JP2018092859A - 面光源装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光制御素子の光出射面にて反射した光線を吸収させることで、面状の光の均一性が向上し、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が向上す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、光源を主面に保持する保持基板と、光源を覆い、かつ、裏面の少なくとも一部が保持基板の主面に保持され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、配光制御素子の裏面側に配置される光吸収部とを備える。【選択図】図１

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、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、小型で高効率、高出力な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と光が透過する際に、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。また、光源から出射する光の発散角を拡げるほど反射光は増加する。そして、この反射光により、面状に照射された光の均一性が損なわれる。

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にて反射した光線を吸収させることで、面状の光の均一性が向上し、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が向上す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、光源を主面に保持する保持基板と、光源を覆い、かつ、裏面の少なくとも一部が保持基板の主面に保持され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、配光制御素子の裏面側に配置される光吸収部とを備える。

本発明によれば、配光制御素子の光出射面にて反射する光線を光吸収部で吸収することによって、面状の照明光の均一性が向上し、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が向上す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を示す断面図である。 実施の形態１における面光源装置の光源周辺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と光吸収部を示す平面図である。 実施の形態１における面光源装置が含む反射部を示す平面図である。 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。 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２における面光源装置の光源周辺を示す断面図である。 実施の形態３における面光源装置の光源周辺を示す断面図である。

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表示装置の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、以下に示す実施の形態では、表示装置は液晶表示装置、表示装置が備える表示パネルは液晶パネルを例に説明する。

以下に示す実施の形態において、図に示される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軸およびｙ軸を含むｘ−ｙ平面に対し垂直な方向がｚ軸方向である。例えば、表示装置が備える表示パネルが矩形を有する場合、その表示パネルの長辺方向をｘ軸方向とし、短辺方向をｙ軸方向とする。図１は、後述する実施の形態１における面光源装置２００の構成およびそれ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。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。液晶表示装置１００の長辺方向つまり液晶パネル１の長辺方向が水平に、その短辺方向が垂直方向に設置された場合、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軸方向を表示面側という。−ｚ軸方向を裏面側という。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軸方向から−ｚ軸方向を見ることである。例えば、ｙ軸方向と記載した場合、その記載は＋ｙ軸方向と−ｙ軸方向とを含む。これらの方向は、実施の形態１に限らず他の実施の形態においても同様である。

＜実施の形態１＞
（液晶表示装置）
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軸方向にかけて、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軸方向の面であり、表示面１ａは、その＋ｚ軸方向の面である。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軸方向の長辺とｙ軸方向の短辺とは直交する。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）
面光源装置２００は、配光制御素子６、光源７、保持基板８、光吸収部９ａおよび反射部５を備える。反射部５は、配光制御素子６と光源７とを収容可能に容器形状に形成される。その反射部５は、底面５１、側面５２および開口部５３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、上部つまり液晶パネル１が配置される方向に開口を含む容器形状を有する。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。また、面光源装置２００は、保持基板８の幅よりも広い幅を有する配光制御素子６を備える。配光制御素子６は、光源７を覆って保持基板８の主面８１側に配置される。

（保持基板）
保持基板８は、ｘ軸方向に長い外形を有する。つまり、保持基板８は、後述する配光制御素子６の長手の方向および光源７の配列方向に長い外形を有する。また、保持基板８は、平面視において、矩形状の板形状を有する。また、保持基板８は主面８１を有する。本実施の形態１において、その主面８１は保持基板８の表面であり、その表面とは、例えば実装面である。保持基板８は、後述する光源７が主面８１に実装される実装基板である。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み、反射面の機能を有する。光源７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とは反対側に位置する裏面８２である。その裏面８２とは保持基板８の−ｚ軸方向の面である。保持基板８の裏面８２は、光源７にて発生した熱を、保持基板８の主面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）
光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。図３（ａ）は、保持基板８の主面８１に配置される複数の光源７を示す平面図である。本実施の形態１においては、複数の光源７が列をなして離散的に保持基板８の主面８１に配置される。その配列方向はｘ軸方向である。また、図２に示すように、光源７の−ｚ軸方向の面である裏面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に保持される。また、光源７は保持基板８に導通可能に接続され、光源７はその裏面７２を介して給電される。また、本実施の形態１では、光源７が有する裏面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、光源７の裏面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。その固体光源とは、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軸方向に、光源７を囲うように配置される。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が配列される方向すなわちｘ軸方向に長手を有する。つまり、配光制御素子６は、その長手の方向に棒状の形状を有する光学素子である。本実施の形態１において、配光制御素子６の短手の方向の幅は、保持基板８の幅よりも長い。そのため、配光制御素子６の裏面６３の一部が、保持基板８の主面８１に保持される。配光制御素子６の幅が保持基板８の主面８１の幅と同等以上の場合、配光制御素子６の裏面６３の全てが、保持基板８の主面８１に保持されても良い。

配光制御素子６は、例えば、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面を有するレンズである。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、一方向に集光または発散する。例えば凸型のシリンドリカルレンズに平行に光が入射すると、その光は線状に集光する。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１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軸方向の面である。光出射面６２は、凸状のシリンドリカル面を含み、そのシリンドリカル面は光源７の配列方向とは直交する面において、つまりｙ−ｚ平面おいて凸状の曲率を有する。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光軸Ｃは定められる。つまり、本実施の形態１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の−ｚ軸方向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、配光制御素子６の光軸Ｃは、光源７の光軸に一致する。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、面光源装置２００は複数の光源７を備えるが、配光制御素子６の設置個数は１個である。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の設置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、押出成形によって製造することができる。押出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を製造することが可能である。また、同様に、光源７の設置個数が増減したとしても、配光制御素子６を作製するための金型の変更が不要である。例えば、輝度を向上させるために光源７の設置個数が増加しても、それら複数の光源７を同じ配光制御素子６で覆うことが可能である。つまり、面光源装置２００は、光源７の設置個数を変えるだけで、輝度の調整が可能である。押出成形によって製造される配光制御素子６は、最適な光源７の個数と配置とを有する面光源装置２００の作製を可能とする。このように、押出成形により製造される配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。

本実施の形態１の配光制御素子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から出射する光の伝搬方向を所定の方向に拡げ、配光を変更する。本実施の形態１では、その所定の方向とは、配光制御素子６のシリンドリカル面が光を拡げる方向であり、保持基板８の主面８１に対し平行かつ配光制御素子６の長手の方向に対して直交する方向である。つまり、その方向はｙ軸方向である。

また、「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の強度を有する光が出射し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。

（光吸収部）
図２に示すように、面光源装置２００は、配光制御素子６の裏面６３側に配置される光吸収部９ａをさらに備える。光吸収部９ａは、板状またはシート状である。光吸収部９ａの少なくとも一部は、配光制御素子６の裏面６３と保持基板８の主面８１との間に挟持されて配置される。光吸収部９ａの幅は、配光制御素子６の短手の方向の幅以上であることが好ましい。図３（ｂ）は、光吸収部９ａを示す平面図である。光吸収部９ａは、光源７の配置に対応して開口９１を有する。図２に示すように、保持基板８の主面８１は、光吸収部９ａの開口９１に対応する領域を除き、光吸収部９ａによって覆われる。

（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、保持基板８に保持された光源７と配光制御素子６とを収容可能な容器形状を有する。図４は、面光源装置２００が備える反射部５の平面図である。なお図４は拡散板４の図示を省略している。反射部５は、図４に示すように、ｘ−ｙ平面に平行な１つの底面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。図１に示すように、反射部５の側面５２はその底面５１と対向する開口部５３の外周を囲う。本実施の形態１において、反射部５の底面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。また、反射部５の底面５１は拡散板４に平行つまり面光源装置２００の光出射面に平行に配置される。さらに、反射部５の側面５２は、その底面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は反射部５の底面５１の外周から拡散板４の外周に向けて傾斜している。このように、反射部５及び拡散板４は、中空の容器形状を構成する。

反射部５の底面５１で規定される面内には、保持基板８に保持される光源７と配光制御素子６とが配置される。つまり、面光源装置２００の平面視において、光源７と配光制御素子６とは反射部５の底面５１の面内に配置される。

また、本実施の形態１の反射部５の底面５１は、保持基板８が配置される位置に対応して開口を有する。図２に示すように、その開口を形成する輪郭部５５は、保持基板８の両側に位置し、かつ、配光制御素子６と筐体１０との間に配置される。つまり、輪郭部５５は、平面視においては、保持基板８の外周を囲むように、また、断面視においては、配光制御素子６と筐体１０との間の空隙に配置される。

以下に反射部５の形状をｘｙｚ座標軸により説明する。図４に示す４つの側面５２のうち、反射部５の底面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軸方向の側面５２ｂは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、反射部５の底面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、反射部５の底面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軸方向の側面５２ｃは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、反射部５の底面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軸方向の側面５２ｄは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、反射部５の底面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。

図１および図２に示すように反射部５は、その内側に反射面５４を有する。反射部５は光を反射する部材であり、その反射面５４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。

（拡散板）
図１に示すように、拡散板４は、反射部５の底面５１に対面し、かつ、配光制御素子６を覆って配置される。本実施の形態１では、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軸方向に配置される。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とを含む構成であっても良い。

拡散板４は、光を拡散する。「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」という記載は、「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」という記載は、「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。

（配光に関する前提技術）
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、光吸収部９ａを備えない面光源装置を例に示す。図５は、光吸収部９ａを備えないその面光源装置３００が含む光源７の周辺の構成を示す断面図である。図５は、光源７から＋ｚ軸方向に出射し、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−ｙ軸方向に狭い角度で光源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５に示すように、光線７３ａは、光入射面６１で−ｙ軸方向に屈折する。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軸方向に屈折する。図６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６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６において上下方向のみに拡がる光線のことである。図５および図６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。各光線の図示は省略するが、配光制御素子６から出射した光線７３ａまたは７３ｂは図１に示す拡散板４へ到達する。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。

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。その全反射条件を満たす光線は光出射面６２において、保持基板８側または反射部５側へ全反射する。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７は、面光源装置３００の光源７の周辺の構成を示す断面図であり、光源７から出射する光線の一部である光線７３ｃの図示を含む。光線７３ｃは、図５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８は、配光制御素子６の平面図であり、＋ｚ軸方向からｘ−ｙ平面を観察した図である。図８は、光源７から出射する光線の一部である光線７３ｅの図示を含む。光線７３ｅは、＋ｘ軸方向のベクトル成分を有する。＋ｘ軸方向に拡がる角度成分を有する光線とは、図８において、斜め方向あるいはｘ軸と平行に拡がる光線のことである。

図７に示す光線７３ｃは、図５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い。これは、光出射面６２に対する入射角に＋ｘ軸方向のベクトルの成分が合成されるためである。そのため＋ｘ軸方向のベクトルの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。光線７３ｄは、光源７から出射した光線７３ｃのうち光出射面６２に対する入射角度が大きく、全反射された光線を示す。光出射面６２にて全反射された光線７３ｄは、−ｚ軸方向へ進む。そして、光線７３ｄは、配光制御素子６の裏面６３から出射し、反射部５の底面５１に達する。反射部５に到達した光線７３ｄは、反射面５４によって拡散反射される。図示は省略するが、その後、光線７３ｄは、拡散板４や反射部５の他の反射面５４に達する。

また、図９は、面光源装置３００の光源７の周辺の構成を示す断面図であり、光源７から出射する光線の一部である光線７３ｆの図示を含む。光線７３ｆは、図７に示した光線７３ｃよりも、大きな入射角度で光出射面６２に入射する光線である。光線７３ｆは、２度、光出射面６２で反射した後、配光制御素子６の裏面６３から出射する。反射部５の底面５１に到達した光線７３ｆは、反射面５４によって拡散反射され、再度、配光制御素子６の内部へ入射する。そして、光線７３ｆは、配光制御素子６の光出射面６２で屈折して出射する。図示は省略するが、出射した光線７３ｆは拡散板４へ到達する。

また、光線７３ｄや光線７３ｆとは別に、光源７から出射し、光出射面６２で反射され、保持基板８の主面８１へ達する光線も存在する。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にて屈折して出射し、拡散板４に到達する。

以上に述べた光源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。

図１０は、面光源装置３００の光源７の周辺の構成を示す断面図である。図１０は、光源７から出射する光線の一部である光線７３ｇの図示を含む。図１０に示す面光源装置３００は、保持基板８に対する配光制御素子６の配置に誤差が生じた状態を示す。つまり、図１０は配光制御素子６が＋ｚ軸方向へずれた状態を示しており、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、保持基板８に対する配光制御素子６の配置がずれることは、光源７に対する配光制御素子６の配置がずれることでもある。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、光線７３ｇは、その空隙６４に入射する。光線７３ｇ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の裏面６３から配光制御素子６に入射する。そして光線７３ｇは、配光制御素子６の光出射面６２から出射する。この場合、入射した配光制御素子６の裏面６３の曲率と光出射面６２の曲率との関係は、光線７３ｇに対して凸レンズの関係にある。そのため、光出射面６２から出射した光線７３ｇは集光され、焦線が生じる。配光制御素子６の裏面６３の曲率と光出射面６２の曲率との関係によっては、その焦線は被照射面上（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、保持基板８に対する配光制御素子６の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。

（光吸収部の作用）
図１１は、本実施の形態１における面光源装置２００の光源７の周辺の構成を示す図であり、光源７から出射する光線の一部である光線７３ｈの図示を含む。上述したように、面光源装置２００は、配光制御素子６の裏面６３側に光吸収部９ａを備える。光線７３ｈは、光出射面６２で、２回、反射した後、配光制御素子６の裏面６３から出射する。そして、光線７３ｈは、光吸収部９ａに入射し吸収される。また、図示は省略するが、配光制御素子６の配置が＋ｚ軸方向へずれた場合においても、配光制御素子６と保持基板８の主面８１との間に入射した光線は、光吸収部９ａによって吸収される。さらに、配光制御素子６の幅よりも大きい幅を有する光吸収部９ａが配置される場合、図７に示した光線７３ｄのように、光出射面６２で反射し配光制御素子６の裏面６３側の端部から出射する光線も、光吸収部９ａがもれなく吸収する。

（効果）
光吸収部９ａは、配光制御素子６の光出射面６２で反射して裏面６３から出射した反射光成分である光線を吸収する。その吸収された反射光成分は、拡散板４へ届かない。そのため、面光源装置２００の面状の光の均一性が向上する。また、配光制御素子６が＋ｚ軸方向へずれた場合においても、光吸収部９ａが配光制御素子６の裏面６３と保持基板８の主面８１との間に入射した光線を吸収する。そのため、被照射面における輝度分布の均一性が向上する。配光制御素子６と保持基板８との配置、または、配光制御素子６と光源７との配置に関するロバスト性が向上する。

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を主面８１に保持する保持基板８と、光源７を覆い、かつ、裏面６３の少なくとも一部が保持基板８の主面８１に保持され、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の裏面６３側に配置される光吸収部９ａとを備える。このような構成を備える面光源装置２００は、配光制御素子６の光出射面６２にて反射する光線を光吸収部９ａで吸収する。その結果、面光源装置２００の面状の照明光の均一性が向上する。また、面光源装置２００は、配光制御素子６の位置がずれて配置された場合においても、配光制御素子６の裏面６３と保持基板８の主面８１との間に入射する光線を光吸収部９ａで吸収する。その結果、配光制御素子６と保持基板８との配置または配光制御素子６と光源７との配置に関するロバスト性が向上する。

また、面光源装置２００は、均一性の高い輝度分布の面状の光を発するため、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。なお、本実施の形態に示した面光源装置２００を含む液晶表示装置１００は、一例である。面光源装置２００が液晶パネル１とは異なる種類の表示パネルを照明し、その表示パネルと面光源装置２００とを備える表示装置においても同様の効果を奏する。

本実施の形態１における面光源装置２００が備える光吸収部９ａの少なくとも一部は、配光制御素子６の裏面６３と保持基板８の主面８１との間に配置される。このような構成により、光吸収部９ａが配光制御素子６または保持基板８とは別個の部品であっても、面光源装置２００は、配光制御素子６と保持基板８とにより光吸収部９ａを容易に保持して固定する。そのため、低コストである。また、光吸収部９ａの幅が配光制御素子６の短手の方向の幅以上である場合、光吸収部９ａは、配光制御素子６の裏面６３から出射する光線の多くを吸収する、または、もれなく吸収する。さらに、その光吸収部９ａは、反射部５と一体であっても良い。その場合、光吸収部９ａまたは反射部５は、保持基板８の端で折り曲げて配置される。また、その光吸収部９ａは、例えば、反射部５の一部に印刷により形成される。

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に列をなして離散的に配置される複数の光源７をさらに備える。配光制御素子６は、複数の光源７の配列方向に長手を有し、長手の方向と直交する面において凸型のシリンドリカル面を含む光出射面６２と、長手の方向に延在し、複数の光源７を覆う凹型の曲面または平面を含む光入射面６１とを含む。光吸収部９ａは、配光制御素子６の長手の方向に長い外形を有する。このような構成により、面光源装置２００は、光源７の設置個数よりも少ない個数の配光制御素子６および光吸収部９ａによって、均一な面状の光を提供することができる。

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、面光源装置２００から出射する面状の光を画像光に変換する液晶パネル１とを備える。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を照明する液晶表示装置１００は、従来よりも高い映像品質を実現する。

（配光制御素子の変形例）
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。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＞
実施の形態２における面光源装置を説明する。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１２は、実施の形態２における面光源装置２０１が備える光源７の周辺の構成を示す図である。

実施の形態２では、配光制御素子６は透明なレンズ部６ａを含む。光吸収部９ｂは、配光制御素子６の裏面６３に設けられる。レンズ部６ａを含む配光制御素子６と光吸収部９ｂとは、一体であり、例えばダブルモールド工法で製造される。または、例えば、光吸収部９ｂとレンズ部６ａとは別々に成形された後、互いが接着、または、互いがはめ込まれて配光制御素子６が形成される。

光吸収部９ｂは、配光制御素子６の光出射面６２で反射して裏面６３に達する反射光成分である光線を吸収する。そのため、面光源装置２０１の面状の光の均一性が向上する。また、配光制御素子６が＋ｚ軸方向へずれた場合においても、光吸収部９ｂが配光制御素子６の裏面６３と保持基板８の主面８１との間に入射した光線を吸収する。そのため、被照射面における輝度分布の均一性が向上する。配光制御素子６と保持基板８との配置、または、配光制御素子６と光源７との配置に関するロバスト性が向上する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３における面光源装置を説明する。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、実施の形態３における面光源装置２０２が備える光源７の周辺の構成を示す図である。

実施の形態１に示した面光源装置２００においては、保持基板８の主面８１は、反射面の機能を有していた。つまり、保持基板８の主面８１には、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が設けられていた。面光源装置２００の保持基板８の主面８１は、主面８１にて反射する光の利用効率を高め、さらには、光源から入射した色と同じ色のまま反射する機能を有する。

一方で、実施の形態３に示す面光源装置２０２においては、保持基板８の主面８１には、光吸収部９ｃが形成される。つまり、光吸収部９ｃは、配光制御素子６の裏面６３側に配置される。その光吸収部９ｃは、黒色のレジスト層あるいはレジスト層の上に形成された黒色のシルク層である。また、光吸収部９ｃの短手の方向の幅は、配光制御素子６の短手の方向の幅以上であることが好ましい。

光吸収部９ｃは、配光制御素子６の光出射面６２で反射して裏面６３から出射した反射光成分である光線を吸収する。そのため、面光源装置２００の面状の光の均一性が向上する。また、配光制御素子６が＋ｚ軸方向へずれた場合においても、光吸収部９ｃが、配光制御素子６の裏面６３と保持基板８の主面８１との間に入射した光線を吸収する。そのため、被照射面における輝度分布の均一性が向上する。配光制御素子６と保持基板８との配置または配光制御素子６と光源７との配置に関するロバスト性が向上する。

また、光吸収部９ｃの短手の方向の幅が配光制御素子６の短手の方向の幅以上である場合、光吸収部９ｃは、配光制御素子６の裏面６３から出射する光線の多くを吸収する、または、もれなく吸収する。さらに、保持基板８の−ｚ軸側の面である裏面８２は、筐体１０の底面１０ａに接触して保持される。その結果、光源７にて発生した熱だけでなく、光吸収部９ｃにて吸収されることにより、光エネルギーから変換された熱エネルギーが、筐体１０に伝わり放熱される。

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、６ 配光制御素子、６１ 光入射面、６２ 光出射面、６３ 裏面、６ａ レンズ部、７ 光源、７３ｈ 光線、８ 保持基板、８１ 主面、９ａ 光吸収部、９ｂ 光吸収部、９ｃ 光吸収部、１００ 液晶表示装置、２００ 面光源装置。

Claims (7)

1. 光源と、
   主面に前記光源を保持する保持基板と、
   前記光源を覆い、かつ、裏面の少なくとも一部が前記保持基板の前記主面に保持され、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、
   前記配光制御素子の前記裏面側に配置される光吸収部とを備える面光源装置。
2. 前記光吸収部の少なくとも一部は、前記配光制御素子の前記裏面と前記保持基板の前記主面との間に配置される請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記光吸収部は、前記配光制御素子の前記裏面に設けられることにより前記配光制御素子の前記裏面側に配置される請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記光吸収部と前記配光制御素子とは一体である請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記光吸収部は、前記保持基板の前記主面に設けられることにより前記配光制御素子の前記裏面側に配置される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
6. 前記保持基板の前記主面に列をなして離散的に配置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、前記複数の光源の配列方向に長手を有し、前記長手の方向と直交する面において凸型のシリンドリカル面を含む光出射面と、前記長手の方向に延在し、前記複数の光源を覆う凹型の曲面または平面を含む光入射面とを含み、
   前記光吸収部は、前記配光制御素子の前記長手の方向に長い外形を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の面光源装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置から出射する面状の光を画像光に変換する表示パネルとを備える表示装置。

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