で反射していた光線が第１反射領域９１で反射する。第１反射領域９１の反射率は、保持基板８の主面８１よりも高い。よって、面光源装置２０１は、第１反射領域９１を設けない場合に比べて、光の利用効率を向上させることができる。また、第１反射領域９１の開口９３の大きさや形状を変化させることで被照射面の分布を調整することが可能である。

上記の面光源装置２０１は、第１反射領域９１と反射部５とを別個に備えるが、それらが一体の部品であってもよい。例えば、第１反射領域９１または反射部５が保持基板８の端で折り曲げられ、第１反射領域９１と反射部５とが接続しても良い。そのような面光源装置でも、焦線を生じない等、同様の効果を奏する。さらに、そのような面光源装置は、構成部品の個数を削減することができる。

（効果）
以上をまとめると、本実施の形態２における面光源装置２０１の第１反射領域９１は、第２反射領域９２よりも配光制御素子６の設置面６３側に配置される。その第１反射領域９１は、第２反射領域９２に対応して開口９３を有する。第２反射領域９２は、第１反射領域９１の開口９３を介して配光制御素子６の設置面６３に対向する。以上のような構成により、面光源装置２０１は、配光制御素子６と保持基板８との位置関係との位置関係においてロバスト性を向上させる。面光源装置２００は、均一性の高い輝度分布を有する面状の光を発することができる。また、第１反射領域９１および第２反射領域９２の両方を保持基板８の主面８１等に形成する必要がなく、シート等の第１反射領域９１を第２反射領域９２上に覆うだけで、反射体９を形成できる。また、面光源装置２０１は、第１反射領域９１の開口９３の大きさや形状によって、被照射面の分布を調整することが可能である。

また、本実施の形態２における面光源装置２０１が備える反射部５の反射面５４は、反射体９の第１反射領域９１と一体であってもよい。このような構成により、面光源装置２０１は、反射体９の部品個数を削減することができる。

（実施の形態２の変形例）
上記の実施の形態２では、第２反射領域９２が保持基板８の主面８１に形成される例を示した。第２反射領域９２は保持基板８の主面８１そのものであっても良い。この場合、第１反射領域９１の反射率は、保持基板８の主面８１の反射率よりも高く形成する。すなわち、第２反射領域９２の反射率は、第１反射領域９１の反射率よりも低い。以上のような構成により、面光源装置２０１は、保持基板８の主面８１に、第２反射領域９２を新たに設ける必要がない。よって、面光源装置２０１の低コスト化が可能である。

上述の各実施の形態においては、部品間の位置関係もしくは部品の形状を示すために、「平行」や「垂直」などの用語を用いている。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含む。このため、請求の範囲内の部品間の位置関係もしくは部品の形状の記載は、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含む。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 液晶パネル、４ 拡散板、５ 反射部、５３ 開口部、５４ 反射面、６ 配光制御素子、６１ 光入射面、６２ 光出射面、６３ 設置面、６４ 空隙、７ 光源、８ 保持基板、８１ 主面、９ 反射体、９１ 第１反射領域、９２ 第２反射領域、９３ 開口、１００ 液晶表示装置、２００ 面光源装置、Ｃ 光軸。

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源が主面に保持される保持基板と、
   前記保持基板の前記主面側に配置される反射体と、
   前記光源を覆うように前記保持基板の前記主面側に配置され、前記光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、
   前記配光制御素子から出射する光を拡散させる拡散板とを備え、
   前記配光制御素子は、前記反射体に当接可能な設置面を有し、
   前記反射体は、第１反射領域と、前記第１反射領域よりも反射率が低い第２反射領域とを含み、
   前記第２反射領域は、前記配光制御素子の前記設置面に対応して配置されることを特徴とする面光源装置。
2. 前記第１反射領域は、前記第２反射領域よりも前記配光制御素子の前記設置面側に配置され、前記第２反射領域に対応して開口を有し、
   前記第２反射領域は、前記第１反射領域の前記開口を介して前記配光制御素子の前記設置面に対向する請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第２反射領域の光吸収率は、前記第１反射領域の光吸収率よりも高い請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記第２反射領域は、前記保持基板の平面視において、矩形形状、円弧形状または楕円形状を含む請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の面光源装置。
5. 前記保持基板の前記主面に列状に配列される複数の前記光源をさらに備え、
   前記配光制御素子は、複数の前記光源の配列方向に沿って棒状の形状を有し、前記棒状の形状の短手方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む光出射面と、前記棒状の形状の長手方向に延在し複数の前記光源を覆う凹状の曲面または平面を含む光入射面とを含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
6. 前記拡散板が設置される開口部と、反射面とを含み、前記光源と前記反射体と前記配光制御素子とを収容可能な容器形状を有する反射部をさらに備え、
   前記反射面は、前記容器形状の内側に配置され、前記配光制御素子から出射する光を反射し、
   前記開口部は、前記配光制御素子から出射する光および前記反射面にて反射する光を前記拡散板を介して出射する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の面光源装置。
7. 前記反射部の前記反射面は、前記反射体の前記第１反射領域と一体である請求項６に記載の面光源装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の前記拡散板より出射する面状の光を入射し、画像光に変換して出射する液晶パネルとを備える液晶表示装置。

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