JP6111110B2 - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、前記発光装置を有する面光源装置、および前記面光源装置を有する表示装置に関する。

液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されるようになってきている。

たとえば、直下型の面光源装置は、基板、複数の発光素子、複数の光束制御部材（レンズ）および光拡散部材を有する。複数の発光素子は、基板上にマトリックス状に配置されている。各発光素子の上には、各発光素子から出射された光を基板の面方向に拡げる光束制御部材が配置されている。光束制御部材から出射された光は、光拡散部材により拡散され、被照射部材（例えば液晶パネル）を面状に照らす。

図１は、従来の光束制御部材の構成を示す図である。図１Ａは、裏側から見た斜視図であり、図１Ｂは、裏側から見た断面斜視図であり、図１Ｃは、断面図である。なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、従来の光束制御部材２０は、発光素子から出射された光を入射する入射面２２と、入射面２２から入射した光を外部に出射する出射面２４とを有する。入射面２２は、発光素子に対して凹形状の面であり、発光素子の発光面と対向するように形成されている。

図２は、光束制御部材２０の光路図である。図２Ａは、出射角３０°の光線の光路図であり、図２Ｂは、出射角４０°の光線の光路図であり、図２Ｃは、出射角５０°の光線の光路図である。ここで「出射角」とは、発光素子１０の光軸ＬＡに対する光線の角度（図２Ａのθ）を意味する。なお、これらの図でも、裏側に設けられた脚部を省略している。

図２に示されるように、発光素子１０から出射された光は、入射面２２から光束制御部材２０内に入射する。光束制御部材２０内に入射した光は、出射面２４に到達し、出射面２４から外部に出射される（実線の矢印）。このとき、出射面２４の形状により光が屈折するため、光の進行方向が制御される。その一方で、出射面２４に到達した光の一部は、出射面２４で反射し（フレネル反射）、発光素子１０が実装されている基板と対向する裏面２６に到達する（破線の矢印）。裏面２６に到達した光が裏面２６で反射した場合、光束制御部材２０の直上に向かう光が過剰になってしまうため、輝度ムラが生じてしまう。また、裏面２６に到達した光が裏面２６から出射された場合、光が基板に吸収されてしまうため、光の損失が大きい。

このように、出射面２４で反射した光が、光束制御部材２０の直上に向かう光になったり、基板に吸収されたりすることは好ましくない。そこで、特許文献１では、このような問題を解決できる光束制御部材が提案されている。

図３は、特許文献１に記載の光束制御部材の構成を示す図である。図３Ａは、裏側から見た斜視図であり、図３Ｂは、裏側から見た断面斜視図であり、図３Ｃは、断面図である。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、特許文献１に記載の光束制御部材３０では、裏面２６に円環状の傾斜面３２が形成されている。傾斜面３２は、光束制御部材３０の中心軸ＣＡに対して回転対称（円対称）であり、かつ中心軸ＣＡに対して所定の角度（例えば４５°）で傾いている。

図４は、光束制御部材３０の光路図である。図４Ａは、出射角３０°の光線の光路図であり、図４Ｂは、出射角４０°の光線の光路図であり、図４Ｃは、出射角５０°の光線の光路図である。なお、これらの図でも、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、光束制御部材３０では、出射面２４で反射した光は、傾斜面３２に到達する。そして、傾斜面３２に到達した光の一部は、傾斜面３２で反射して、側方方向へ向かう光となる（図４Ａ，Ｂ参照）。

このように、特許文献１に記載の光束制御部材３０では、出射面２４で反射した光が、光束制御部材３０の直上に向かう光になったり、基板に吸収されたりしにくい。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材３０を有する発光装置は、従来の光束制御部材２０を有する発光装置に比べて、効率よくかつ均一に光を照射することができる。

特開２００９−４３６２８号公報

特許文献１に記載の光束制御部材３０を使用する場合であっても、図４Ｃに示されるように、出射角が大きい光線については、傾斜面３２の角度によって、出射面２４で反射した光のうち傾斜面３２を通過して光束制御部材３０直下の基板に到達する光が生じてしまうおそれがある。このように光束制御部材３０直下の基板に到達した光は、基板表面で反射されて光束制御部材３０の直上に向かう光になったり、基板に吸収されたりする。省エネルギーの観点からは、このように傾斜面３２を通過する光の量をできるだけ低減させることが好ましい。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、輝度ムラの発生を抑制しつつ、出射面で反射した光をより効率よく利用することができる光束制御部材を提供することを目的とする。

また、この光束制御部材を有する発光装置、この発光装置を有する面光源装置、およびこの面光源装置を有する表示装置を提供することも目的とする。

本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、その中心軸と交わるように裏側に形成された、発光素子から出射された光を入射する入射面と、前記中心軸と交わるように表側に形成された、前記入射面から入射した光を外部に出射する出射面と、前記中心軸を取り囲むように裏側に形成された、断面略三角形状の複数の凸条と、を有し、前記複数の凸条は、それぞれ、第１反射面、第２反射面、および前記第１反射面と前記第２反射面との交線である稜線を有しており、前記複数の凸条は、前記中心軸に対して回転対称となるように配置されており、前記稜線を含む仮想直線は、前記稜線よりも表側の位置で前記中心軸と交わる、構成を採る。

本発明の発光装置は、発光素子と、本発明の光束制御部材とを有し、前記光束制御部材は、前記中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている、構成を採る。

本発明の面光源装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する、構成を採る。

本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材とを有する、構成を採る。

本発明の光束制御部材を有する発光装置は、従来の光束制御部材を有する発光装置に比べて、効率よくかつ均一に光を照射することができる。したがって、本発明の面光源装置および表示装置は、従来の装置に比べて光利用効率が高くかつ輝度ムラが少ない。

図１Ａ〜Ｃは、従来の光束制御部材の構成を示す図である。 図２Ａ〜Ｃは、図１に示される光束制御部材の光路図である。 図３Ａ〜Ｃは、特許文献１に記載の光束制御部材の構成を示す図である。 図４Ａ〜Ｃは、図３に示される光束制御部材の光路図である。 図５Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す図である。 図６Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 図６Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図８Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図９Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 稜線の方向を説明するための実施の形態１に係る光束制御部材の断面図である。 図１１Ａ〜Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材の光路図である。 光束制御部材直下の基板表面における照度分布を示すグラフである。 光束制御部材の直下領域における平均照度を示すグラフである。 光束制御部材の直下領域の入射光束を示すグラフである。 図１５Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の変形例を示す底面図である。 図１６Ａ，Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１７Ａ〜Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１８Ａ，Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の変形例を示す図である。 図１９Ａ，Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の変形例を示す図である。 実施の形態３に係る光束制御部材の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の面光源装置の代表例として、液晶表示装置のバックライトなどに適する面光源装置について説明する。これらの面光源装置は、面光源装置からの光を照射される被照射部材（例えば液晶パネル）と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。

［実施の形態１］
（面光源装置および発光装置の構成）
図５〜７は、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す図である。図５Ａは、平面図であり、図５Ｂは、正面図である。図６Ａは、図５Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図６Ｂは、図５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。図７は、図６Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。

図５，６に示されるように、実施の形態１に係る面光源装置１００は、筐体１１０、複数の発光装置２００および光拡散部材１２０を有する。複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上にマトリックス状に配置されている。底板１１２の内面は、拡散反射面として機能する。また、筐体１１０の天板１１４には、開口部が設けられている。光拡散部材１２０は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、特に限定されないが、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍである。

図７に示されるように、複数の発光装置２００は、それぞれ基板２１０上に固定されている。複数の基板２１０は、それぞれ筐体１１０の底板１１２上の所定の位置に固定されている。複数の発光装置２００は、それぞれ発光素子２２０および光束制御部材３００を有している。

発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に実装されている。発光素子２２０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

光束制御部材３００は、発光素子２２０から出射された光の配光を制御する拡散レンズであり、基板２１０上に固定されている。光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＬＡに一致するように、発光素子２２０の上に配置されている（図１０参照）。なお、後述する光束制御部材３００の入射面３２０および出射面３３０はいずれも回転対称（円対称）であり、かつこれらの回転軸は一致する。この入射面３２０および出射面３３０の回転軸を「光束制御部材の中心軸ＣＡ」という。また、「発光素子の光軸ＬＡ」とは、発光素子２２０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。発光素子２２０が実装された基板２１０と光束制御部材３００の裏面３４０との間には、発光素子２２０から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている。

光束制御部材３００は、一体成形により形成されている。光束制御部材３００の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材３００の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。

本実施の形態に係る面光源装置１００は、光束制御部材３００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材３００については、別途詳細に説明する。

光拡散部材１２０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置２００からの出射光を拡散させつつ透過させる。通常、光拡散部材１２０は、液晶パネルなどの被照射部材とほぼ同じ大きさである。たとえば、光拡散部材１２０は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、光拡散部材１２０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散部材１２０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

本実施の形態に係る面光源装置１００では、各発光素子２２０から出射された光は、光束制御部材３００により光拡散部材１２０の広範囲を照らすように拡げられる。各光束制御部材３００から出射された光は、さらに光拡散部材１２０により拡散される。その結果、本実施の形態に係る面光源装置１００は、面状の被照射部材（例えば液晶パネル）を均一に照らすことができる。

（光束制御部材の構成）
図８および図９は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の構成を示す図である。図８Ａは、裏側から見た斜視図であり、図８Ｂは、裏側から見た断面斜視図である。図９Ａは、平面図であり、図９Ｂは、正面図であり、図９Ｃは、底面図であり、図９Ｄは、図９Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。なお、図８Ａおよび図８Ｂでは、裏側に設けられた脚部３７０を省略している。

図８および図９に示されるように、光束制御部材３００は、凹部３１０、入射面３２０、出射面３３０、裏面３４０、反射部３５０、鍔部３６０および複数の脚部３７０を有する。

凹部３１０は、光束制御部材３００の裏側（発光素子２２０側）の中央部に形成されている。凹部３１０の内面は、入射面３２０として機能する。入射面３２０は、発光素子２２０から出射された光の大部分を、その進行方向を制御しつつ光束制御部材３００の内部に入射させる。入射面３２０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸として回転対称（円対称）である。

出射面３３０は、光束制御部材３００の表側（光拡散部材１２０側）に、鍔部３６０から突出するように形成されている。出射面３３０は、光束制御部材３００内に入射した光を、進行方向を制御しつつ外部に出射させる。出射面３３０は、中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸として回転対称（円対称）である。

出射面３３０は、中心軸ＣＡを中心とする所定範囲に位置する第１出射面３３０ａと、第１出射面３３０ａの周囲に連続して形成される第２出射面３３０ｂと、第２出射面３３０ｂと鍔部３６０とを接続する第３出射面３３０ｃとを有する（図９Ｄ参照）。第１出射面３３０ａは、裏側（発光素子２２０側）に凸の滑らかな曲面である。第１出射面３３０ａの形状は、球面の一部を切り取ったような凹形状である。第２出射面３３０ｂは、第１出射面３３０ａの周囲に位置する、表側（光拡散部材１２０側）に凸の滑らかな曲面である。第２出射面３３０ｂの形状は、円環状の凸形状である。第３出射面３３０ｃは、第２出射面３３０ｂの周囲に位置する曲面である。図９Ｄに示される断面において、第３出射面３３０ｃの断面は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。

裏面３４０は、裏側に位置し、凹部３１０の開口縁部から径方向に延在する平面である。裏面３４０は、発光素子２２０から出射された光のうち、入射面３２０から入射しなかった光を、光束制御部材３００内に入射させる。

反射部３５０は、光束制御部材３００の裏側（発光素子２２０側）に凹部３１０の開口部を取り囲むように円環状に配置されている。反射部３５０には、複数の凸条３５２が形成されている。複数の凸条３５２は、それぞれ後述する稜線３５２ｃに垂直な断面が略三角形状であり、かつ中心軸ＣＡに対して回転対称（凸条３５２の数をｎとしたときｎ回対称）となるように形成されている。各凸条３５２は、平面状の第１反射面３５２ａと、平面状の第２反射面３５２ｂと、第１反射面３５２ａと第２反射面３５２ｂとの交線である稜線３５２ｃとを有しており、全反射プリズムのように機能する。図１０に示されるように、稜線３５２ｃを含む仮想直線は、稜線３５２ｃよりも表側（光拡散部材１２０側）の位置で中心軸ＣＡと交わる。すなわち、各凸条３５２は、裏側（発光素子２２０側）よりも表側（光拡散部材１２０側）の方が中心軸ＣＡに近づくように、中心軸ＣＡに対し所定の角度（例えば４５°）で傾いている。

別の視点で反射部３５０について改めて説明する。裏面３４０には、中心軸ＣＡを中心とする円環状の溝が形成されている。中心軸ＣＡを含む断面におけるこの円環状の溝の断面形状は、略Ｖ字状である。Ｖ字を形成する２つの面のうち内側の面は、発光素子２２０の光軸ＬＡと略平行であるのに対し、外側の面は、発光素子２２０の光軸ＬＡに対し所定の角度（例えば４５°）で傾いている。この外側の傾斜面に、複数の凸条３５２（全反射プリズム）が形成されている。

反射部３５０は、出射面３３０で反射し、裏面３４０に向かう光を側方方向（中心軸ＣＡに対して径方向外側）に反射させる。このとき、反射部３５０に到達した光は、いずれかの凸条３５２の２つの面（第１反射面３５２ａおよび第２反射面３５２ｂ）で順次反射して、側方方向に向かう光となる。反射部３５０で反射した光は、例えば鍔部３６０から出射される。

反射部３５０の位置は特に限定されないが、出射面３３０で反射した光が多く到達する領域に複数の凸条３５２が形成されていることが好ましい。出射面３３０で反射した光の到達位置は、出射面３３０の形状など様々な要因により変化するが、図９Ｄに示される本実施の形態に係る光束制御部材３００では、入射面３２０から入射して出射面３３０でフレネル反射した光の大部分は、裏面３４０内でも円環状の所定の領域に到達する（図１１参照）。後述する基板２１０上の裏面３４０に対向する領域における照度分布のシミュレーションで使用した光束制御部材２０（裏面の外径１５.５ｍｍ）では、中心軸ＣＡから５〜６ｍｍの領域で最も高い照度値が得られる（図１２参照）。この領域は、入射面２２から入射して出射面２４でフレネル反射した光が集中して到達し易い位置であると推察される。したがって、この光束制御部材２０では、少なくとも中心軸ＣＡから５〜６ｍｍの領域には、複数の凸条３５２を形成することが好ましい。

鍔部３６０は、出射面３３０の外周部と裏面３４０の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。鍔部３６０の形状は、略円環状である。鍔部３６０は、必須の構成要素ではないが、鍔部３６０を設けることで、光束制御部材３００の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部３６０の厚みは、特に限定されず、出射面３３０の必要面積や鍔部３６０の成形性などを考慮して決定される。

複数の脚部３７０は、裏面３４０から突出している略円柱状の部材である。複数の脚部３７０は、発光素子２２０に対して適切な位置に光束制御部材３００を支持する。

図１１は、光束制御部材３００の光路図である。図１１Ａは、出射角３０°の光線の光路図であり、図１１Ｂは、出射角４０°の光線の光路図であり、図１１Ｃは、出射角５０°の光線の光路図である。なお、これらの図では、脚部３７０を省略している。これらの図に示されるように、光束制御部材３００では、出射面３３０で反射した光は、反射部３５０に到達する。そして、反射部３５０に到達した光は、凸条３５２の第１反射面３５２ａおよび第２反射面３５２ｂで順次反射して、側方方向へ向かう光となる。

特許文献１に記載の光束制御部材３０のように、裏面２６に傾斜面３２を設けると、出射面３３０におけるフレネル反射光の大部分を側方方向へ向かう光に方向変換できるため、光利用効率を高めることができる。しかしながら、出射角が大きい光線では、出射面３３０におけるフレネル反射光のうち傾斜面３２を通過して光束制御部材３０直下の基板に到達してしまう光が存在し（図４Ｄ参照）、更なる改良の余地がある。本実施の形態に係る光束制御部材３００では、傾斜面に凸条３５２（全反射プリズム）を設けているため、出射角が大きい光線の出射面３３０でのフレネル反射光も側方方向へ反射させることができる（図１１Ｄ参照）。したがって、本実施の形態に係る光束制御部材３００では、より多くの出射面３３０で反射した光が側方方向へ向かう光となるため、出射面３３０で反射した光が基板２１０で反射されたり、基板２１０に吸収されたりする光の損失を抑制することができる。

（光束制御部材の直下領域における照度分布のシミュレーション）
図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００について、光束制御部材３００の直下領域における照度分布をシミュレーションした。また、比較のため、図１に示される従来の光束制御部材２０および図３に示される特許文献１に記載の光束制御部材３０についても、照度分布をシミュレーションした。

今回のシミュレーションでは、図７に示されるように基板２１０の上に発光素子２２０および光束制御部材３００（２０，３０）を配置した場合の、基板２１０表面における照度分布を調べた。なお、基板２１０表面に到達した光は、反射されずに吸収されるように設定した。シミュレーションに用いた３つの光束制御部材３００，２０，３０は、裏側に傾斜面３２または反射部３５０を有するかどうかのみで相違する。光束制御部材３００，２０，３０のパラメーターを以下のように設定した。
（共通のパラメーター）
・出射面の外径： １４.７７８ｍｍ
・裏面の外径： １５.５ｍｍ
・凹部の開口径： ３.５３ｍｍ
・基板表面から裏面までの高さ： １.１ｍｍ
・基板表面から出射面の最高点までの高さ： ５.８６７ｍｍ
（光束制御部材３０のみのパラメーター）
・傾斜面の外径： ６.０５７ｍｍ
・傾斜面の角度： 光軸に対して４５°
（光束制御部材３００のみのパラメーター）
・反射部の外径： ６.０５７ｍｍ
・稜線の角度： 光軸に対して４５°

図１２は、光束制御部材直下の基板表面における照度分布を示すグラフである。横軸は、光束制御部材の中心軸を通る直線上における光束制御部材の中心軸からの距離（ｍｍ）を示している。縦軸は、各点における照度（ｌｘ）を示している。傾斜面を有しない光束制御部材２０の結果を細い破線で示し、複数の凸条は有しないが傾斜面を有する光束制御部材３０の結果を細い実線で示し、複数の凸条を有する光束制御部材３００の結果を太い実線で示す。このグラフに示されるように、各光束制御部材の間で、中心軸から４.５〜６.５ｍｍの領域で照度に差が生じていた。すなわち、傾斜面を有する光束制御部材３０（図３参照）の方が、傾斜面を有しない光束制御部材２０（図１参照）よりも直下領域の照度が低かった。また、複数の凸条を有する光束制御部材３００（図８および図９参照）の方が、傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材３０（図３参照）よりも直下領域の照度がさらに低かった。

図１３は、光束制御部材の直下領域（直径１９ｍｍの円形の領域）における平均照度（ｌｘ）を示すグラフである。傾斜面を有しない光束制御部材２０を「Ａ」、複数の凸条は有しないが傾斜面を有する光束制御部材３０を「Ｂ」、複数の凸条を有する光束制御部材３００を「Ｃ」として横軸に示す。このグラフからも、複数の凸条を有する光束制御部材３００（図８および図９参照）の方が、傾斜面を有しない光束制御部材２０（図１参照）および傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材３０（図３参照）よりも直下領域の照度が低いことがわかる。

図１４は、光束制御部材の直下領域（直径１９ｍｍの円形の領域）の入射光束（ｌｍ）を示すグラフである。このグラフでも、傾斜面を有しない光束制御部材２０を「Ａ」、複数の凸条は有しないが傾斜面を有する光束制御部材３０を「Ｂ」、複数の凸条を有する光束制御部材３００を「Ｃ」として横軸に示す。なお、発光素子からの出射光束量は、１ｌｍである。このグラフからも、複数の凸条を有する光束制御部材３００（図８および図９参照）の方が、傾斜面を有しない光束制御部材２０（図１参照）および傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材３０（図３参照）よりも直下領域に到達する光束量が少ないことがわかる。

以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材３００では、出射面３３０で反射した光が光束制御部材３００の直上に向かう光になったり、基板２１０に吸収されたりしにくい。したがって、本実施の形態に係る発光装置２００は、従来の光束制御部材を有する発光装置に比べて、効率よくかつ均一に光を照射することができる。

なお、本実施の形態では、裏面３４０が平面である光束制御部材３００について説明したが、裏面３４０の一部または全部が光散乱面であってもよい。たとえば、図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、裏面３４０の一部が光散乱面３４２（ハッチングにより描かれている領域）であってもよい。図１５Ａに示される例では、脚部３７０の内側の領域が粗面化されている。図１５Ｂに示される例では、反射部３５０の内側の領域が粗面化されている。このように裏面３４０の一部または全部を光散乱面とすることで、裏面３４０から入射した光が意図しない方向に集まって輝度ムラを発生させることを抑制することができる。

上記効果を得るためには、裏面３４０の中でも、発光素子２２０からの光が直接到達しうる領域を光散乱面とすることが好ましい。当該領域の大きさは、発光素子２２０と裏面３４０との間隔や発光素子２２０の大きさ、凹部３１０の開口部の大きさなどにより変わる。したがって、これらのパラメーターに応じて、光散乱面とする領域を適宜設定すればよい。

［実施の形態２］
（面光源装置および発光装置の構成）
実施の形態２に係る面光源装置および発光装置は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の代わりに実施の形態２に係る光束制御部材４００を有する点において、図５〜７に示される実施の形態１の面光源装置１００および発光装置２００と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態２に係る光束制御部材４００についてのみ説明する。

（光束制御部材の構成）
図１６および図１７は、実施の形態２に係る光束制御部材４００の構成を示す図である。図１６Ａは、裏側から見た斜視図であり、図１６Ｂは、裏側から見た断面斜視図である。図１７Ａは、平面図であり、図１７Ｂは、正面図であり、図１７Ｃは、底面図であり、図１７Ｄは、図１７Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。なお、図１６Ａおよび図１６Ｂでは、裏側に設けられた脚部３７０を省略している。

図１６および図１７に示されるように、光束制御部材４００は、凹部３１０、入射面３２０、出射面３３０、第１裏面４４０ａ、第２裏面４４０ｂ、反射部４５０、鍔部３６０および複数の脚部３７０を有する。図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２に係る光束制御部材４００では、反射部４５０は、凹部３１０の開口部よりも下側（基板２１０側）に形成されている。このため、光束制御部材４００の裏側には、凹部３１０の開口縁部と反射部４５０の上端部との間に延在する平面である第１裏面４４０ａと、反射部４５０の下端部から径方向に延在する平面である第２裏面４４０ｂとが形成されている。第１裏面４４０ａは、発光素子２２０から出射された光のうち、入射面３２０から入射しなかった光を、光束制御部材４００内に入射させる。

（効果）
実施の形態２に係る光束制御部材４００は、実施の形態１に係る光束制御部材３００と同様の効果を有する。実施の形態１に係る光束制御部材３００では、入射面３２０から発光素子２２０の光軸ＬＡに対して大きな角度で入射した光が、反射部３５０に到達し、反射部３５０により意図しない方向に反射されるおそれがある。これに対し、実施の形態２に係る光束制御部材４００では、反射部４５０が凹部３１０の開口部よりも下側に形成されているため、このような意図しない反射は生じない。

なお、本実施の形態に係る光束制御部材４００では、反射部４５０の各パラメーター（例えば、第１反射面３５２ａと第２反射面３５２ｂの大きさおよび傾き、稜線３５２ｃの長さおよび傾き）を調整することで、出射面３３０からの反射光を受け止める領域の広さを制御することができる。たとえば、図１８Ａおよび図１８Ｂに示されるように、第２裏面４４０ｂの面積を小さくしたり、反射部４５０における稜線３５２ｃの間隔を広くしたりしてもよい。また、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、第２裏面４４０ｂを無くして反射部４５０の面積を大きくしてもよい。なお、これらの図では、裏側に設けられた脚部３７０を省略している。

また、各実施の形態に係る光束制御部材３００，４００において、稜線３５２ｃは、２つの反射面３５２ａ，ｂが交わってできる稜角を面取りして形成されていてもよい。

さらに、実施の形態２に係る光束制御部材４００のように、凹部３１０の開口部よりも下側（基板２１０側）に反射部４５０が形成されている態様では、光束制御部材４００の取り扱い性や成形性を考慮した上で、鍔部３６０を薄く形成した分、出射面３３０の面積を広げることで、より高効率に光束を制御することも可能である。

［実施の形態３］
（面光源装置および発光装置の構成）
実施の形態３に係る面光源装置および発光装置は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の代わりに実施の形態３に係る光束制御部材５００を有する点において、図５〜７に示される実施の形態１の面光源装置１００および発光装置２００と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態３に係る光束制御部材５００についてのみ説明する。

（光束制御部材の構成）
図２０は、実施の形態３に係る光束制御部材５００の断面図である。

図２０に示されるように、光束制御部材５００は、凹部３１０、入射面３２０、出射面３３０、裏面３４０、反射部３５０、鍔部５６０および複数の脚部３７０を有する。図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

実施の形態３に係る光束制御部材５００では、光束制御部材５００の中心軸ＣＡ方向における鍔部５６０の厚みが薄く形成されている。上述したように、鍔部５６０の厚みは、特に限定されず、出射面３３０の必要面積や鍔部５６０の成形性などを考慮して決定される。実施の形態１，２に係る光束制御部材３００，４００では、凹部３１０の開口部近傍から光束制御部材３００，４００内に入射した光の一部は、鍔部３６０に直接到達する。鍔部３６０は光の配光を制御することを目的としていないため、鍔部３６０に光が直接到達することは好ましくない。そこで、本実施の形態に係る光束制御部材５００では、より多くの凹部３１０の開口部近傍から入射した光が出射面３３０に直接到達できるようにしている。本実施の形態では、鍔部５６０は、中心軸ＣＡを含む断面において、凹部３１０の開口縁部Ｐ１および反射部３５０（円環状の溝）の最深部Ｐ２を通る直線（図２０に示される破線）よりも下側（裏面３４０側）に形成されている。これにより、実施の形態３に係る光束制御部材５００の出射面３３０は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の出射面３３０より大きく形成され、より多くの光を制御して出射させることができる。

（光束制御部材の直下領域における光束量のシミュレーション）
図２０に示される実施の形態３に係る光束制御部材５００（以下「光束制御部材（ｆ）」ともいう）について、光束制御部材５００の直下領域における光束量をシミュレーションした。また、比較のため、図１に示される従来の光束制御部材２０（以下「光束制御部材（ａ）」ともいう）、図３に示される特許文献１に記載の光束制御部材３０（以下「光束制御部材（ｂ）」ともいう）、図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００（以下「光束制御部材（ｃ）」ともいう）、従来の光束制御部材２０（光束制御部材（ａ））において、凹部の開口部近傍から入射した光が出射面２４に直接到達できるように鍔部を薄くした光束制御部材（ｄ）、特許文献１に記載の光束制御部材３０（光束制御部材（ｂ））において、凹部の開口部近傍から入射した光が出射面２４に直接到達できるように鍔部を薄くした光束制御部材（ｅ）についても、各光束制御部材の直下領域における光束量をシミュレーションした。光束制御部材（ｂ）〜（ｆ）を用いた場合の直下領域における光束量は、図１に示される従来の光束制御部材２０（光束制御部材（ａ））を用いた場合の直下領域における光束量を１００％とし、その光束量に対する値として算出した。

本シミュレーションでは、図７に示されるように、基板２１０の上に発光素子２２０および各光束制御部材（ａ）〜（ｆ）を配置した場合の、基板２１０表面への光束量を調べた。光束制御部材（ａ）〜（ｆ）の各パラメーターは、鍔部の厚みを除き、実施の形態１において行ったシミュレーションと同じである。光束制御部材（ａ），（ｂ），（ｃ）の中心軸ＣＡ方向における鍔部の厚みは、いずれも２．３５ｍｍであり、光束制御部材（ｄ），（ｅ），（ｆ）の中心軸ＣＡ方向における鍔部の厚みは、いずれも１．７ｍｍである。シミュレーションに用いた光束制御部材、鍔部の厚み、基板２１０への光束量に対する相対値を表１に示した。

表１に示されるように、鍔部の厚みが薄く（１．７ｍｍ）、凹部の開口部近傍から入射した光も出射面に直接到達することができる光束制御部材（ｄ）〜（ｆ）では、鍔部の厚みが厚く（２．３５ｍｍ）、凹部の開口部近傍から入射した光の一部が鍔部に直接到達してしまう光束制御部材（ａ）〜（ｃ）よりも、直下領域における光束量が少ないことがわかる。また、傾斜面および複数の凸条３５２を有し、かつ鍔部５６０の厚みが薄い本実施の形態に係る光束制御部材（ｆ）では、傾斜面を有しない光束制御部材（ａ），（ｄ）、傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材（ｂ），（ｅ）および傾斜面および複数の凸条３５２を有し、鍔部３６０の厚みが厚い光束制御部材３００（ｃ）よりも直下領域における光束量が少ないことがわかる。このことから、本実施の形態に係る光束制御部材（ｆ）は、より多くの光の配光を制御できることがわかる。

（効果）
実施の形態３に係る光束制御部材５００は、実施の形態１の光束制御部材３００と同様の効果を有する。また、実施の形態３に係る光束制御部材５００では、鍔部５６０を薄く形成することで、出射面３３０の設計の自由度が高くなる。さらに、実施の形態３に係る光束制御部材５００は、出射面３３０が広いため、より多くの光の配光を制御することができる。

なお、鍔部５６０に代えて、要求される出射方向へ光の進行方向を制御することができる出射面３３０を形成しようとする場合、光束制御部材の径が大きくなることも想定される。このような場合には、光束制御部材の形状と出射される光とのバランスを考慮して、光束制御部材を適宜設計すればよい。

本発明の光束制御部材、発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。

１０ 発光素子
２０，３０ 光束制御部材
２２ 入射面
２４ 出射面
２６ 裏面
３２ 傾斜面
１００ 面光源装置
１１０ 筐体
１１２ 底板
１１４ 天板
１２０ 光拡散部材
２００ 発光装置
２１０ 基板
２２０ 発光素子
３００，４００，５００ 光束制御部材
３１０ 凹部
３２０ 入射面
３３０ 出射面
３４０ 裏面
３４２ 光散乱面
３５０，４５０ 反射部
３５２ 凸条
３５２ａ 第１反射面
３５２ｂ 第２反射面
３５２ｃ 稜線
３６０，５６０ 鍔部
３７０ 脚部
４４０ａ 第１裏面
４４０ｂ 第２裏面
Ｐ１ 凹部の開口縁部
Ｐ２ 反射部の最深部

Claims (4)

1. 発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
   その中心軸と交わるように裏側に形成された凹部の内面であり、発光素子から出射された光を入射する入射面と、
   前記中心軸と交わるように表側に形成された、前記入射面から入射した光を外部に出射する出射面と、
   前記中心軸を取り囲むように裏側に形成された、断面略三角形状の複数の凸条と、
   前記中心軸を取り囲むように前記出射面の外周部より径方向外側に形成された鍔部と、
   を有し、
   前記複数の凸条は、それぞれ、第１反射面、第２反射面、および前記第１反射面と前記第２反射面との交線である稜線を有しており、
   前記複数の凸条は、前記中心軸に対して回転対称となるように配置されており、
   前記稜線を含む仮想直線は、前記稜線よりも表側の位置で前記中心軸と交わり、
   前記鍔部は、前記中心軸を含む断面において、前記凹部の開口縁部および前記複数の凸条の表側端部を通る直線よりも裏側に形成されている、
   光束制御部材。
2. 発光素子と、請求項１に記載の光束制御部材とを有し、
   前記光束制御部材は、前記中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている、
   発光装置。
3. 請求項２に記載の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する、面光源装置。
4. 請求項３に記載の面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材とを有する、表示装置。

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