JP6130164B2 - 面光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源装置および表示装置に関する。

近年、導光板を使用しない中空構造のエッジライト方式の面光源装置（照明装置）の光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）が使用されるようになってきた。このような面光源装置では、ＬＥＤから出射された光の配光を制御するために、ＬＥＤと光束制御部材（レンズ）とを組み合わせて使用することがある（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１に記載の面光源装置１０の構成を示す断面図である。図１に示されるように、面光源装置１０は、中空のユニットケース１１と、ユニットケース１１内の互いに対向する２つの側面上に一列に配置されたＬＥＤ光源ユニット１２と、ＬＥＤ光源ユニット１２から出射された光の配光を制御する集光レンズ１３と、ユニットケース１１内の底面側に配置された反射部材１４と、ユニットケース１１内の天面側に配置された発光面部材１５とを有する。反射部材１４は、ユニットケース１１の前記対向する側面間の中央に位置する稜線から前記側面に向けて傾斜する傾斜面を有している。

ＬＥＤ光源ユニット１２から出射された光は、集光レンズ１３により配光を制御される。集光レンズ１３から出射された光は、反射部材１４で拡散反射された後、発光面部材１５を透過して外部に出射される。特許文献１に記載の面光源装置１０では、反射部材１４の表面粗さＲａを１μｍ超とすることで、発光領域における輝度分布の均一化を図っている。

特開２００９−９９２７１号公報

特許文献１に記載の面光源装置には、反射部材の形状が最適化されていないため、発光領域の中央部に高輝度の線状の領域（輝線）が形成されやすいという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、発光領域の中央部における輝線の形成を防止可能な面光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、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。

本発明の面光源装置は、底面、側面および天面に囲まれ、前記天面に発光領域が形成されるキャビティと、発光素子と前記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とを有し、前記キャビティ内の互いに対向する一対の側面上に、前記発光素子の光軸が前記一対の側面の一方から他方へ向かうように配列される複数の発光装置と、前記底面の一部または全部を形成する反射部材と、光拡散性および光透過性を有し、前記発光領域を形成する発光面部材と、を有し、
前記反射部材は、前記発光装置から出射された光を前記発光領域に向けて反射させるように前記キャビティ内部へ向かって突出し、前記一対の側面および前記天面に対して平行な稜線を有し、頂部が前記稜線を含む曲面で形成されており、
前記光軸から前記発光面部材側に向けて増加する、前記発光装置から出射された光線の前記光軸に対する出射角度をθとし、前記発光装置から出射角度θで出射され前記反射部材で１回正反射した光線が前記発光面部材に到達した位置と、前記発光面部材における前記発光領域の、前記発光装置に最も近い端部との距離をＬ１とし、前記発光装置から出射され前記反射部材に対する接線となる光線の前記光軸に対する出射角度をθ１としたときに、前記θ１を含む前記θ１以下の一定の範囲で、前記θの減少に伴ってΔＬ１／Δθが漸減し、
前記発光装置から出射角度θで出射された光線が前記発光面部材および前記反射部材で１回ずつ正反射した光線が前記発光面部材に再び到達した位置と、前記発光面部材における前記発光領域の、前記発光装置に最も近い端部との距離をＬ２とし、前記発光装置から出射され前記発光面部材で反射した後に前記反射部材の稜線に到達する光線の、前記光軸に対する出射角度をθ２としたときに、前記θ２を含む一定の範囲で、前記θの増加に伴ってＬ２が減少するとともにΔＬ２／Δθが漸増する、
構成を採る。

本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置の前記発光面部材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。

本発明の面光源装置は、発光面部材に光を均一に照射することができるため、発光領域の中央部における輝線の形成を防止することができる。また、従来の面光源装置に比べて輝度ムラを少なくすることができる。

図１は、特許文献１に記載の面光源装置の構成を示す断面図である。 図２Ａは、本発明における実施の形態の面光源装置の平面図であり、図２Ｂは、前記面光源装置の正面図である。 図３Ａは、図２Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図２Ａに示されるＣ−Ｃ線の部分拡大断面図である。 図４Ａは、実施の形態の光束制御部材の平面図であり、図４Ｂは、図４ＡにおいてＢ−Ｂ線で示される断面図であり、図４Ｃは、前記光束制御部材の底面図であり、図４Ｄは、図４ＡにおいてＤ−Ｄ線で示される断面図である。 図５Ａ，Ｂは、実施の形態の光束制御部材の斜視図である。 図６Ａは、実施の形態における発光装置から出射され、反射部材に到達する光線の光路を説明する図であり、図６Ｂは、実施の形態における発光装置から出射され、発光面部材に到達する光線の光路を説明する図である。 図７Ａは、第１の実施の形態の反射部材の横断面図であり、図７Ｂ〜Ｄは、比較のための反射部材の横断面図である。 図８Ａは、第１の実施の形態の反射部材を有する面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を示すグラフであり、図８Ｂは、前記面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を示すグラフである。 図９Ａは、第１の比較用の反射部材を有する面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を示すグラフであり、図９Ｂは、前記面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を示すグラフである。 図１０Ａは、第２の比較用の反射部材を有する面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を示すグラフであり、図１０Ｂは、前記面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を示すグラフである。 図１１Ａは、第３の比較用の反射部材を有する面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を示すグラフであり、図１１Ｂは、前記面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を示すグラフである。 図１２は、実施の形態の面光源装置の発光領域の照度（ｉｌｌｕｍｉｎａｎｃｅ）分布を示す図である。 図１３Ａは、第１の比較用の反射部材を有する面光源装置の発光領域の照度分布を示す図であり、図１３Ｂは、第２の比較用の反射部材を有する面光源装置の発光領域の照度分布を示す図であり、図１３Ｃは、第３の比較用の反射部材を有する面光源装置の発光領域の照度分布を示す図である。 図１４Ａは、第２の実施の形態の反射部材を有する面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を示すグラフであり、図１４Ｂは、前記面光源装置における、光線出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を示すグラフである。 図１５Ａは、第１の実施の形態の反射部材の横断面図であり、図１５Ｂは、第３の実施の形態の反射部材の横断面図であり、図１５Ｃは、第４の実施の形態の反射部材の横断面図である。 図１６は、第１，第３および第４の実施の形態の反射部材を有する面光源装置の接線光線到達距離Ｌｃ２を示すグラフである。 図１７Ａ，Ｂは、光線到達判定距離Ｌｓを説明する図である。 図１８Ａは、第１の実施の形態の反射部材を有する面光源装置の発光領域の照度分布を示す図であり、図１８Ｂは、第３の実施の形態の反射部材を有する面光源装置の発光領域の照度分布を示す図であり、図１８Ｃは、第４の実施の形態の反射部材を有する面光源装置の発光領域の照度分布を示す図である。 図１９Ａ〜Ｃは、本発明の面光源装置の変更例の構成を示す図である。 図２０Ａ〜Ｃは、本発明の面光源装置の他の変更例の構成を示す図である。 図２１Ａ，Ｂは、光調整部材の構成を示す図である。 図２２Ａ，Ｂは、本発明の面光源装置の他の変更例の構成を示す図である。 図２３Ａ，Ｂは、本発明の面光源装置の他の変更例の構成を示す図である。 図２４Ａ，Ｂは、光束制御部材の他の実施の形態の斜視図である。

以下、本発明の面光源装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の面光源装置は、液晶パネルなどの表示部材と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。

［面光源装置の構成］
図２，３は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置３００の構成を示す図である。図２Ａは、面光源装置３００の平面図であり、図２Ｂは、面光源装置３００の正面図である。図３Ａは、図２Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図２Ａに示されるＣ−Ｃ線の部分拡大断面図である。

図２，３に示されるように、面光源装置３００は、筐体３１０、２つの基板３２０、複数の発光装置２００、発光面部材３３０および反射部材３４０を有する。

筐体３１０は、その内部に基板３２０、複数の発光装置２００および反射部材３４０を収容するための、直方体状の箱である。筐体３１０は、天板３１１と、天板３１１と対向する底板３１２と、天板３１１および底板３１２を繋ぐ４つの側壁３１３〜３１６とから構成される。以下の説明では、対向する一対の側面３１３および３１５の底面３１２側の端辺同士を繋ぐ仮想の平面を「基底面」といい、側壁３１３〜３１６の内面を「側面」という。天板３１１には、発光領域となる長方形状の開口部が形成されている（図３Ｂ、図３Ｃ参照）。この開口部は、発光面部材３３０により塞がれる（図３Ｂ、図３Ｃ参照）。したがって、天板３１１および発光面部材３３０の内面を「天面」という。開口部の大きさは、発光面部材３３０に形成される発光領域の大きさであり、例えば４００ｍｍ×７００ｍｍである。基底面から前記開口部を塞ぐ発光面部材３３０の内面までの高さ（空間厚さ）は、例えば３５ｍｍである。また、本実施の形態において、「基底面」は、底板３１２の内面と同一である。そして、この基底面は、発光装置２００から出射された光を発光面部材３３０に向けて拡散反射させる拡散反射面３１２ａとして機能する。筐体３１０は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂や、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属などから構成される。

２つの基板３２０は、複数（例えば基板３２０一枚当たり９個）の発光装置２００を所定の間隔で配置するための矩形状の平板である。２つの基板３２０は、互いに対向する２つの側壁３１３，３１５にそれぞれ固定されている。基板３２０には、発光装置２００（光束制御部材１００）を位置決めするための複数の貫通孔または凹部が形成されている。

複数の発光装置２００は、それぞれ発光素子２１０および光束制御部材１００を有しており（図３Ｃ参照）、２枚の基板３２０のそれぞれの上に所定の間隔（例えば９０ｍｍ）で一列に配置されている。また、複数の発光装置２００は、それぞれ、発光素子２１０の光軸ＬＡが基底面に対して平行になるように配置されている。たとえば、複数の発光装置２００は、それぞれ、光軸ＬＡの基底面からの高さが１０ｍｍとなるように配置されている。

発光素子２１０は、面光源装置３００（および発光装置２００）の光源であり、基板３２０の上に固定されている。発光素子２１０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１００は、発光素子２１０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１００は、その中心軸ＣＡが発光素子２１０の光軸ＬＡに一致するように、発光素子２１０の上に配置されている。ここで「発光素子の光軸」とは、発光素子２１０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。

光束制御部材１００は、一体成形により形成される。光束制御部材１００の素材は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材１００の素材は、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。

図４，５は、光束制御部材１００の構成を示す図である。図４Ａは、光束制御部材１００の平面図である。図４Ｂは、図４ＡにおいてＢ−Ｂ線で示される断面図である。図４Ｃは、光束制御部材１００の底面図である。図４Ｄは、図４ＡにおいてＤ−Ｄ線で示される断面図である。図５Ａ，Ｂは、光束制御部材１００の斜視図である。なお、図５では、後述する図４中のボス（符号１６１，１６２）は省略されている。

図４，５に示されるように、光束制御部材１００は、入射面１１０、全反射面１２０、出射面１３０、フランジ１４０およびホルダ１６０を有する。以下の説明では、光束制御部材１００において、発光素子２１０に対向し、光を入射する側、すなわち筐体３１０の側面側を「裏側」という。また、光束制御部材１００において、発光素子２１０に対向せず、光を出射する側、すなわち反射部材３４０側（稜線３４０ａ側）を「表側」という。さらに、回転対称の全反射面１２０の中心軸を「光束制御部材１００の中心軸ＣＡ」と定義する。

入射面１１０は、光束制御部材１００の裏側（発光素子２１０側）に中心軸ＣＡと交わるように形成された凹部１１１の内面である（図４Ｂおよび図４Ｄ参照）。入射面１１０は、発光素子２１０から出射された光を光束制御部材１００内に入射させる。入射面１１０は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称面である。入射面１１０は、凹部１１１の天面を構成する内天面１１０ａと、凹部１１１の側面を構成するテーパー状の内側面１１０ｂとを含む。

全反射面１２０は、光束制御部材１００の底部の外縁から出射面１３０の外縁（より正確には、フランジ１４０の内縁）に延びる面である（図４Ｂおよび図４Ｄ参照）。全反射面１２０は、入射面１１０から入射した光の一部を出射面１３０（表側）に向けて反射させる。全反射面１２０は、中心軸ＣＡを取り囲むように形成された回転対称面である。全反射面１２０の直径は、入射面１１０側（裏側）から出射面１３０側（表側）に向けて漸増している。全反射面１２０を構成する母線（中心軸ＣＡを含む断面図における全反射面１２０）は、外側（中心軸ＣＡから離れる側）に凸の円弧状曲線である（図４Ｂおよび図４Ｄ参照）。

出射面１３０は、光束制御部材１００において入射面１１０の反対側（表側）に位置する面であり、中心軸ＣＡと交わるように形成されている。出射面１３０は、入射面１１０から入射した光の一部および全反射面１２０で反射した光を外部に出射する。出射面１３０は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称面である。出射面１３０と中心軸ＣＡとの交点は、裏側からの高さが最も高い点となっている（図４Ｂおよび図４Ｄ参照）。出射面１３０を構成する母線（中心軸ＣＡを含む断面図における出射面１３０）は、表側に凸の円弧状曲線である。

フランジ１４０は、全反射面１２０および出射面１３０の外縁から出射面１３０の径方向（中心軸ＣＡに直交する方向）に延在するように形成されている。入射面１１０、全反射面１２０および出射面１３０を含む光束制御部材本体は、フランジ１４０を介してホルダ１６０と接続されている（図４参照）。

ホルダ１６０は、略円筒形状の部材であり、ホルダ１６０の上端部がフランジ１４０に接続されている。ホルダ１６０は、入射面１１０、全反射面１２０および出射面１３０を含む光束制御部材本体を支持するとともに、発光素子２１０に対して光束制御部材本体を位置決めする。ホルダ１６０の下端部には、２種類のボス（凸部）１６１，１６２が形成されている。高さが高い２つのボス１６１は、基板３２０に設けられた貫通孔または凹部に嵌め込まれることで、光束制御部材本体を位置決めする。高さが低い４つのボス１６２は、基板３２０上に接着されることで、光束制御部材本体を位置決めする。

反射部材３４０は、発光装置２００から出射された光を前記開口部に向けて反射する部材である。反射部材３４０は、底板３１２から突出する、光反射性を有する部材である。底板３１２および反射部材３４０は、側面および天面とともに中空領域のキャビティを形成する。底板３１２および反射部材３４０のキャビティに面した内面は、「底面」となる。反射部材３４０は、対向する一対の側壁３１３，３１５の内面（側面）および天面に対して平行な稜線３４０ａを有する。反射部材３４０の頂部は、稜線３４０ａを含む曲面で形成されている。「稜線」とは、反射部材３４０の頂点の集合によって形成される線である。稜線３４０ａに対して垂直な反射部材３４０の断面形状は、例えば、底辺４００ｍｍ、高さ２０ｍｍの三角形の斜辺同士を、曲率半径５００ｍｍの円弧で結んだ形状である（図３Ｂ参照）。なお、発光装置２００から出射された光を有効に活用する観点から、稜線３４０ａの高さは、発光素子２１０の光軸ＬＡの高さよりも高いことが好ましい。また、反射部材３４０は、底板３１２と一体に形成されてもよい。あるいは、稜線を有する形状に底板３１２を形成し、その形状に沿わせて反射部材３４０を底面の全面に配置してもよい。

発光面部材３３０は、光拡散性と光透過性を有する板状の部材である。発光面部材３３０は、筐体３１０の天板３１１に形成された開口部を塞ぐように配置される。発光面部材３３０は、光束制御部材１００からの出射光、拡散反射面３１２ａからの反射光および反射部材３４０からの反射光を拡散させつつ透過させる。通常、発光面部材３３０は、液晶パネルなどとほぼ同じ大きさである。たとえば、発光面部材３３０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、発光面部材３３０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または発光面部材３３０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

［面光源装置の内部における光の進行］
本実施の形態の面光源装置３００では、各発光素子２１０から出射された光は、光束制御部材１００により各発光素子２１０の光軸ＬＡ方向に集光される（狭角配光化される）。光束制御部材１００は、主として反射部材３４０に向けて光を出射する。光束制御部材１００から出射された光の大部分は、反射部材３４０に直接到達し、反射部材３４０で反射されて、発光面部材３３０の内面に到達する。また、光束制御部材１００から出射された光の一部は、発光面部材３３０の内面や、底面などに到達する。光束制御部材１００から出射され、発光面部材３３０の内面に到達した光の一部は、発光面部材３３０を透過し、残部は、発光面部材３３０で反射して反射部材３４０に到達する。反射部材３４０に到達した光は、反射部材３４０で反射して、再び発光面部材３３０の内面に到達する。一方、光束制御部材１００から出射され、底面に到達した光は、底面で反射し、発光面部材３３０に到達する。各経路で発光面部材３３０の内面に到達した光は、発光面部材３３０によりさらに拡散されつつ発光面部材３３０を透過する。その結果、面光源装置３００では、発光領域（発光面部材３３０の外面）の明るさが均一化される（輝度ムラが小さい）。

側壁３１３側の発光装置２００を例に、発光装置２００から出射される光線の光路について図面を参照して説明する。図６Ａは、発光装置２００から出射され、反射部材３４０に直接到達する光線の光路を説明する図である。図６Ｂは、発光装置２００から出射され、発光面部材３３０に直接到達する光線の光路を説明する図である。

前述の通り、発光装置２００は、発光素子２１０の光軸ＬＡが基底面と平行になるように配列されている。このため、発光装置２００から出射された光線は、主として反射部材３４０に到達する。図６Ａに示されるように、発光装置２００から出射される光線（実線）の光軸ＬＡ（一点鎖線）に対する出射角度をθとする。出射角度θは、光軸ＬＡから発光面部材３３０側に向けて増加する。

発光装置２００から出射角度θで出射された光線（実線）は、反射部材３４０に到達してそこで１回正反射し、発光面部材３３０に到達する。前記光線の発光面部材３３０に到達した前記光線の到達位置と、発光面部材３３０における発光領域の、前記光線を出射した発光装置２００に最も近い端部との距離（光線到達距離）をＬ１とする。この光線到達距離Ｌ１は、例えば、前記光線を出射する発光装置２００側の天板３１１の開口縁から発光面部材３３０における前記光線の到達位置までの距離である（図６Ａ参照）。側壁３１３から天板３１１の縁までの距離は、助走距離であり、例えば３０ｍｍである。

出射角度θが大きくなると、発光装置２００から出射された光線は、反射部材３４０に対する接線となる。図６Ａに示されるように、このときの出射角度をθ１とする。

出射角度θがθ１よりも大きくなると、発光装置２００から出射された光線は、発光面部材３３０に直接到達する。図６Ｂに示されるように、さらに出射角度θを大きくすると、発光装置２００から出射された光線（実線）は、発光面部材３３０に到達し、そこで正反射して反射部材３４０に到達し、そこでさらに正反射して再び発光面部材３３０に到達する。このときの光線の発光面部材３３０における到達位置と、発光面部材３３０における発光領域の、前記光線を出射した発光装置２００に最も近い端部との距離（光線到達距離）をＬ２とする。この光線到達距離Ｌ２は、例えば、前記光線を出射する発光装置２００側の天板３１１の縁から天板３１１の開口縁から発光面部材３３０における前記光線の到達位置までの距離である（図６Ｂ参照）。また、図６Ｂに示されるように、発光装置２００から出射された光線が、発光面部材３３０に到達し、そこで反射して反射部材３４０の稜線３４０ａに到達するときの出射角度を、特にθ２とする。

本発明の面光源装置では、反射部材３４０の頂部が稜線３４０ａを含む曲面で形成されているため、以下の二点の発光特性が得られる。
１）θ１を含むθ１以下の一定の範囲で、θの減少に伴ってΔＬ１／Δθが漸減する。
２）θ２を含む一定の範囲で、θの増加に伴ってＬ２が減少するとともにΔＬ２／Δθが漸増する。

上記１）において、「θ１を含むθ１以下の一定の範囲」とは、θが「θ１−α≦θ≦θ１」を満たすことを意味する（αは任意の正数）。「θ１−α≦θ＜θ１」の場合、発光装置２００から出射された光線は、反射部材３４０の面のうち、反射部材３４０との接点よりも発光装置２００側の面に到達する（図６Ａにおける実線）。一方、「θ＝θ１」の場合、発光装置２００から出射された光線は、反射部材３４０との接点を通り発光面部材３３０に到達する（図６Ａにおける破線）。

また、上記２）において、「θ２を含む一定の範囲」とは、θが「θ２−β≦θ≦θ２＋γ」を満たすことを意味する（β，γは任意の正数）。「θ２＜θ≦θ２＋γ」の場合、発光装置２００から出射された光線は、反射部材３４０の面のうち、稜線３４０ａよりも発光装置２００側の面に到達する（図６Ｂにおける実線）。一方、「θ２−β≦θ＜θ２」の場合、発光装置２００から出射された光線は、反射部材３４０の面のうち、稜線３４０ａよりも奥側（側壁３１５側）の面に到達する。また、「θ＝θ２」の場合、発光装置２００から出射された光線は、反射部材３４０の稜線３４０ａに到達する（図６Ｂにおける破線）。

発光領域における輝線の発生は、発光面部材３３０の内面における照度の急激な変化によってもたらされる。たとえば、この後シミュレーションを用いて説明するように、反射部材による光線の反射角度が、出射角度θの増大に伴い急激に変化する場合、発光面部材３３０の内面における照度が不連続となり、発光領域において輝線が発生してしまう。

これに対し、本実施の形態の面光源装置３００では、反射部材３４０が稜線３４０ａを含む曲面を有することから、稜線３４０ａ近傍での光線の反射角度を連続して変化させることができる。このため、発光面部材３３０の内面における照度の急激な変化が抑制される。よって、本実施の形態の面光源装置３００では、発光領域に輝線が発生しにくい。

また、発光領域における輝度ムラをより防止する観点からは、発光装置２００から出射角度θ１で出射された光線が発光面部材３３０に到達した位置と、発光面部材３３０における発光領域の、光線を出射した発光装置２００に最も近い端部（天板３１１の開口縁）との距離は、一対の側壁３１３，３１５の内側面間方向における発光領域寸法の３／４よりも大きいことが好ましい。

以下、本発明の面光源装置における光線の進路について、シミュレーション結果を用いてさらに説明する。

本実施の形態の面光源装置３００の発光特性について、シミュレーションを行った。まず、光線の出射角度θとそのときの光線の到達距離Ｌを計算した。稜線に垂直な断面の反射部材３４０ｍの形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ２０ｍｍの三角形の頂角を、曲率半径５００ｍｍの円弧で連結した形状である（図７Ａ参照）。この反射部材３４０の稜線の高さは、１７．５０６ｍｍである。

また、比較のため、頂部が曲面で形成されていない反射部材８１０，８２０，８３０についても、同様のシミュレーションを行った。反射部材８１０，８２０，８３０は、それぞれ、断面形状が反射部材３４０と異なる。稜線に垂直な断面の反射部材８１０の形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ２０ｍｍの三角形である（図７Ｂ参照）。稜線に垂直な断面の反射部材８２０の形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ２０ｍｍの三角形の斜辺が、曲率半径１０１８ｍｍの凹状の曲線となっている略三角形である（図７Ｃ参照）。稜線に垂直な断面の反射部材８３０の形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ２０ｍｍの三角形の頂部が、高さ１５ｍｍで切り欠かれている台形である（図７Ｄ参照）。

図８〜図１１は、シミュレーション結果を示すグラフである。図８Ａは、反射部材３４０を有する本実施の形態の面光源装置３００における、光線の出射角度θがθ１以下であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を表すグラフであり、図８Ｂは、光線の出射角度θがθ２以上であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を表すグラフである。図９Ａは、反射部材８１０を有する比較用の面光源装置における、光線の出射角度θがθ１以下であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を表すグラフであり、図９Ｂは、光線の出射角度θがθ２以上であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を表すグラフである。図１０Ａは、反射部材８２０を有する比較用の面光源装置における、光線の出射角度θがθ１以下であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を表すグラフであり、図１０Ｂは、光線の出射角度θがθ２以上であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を表すグラフである。図１１Ａは、反射部材８３０を有する比較用の面光源装置における、光線の出射角度θがθ１以下であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ１との関係を表すグラフであり、図１１Ｂは、光線の出射角度θがθ２以上であるときの出射角度θと光線到達距離Ｌ２との関係を表すグラフである。なお、反射部材８３０を有する比較例の面光源装置（図７Ｄ参照）については、反射部材８３０の２つの稜線のうち、発光装置２００側の稜線に到達する光線の出射角度をθ２とした。

図８Ａに示されるように、本実施の形態の面光源装置３００では、出射角度θを０°から出射角度θ１（約１．１５°）まで増加させたときに、到達距離Ｌ１は連続して増加する。出射角度θが０°〜約０．８°の範囲では、出射角度θの増分（Δθ）に対する到達距離Ｌ１の増分（ΔＬ１）の割合（ΔＬ１／Δθ）は、ほぼ一定である。一方、θ１付近では、ΔＬ１／Δθは漸増している。出射角度θ１のときの光線は、反射部材３４０の接線となる。このときの光線到達距離（Ｌ）は、約６００ｍｍである。このように、ある角度θ（例えば約０．８°）からθ１までの範囲では、θの増加に伴ってΔＬ１／Δθが漸増する。すなわち面光源装置３００では、θ１を含むθ１以下の一定の範囲で、θの減少に伴ってΔＬ１／Δθが漸減する。

また、図８Ｂに示されるように、本実施の形態の面光源装置３００では、出射角度θをθ２（約６．４°）よりも小さな所定の角度から増加させたときに、光線到達距離Ｌ２は連続して減少する。出射角度θが約６°〜約８°の範囲では、ΔＬ２／Δθは漸増する。一方、出射角度θが約８°よりも大きい場合、ΔＬ２／Δθはほぼ一定である。このように、面光源装置３００では、θ２を含む一定の範囲で、θの増加に伴ってＬ２が減少するとともにΔＬ２／Δθが漸増する。

これらの結果から、面光源装置３００では、発光装置２００からの光の出射角度θが変化するとき、ΔＬ１／Δθおよび光線到達距離Ｌ１，Ｌ２が連続して変化することがわかる。このため、発光面部材３３０の内面における照度の急激な変化が抑制される。よって、本実施の形態の面光源装置３００では、発光領域に輝線が発生しにくい。

これに対して、図９Ａに示されるように、反射部材８１０を有する比較用の面光源装置では、出射角度θをθ１まで徐々に大きくしていったとき、ΔＬ１／Δθがほぼ一定の状態で到達距離Ｌ１が漸増する。そして、出射角度θがθ１になったとき、ΔＬ１／Δθおよび到達距離Ｌ１は、急激に大きくなる。このように、反射部材８１０を有する面光源装置では、ΔＬ１／Δθおよび光線到達距離Ｌ１は、不連続に変化する。このような光線の反射は、発光面部材の内面における照度の急激な変化を生じさせる。このような不連続な反射は、反射部材８２０を有する面光源装置および反射部材８３０を有する面光源装置でも見られる（図１０Ａ，図１１Ａ参照）。

また、光線到達距離Ｌ２についても、図９Ｂに示されるように、反射部材８１０を有する比較用の面光源装置では、出射角度θをθ２付近で大きくしたときに、光線到達距離Ｌ２は、急激に減少する。その後は、出射角度θをさらに大きくしていくと、ΔＬ２／Δθがほぼ一定の状態で到達距離Ｌ２が漸減する。このように、反射部材８１０を有する面光源装置では、ΔＬ２／Δθおよび光線到達距離Ｌ２は、不連続に変化する。このような光線の反射は、発光面部材の内面における照度の急激な変化を生じさせる。このような不連続な反射は、反射部材８２０を有する面光源装置および反射部材８３０を有する面光源装置でも見られる（図１０Ｂ，図１１Ｂ参照）。なお、図９Ｂおよび図１０Ｂにおいて、７００ｍｍを超える光線到達距離Ｌ２の点は、仮想の点を示している。

次に、本実施の形態の面光源装置３００の発光面部材３３０上における明るさの分布についてシミュレーションを行った。図２，３に示されるように、発光装置２００が互いに対向する２つの側壁３１３，３１５にそれぞれ９つずつ固定された面光源装置３００を用いて、発光面部材３３０から０．５ｍｍ離して配置された測定面の照度を測定した。測定面は、発光面部材３３０を透過した光によって照らされることを想定した仮想面である。シミュレーションによって得られる照度分布は、発光面部材３３０上の輝度分布と同等である。

図１２は、本実施の形態の面光源装置３００の照度分布（輝度分布）を示す図である。図１３Ａは、反射部材８１０を有する比較用の面光源装置の照度分布（輝度分布）を示す図である。図１３Ｂは、反射部材８２０を有する比較用の面光源装置の照度分布（輝度分布）を示す図である。図１３Ｃは、反射部材８３０を有する比較用の面光源装置の照度分布（輝度分布）を示す図である。

図１３Ａ，Ｂに示されるように、反射部材８１０を有する比較用の面光源装置および反射部材８２０を有する比較用の面光源装置では、発光領域の中央部に一本の輝線が形成されてしまう。また、図１３Ｃに示されるように、反射部材８３０を有する比較用の面光源装置では、発光領域の中央部に二本の輝線が形成されてしまう。これに対し、本実施の形態の面光源装置３００では、図１２に示されるように、発光面部材３３０の中央部に輝線が形成されることなく、比較用の面光源装置に比べて輝度ムラが少ない。

これらの結果から、本実施の形態の面光源装置３００は、発光領域における輝線の形成を防止できることがわかる。

さらに、反射部材３４０に対して稜線付近の曲面の曲率半径が異なる反射部材を有する本発明の面光源装置の照度分布（輝度分布）についても、シミュレーションを行った。この反射部材の、稜線に対して垂直な断面の形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ２０ｍｍの三角形の頂角を、曲率半径（Ｒ）１０００ｍｍの円弧で連結した形状である。

図１４は、シミュレーション結果を示すグラフである。図１４Ａは、Ｒ１０００ｍｍの反射部材を有する面光源装置における、光線の出射角度θがθ１以下のときの、出射角度θと光線の到達距離Ｌ１との関係を表すグラフであり、図１４Ｂは、光線の出射角度θがθ２以上のときの、出射角度θと光線の到達距離Ｌ２との関係を表すグラフである。

図１４Ａ，図１４Ｂに示されるように、Ｒ１０００ｍｍの反射部材を有する面光源装置でも、面光源装置３００と同様に、θ１を含むθ１以下の一定の範囲で、θの減少に伴ってΔＬ１／Δθが漸減する（図１４Ａ参照）。また、θ２を含む一定の範囲で、θの増加に伴ってＬ２が減少するとともにΔＬ２／Δθが漸増する（図１４Ｂ参照）。

これらの結果から、Ｒ１０００ｍｍの反射部材を有する面光源装置も、発光領域における輝線の形成を防止することができることがわかる。

さらに、反射部材３４０に対して稜線の高さが異なる反射部材９１０，９２０を有する本発明の面光源装置における光線の光路について、シミュレーションを行った。

稜線に対して垂直な反射部材９１０の断面の形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ３０ｍｍの三角形の頂角を、曲率半径５００ｍｍの円弧で連結した形状である（図１５Ｂ参照）。反射部材９１０の稜線の高さは、２４．４０６ｍｍである。稜線に対して垂直な反射部材９２０の断面形状は、底辺の長さ４００ｍｍ、高さ４０ｍｍの三角形の頂角を、曲率半径５００ｍｍの円弧で連結した形状である（図１５Ｃ参照）。反射部材９２０の稜線の高さは、３０．０９８ｍｍである。

シミュレーションの結果を図１６および表１に示す。図１６は、面光源装置３００、反射部材９１０を有する面光源装置および反射部材９２０を有する面光源装置の光線到達距離Ｌ１を示すグラフである。図１６中および表１の「光線到達判定距離（Ｌｓ）」は、光線を出射する発光装置２００が配置された一対の側壁３１３，３１５に対応する発光領域の端辺間寸法（Ｌ０）の３／４の距離を示す。本シミュレーションでは、側壁３１３から５７５ｍｍの位置である（図１７参照）。表１中の「光軸光線到達位置Ｌｃ１」は、発光装置２００から光軸ＬＡに沿って出射される光線が反射部材で反射されて発光面部材３３０に到達する位置と、発光装置２００側の天板３１１の開口縁との距離である。図１６中および表１の「接線光線到達距離Ｌｃ２」は、発光装置２００から出射され、反射部材に対して接線となる光線が発光面部材３３０に到達する位置と、発光装置２００側の天板３１１の開口縁との距離である。７００ｍｍを超える接線光線到達距離Ｌｃ２は仮想の点を示している。図１６中の横軸の「３４０」「９１０」「９２０」は、それぞれ「反射部材３４０」「反射部材９１０」「反射部材９２０」を意味する。

図１６および表１に示されるように、面光源装置３００では、接線光線到達距離Ｌｃ２は、光線到達判定距離Ｌｓを大きく上回っている。反射部材９１０を有する面光源装置では、接線光線到達距離Ｌｃ２は、光線到達判定距離Ｌｓを上回っている。反射部材９２０を有する面光源装置では、光線到達距離Ｌｃ２は、光線到達判定距離Ｌｓを下回っている。

さらに、反射部材９１０を有する面光源装置および反射部材９２０を有する面光源装置の照度分布について、シミュレーションを行った。図１８Ａは、面光源装置３００の照度分布を示す図である。図１８Ｂは、反射部材９１０を有する面光源装置の照度分布を示す図である。図１８Ｃは、反射部材９２０を有する面光源装置の照度分布を示す図である。なお、このシミュレーションで得られる照度も、発光面部材３３０から０．５ｍｍ離して配置された仮想の測定面の照度である。

図１８Ｂに示されるように、反射部材９１０を有する面光源装置では、発光面部材３３０の中央部には、均一な輝度を有する発光領域が形成される。一方、図１８Ｃに示されるように、反射部材９２０を有する面光源装置では、発光面部材３３０の中央部に二つの発光領域が形成されてしまう。これらの結果から、より輝度ムラを少なくする観点からは、接線光線到達距離Ｌｃ２が光線到達判定距離Ｌｓを超えることができるように、反射部材の稜線の高さを調整することが好ましいことがわかる。

［効果］
本実施の形態の面光源装置３００は、発光装置２００からの光線の出射角度θに対して、ΔＬ１／Δθ、ΔＬ２／Δθおよび光線到達距離Ｌ１，Ｌ２が連続して変化するため、発光領域における輝線の発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、底板３１２の内面の全領域が拡散反射面３１２ａである面光源装置について説明したが、図１９Ａ（断面図）に示されるように、底板３１２の内面のうち光束制御部材１００近傍の領域に正反射面３１２ｂを形成してもよい。

また、本実施の形態では、天板３１１の開口部を通過した光が発光面部材３３０に直接到達する面光源装置について説明したが、図１９Ｂ（断面図）に示されるように、発光面部材３３０の内面の上にプリズムシート３６０を配置してもよい。プリズムシート３６０には、断面三角形状の複数の凸条が、発光面部材３３０と対向し、かつ発光素子２１０の光軸ＬＡ方向に沿って形成されている。プリズムシート３６０の凸条は、全反射プリズムとして機能し、到達した光を底板３１２側に反射することで、光束制御部材１００から出射された光をより遠方に導く。

さらに、図１９Ｃ（断面図）に示されるように、正反射面３１２ｂおよびプリズムシート３６０を配置してもよい。

また、図２０Ａ（断面図）に示されるように、図１９Ｃに示される面光源装置において、プリズムシート３６０に代えて、光調整部材３８０を配置してもよい。

図２１は、光調整部材３８０の構成を示す図である。図２１Ａは、光調整部材３８０の平面図であり、図２１Ｂは、変更例の光調整部材３８０ａの平面図である。

図２１Ａに示されるように、光調整部材３８０は、到達した光を拡散反射および通過させる板状の部材である。光調整部材３８０は、発光面部材３３０やプリズムシート３６０などとほぼ同じ大きさであり、複数の貫通孔３８２を有する。光調整部材３８０の素材は、特に限定されないが、反射率９８％程度、光透過率１％程度、光吸収率１％程度の素材を用いることが好ましい。たとえば、光調整部材３８０の素材は、炭酸ガスを用いて発泡させたポリエチレンテレフタレート樹脂である。また、光調整部材３８０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、またはガラスで成形された透過性の板状部材の表面に、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）の微粒子をエマルジョン化したものを塗布して形成してもよい。この場合、板状部材の光透過率や光の反射率は、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものの塗布量によって調整することができる。

貫通孔３８２は、光調整部材３８０の全領域に形成されている。貫通孔３８２の大きさは、発光素子２１０近傍では小さく、発光素子２１０から離れるにつれて大きい。これにより、図２１Ａに示される光調整部材３８０は、長軸方向について、通過する光量を調整する機能を有する。図２１Ａに示される例では、貫通孔３８２の大きさは、光調整部材３８０の短軸方向において一定である。

一方、面光源装置が複数の発光装置２００を有する場合、図２１Ｂに示されるように、光調整部材３８０ａの短軸方向においても貫通孔３８２の大きさを変化させてもよい。図２１Ｂに示される例では、光調整部材３８０ａの短軸方向においても、貫通孔３８２の大きさは、発光素子２１０近傍では小さく、発光素子２１０から離れるにつれて大きい。なお、図２１Ｂでは、１辺に４つの発光素子２１０（矢印で示す）を配置した場合の例を示している。図２１Ｂに示される光調整部材３８０ａは、長軸方向だけでなく短軸方向についても、通過する光量を調整する機能を有する。

このように、図２０Ａに示される面光源装置では、発光素子２１０からの距離に応じて光の透過量を調整する光調整部材３８０により、発光領域（発光面部材３３０の外面）の明るさがより均一化される（輝度ムラが小さい）。

また、図２０Ｂ（断面図）に示されるように、図１９Ｂに示される面光源装置において、発光面部材３３０とプリズムシート３６０との間に光調整部材３８０を配置してもよい。すなわち、プリズムシート３６０、光調整部材３８０および発光面部材３３０は、この順番で底板３１２側から配置されていてもよい。これにより、プリズムシート３６０の再帰反射効果および光調整部材３８０による透過光量の調整効果の両方を得ることができ、発光領域（発光面部材３３０の外面）の明るさがさらに均一化される（輝度ムラが小さい）。さらに、図２０Ｃ（断面図）に示されるように、図２０Ｂに示される面光源装置において、底板３１２の内面のうち光束制御部材１００近傍の領域に正反射面３１２ｂを形成してもよい。

また、図２２Ａ，Ｂ（断面図）に示されるように、図２０Ｂ，Ｃの面光源装置において、発光面部材３３０と光調整部材３８０とが離間していてもよい。発光面部材３３０と光調整部材３８０との間隔は、特に限定されず、面光源装置の厚みなどを考慮して調整すればよい。さらに、図２２Ａ，Ｂに示される面光源装置において、光調整部材３８０およびプリズムシート３６０の位置を交換していてもよい（いずれも図示省略）。このように、光調整部材３８０を発光面部材３３０から離して配置することにより、発光面部材３３０の外側から貫通孔３８２の外形が見えるのを防止することができる。

また、図２３Ａ（断面図）に示されるように、光調整部材３８０のみを下段に配置し、プリズムシート３６０を発光面部材３３０とともに上段に配置してもよい。また、図２３Ｂ（断面図）に示されるように、図２３Ａに示される面光源装置において、底板３１２の内面のうち光束制御部材１００近傍の領域に正反射面３１２ｂを形成してもよい。このように光調整部材３８０を発光面部材３３０から離して配置することにより、発光面部材３３０の外側から貫通孔３８２の外形が見えるのを防止することができる。さらに、図２３Ａ，Ｂに示される面光源装置において、光調整部材３８０およびプリズムシート３６０の位置を交換していてもよい（いずれも図示省略）。

さらに、光束制御部材１００の形状は、特に限定されず、他の形態であってもよい。たとえば図２４に示されるように、光束制御部材として、ホルダ１６０を有さない光束制御部材を用いてもよい。

本発明の面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや面照明装置などに有用である。

１０，３００ 面光源装置
１１ ユニットケース
１２ ＬＥＤ光源ユニット
１３ 集光レンズ
１４ 反射部材
１５，３３０ 発光面部材
１００ 光束制御部材
１１０ 入射面
１１０ａ 内天面
１１０ｂ 内側面
１１１ 凹部
１２０ 全反射面
１３０ 出射面
１４０ フランジ
１６０ ホルダ
１６１，１６２ ボス
２００ 発光装置
２１０ 発光素子
３１０ 筐体
３１１ 天板
３１２ 底板
３１２ａ 拡散反射面
３１２ｂ 正反射面
３１３〜３１６ 側壁
３２０ 基板
３４０，８１０，８２０，８３０，９１０，９２０ 反射部材
３４０ａ 稜線
３６０ プリズムシート
３８０，３８０ａ 光調整部材
３８２ 貫通孔
ＣＡ 光束制御部材の中心軸
ＬＡ 発光素子の光軸

Claims (4)

1. 底面、側面および天面に囲まれ、前記天面に発光領域が形成されるキャビティと、
   発光素子と前記発光素子から出射された光の配光を狭角配光化するように制御する光束制御部材とを有し、前記キャビティ内の互いに対向する一対の側面上に、前記発光素子の光軸が前記一対の側面の一方から他方へ向かうように配列される複数の発光装置と、
   前記底面の一部または全部を形成する反射部材と、
   光拡散性および光透過性を有し、前記発光領域を形成する発光面部材と、
   を有し、
   前記反射部材は、前記発光装置から出射された光を前記発光領域に向けて反射させるように前記キャビティ内部へ向かって突出し、前記一対の側面および前記天面に対して平行な稜線を有し、頂部が前記稜線を含む曲面で形成されており、
   前記光軸から前記発光面部材側に向けて増加する、前記発光装置から出射された光線の前記光軸に対する出射角度をθとし、
   前記発光装置から出射角度θで出射され前記反射部材で１回正反射した光線が前記発光面部材に到達した位置と、前記発光面部材における前記発光領域の、前記発光装置に最も近い端部との距離をＬ１とし、
   前記発光装置から出射され前記反射部材に対する接線となる光線の前記光軸に対する出射角度をθ１としたときに、
   前記θ１を含む前記θ１以下の一定の範囲で、前記θの減少に伴ってΔＬ１／Δθが漸減し、
   前記発光装置から出射角度θで出射された光線が前記発光面部材および前記反射部材で１回ずつ正反射した光線が前記発光面部材に再び到達した位置と、前記発光面部材における前記発光領域の、前記発光装置に最も近い端部との距離をＬ２とし、
   前記発光装置から出射され前記発光面部材で反射した後に前記反射部材の稜線に到達する光線の、前記光軸に対する出射角度をθ２としたときに、
   前記θ２を含む一定の範囲で、前記θの増加に伴ってＬ２が減少するとともにΔＬ２／Δθが漸増し、
   前記発光装置から出射角度θ１で出射された光線が前記発光面部材に到達した位置と、前記発光面部材における前記発光領域の、前記発光装置に最も近い端部との距離が、前記一対の側面間方向における前記発光領域寸法の３／４よりも大きい、
   面光源装置。
2. 対向する前記一対の側面の底面側端辺同士を繋ぐ基底面からの前記稜線の高さが、前記光軸の前記基底面からの高さよりも高い、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記光束制御部材は、
   中心軸と、
   前記側面側に向けて配置され、前記中心軸と交わるように形成された、前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、
   前記中心軸を取り囲み、かつ前記筐体の側面側から前記反射部材側に向かって漸次直径が拡大するように形成された、前記入射面から入射した光の一部を前記反射部材側に向けて反射させる全反射面と、
   前記稜線側に向けて配置され、前記中心軸と交わるように形成された、前記入射面から入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を前記反射部材に向けて出射させる出射面と、
   を有し、
   前記中心軸が前記光軸に合致するように、前記入射面と前記側面との間に前記発光素子が配置される、
   請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 請求項１〜３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発光面部材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。