JP6506999B2 - 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、光束制御部材、当該光束制御部材を有する発光装置、面光源装置および表示装置に関する。

液晶表示装置や看板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ている。このような面光源装置では、発光素子の上に、発光素子からの出射光の配光を制御するための光束制御部材が配置されている（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の断面図である。図１に示されるように、面光源装置１０は、発光装置２０と、空気層を介して発光装置２０上に配置された光拡散部材３０とを有する。また、発光装置２０は、発光素子４０と、発光素子４０の上に配置されたレンズ（光束制御部材）５０とを有する。レンズ５０は、発光素子４０側に配置された入射面５１と、入射面５１を取り囲むように配置され、入射面５１で入射した光を反射させる反射面５２と、入射面５１で入射した光および入射面５１で入射し反射面５２で反射した光を出射させる出射面５３とを有する集光レンズである。また、特許文献１に記載の面光源装置１０では、入射面５１、反射面５２または出射面５３は、光拡散処理されている。発光素子４０から出射した光の一部は、入射面５１で入射した後、反射面５２で反射して出射面５３から外部に出射される。また、発光素子４０から出射した光の他の一部は、入射面５１で入射した後、反射面５２で反射されることなく、そのまま出射面５３から外部に出射される。特許文献１に記載の面光源装置１０のレンズ５０は、入射面５１、反射面５２または出射面５３のいずれかを光拡散処理することで、光拡散部材３０における色ムラの発生を防止している。

特開２００７−００５２１８号公報

特許文献１に記載の面光源装置１０では、レンズ５０の入射面５１、反射面５２または出射面５３が光拡散処理されている。ここで、光拡散処理されていない状態で所望の配光特性となるレンズ５０において、入射面５１、反射面５２または出射面５３を光拡散処理した場合、光拡散処理した面において光が散乱するため、所望の配光特性を実現することができない。なお、特許文献１に記載のレンズ５０は、いわゆる集光レンズであるが、発光素子４０から出射された光を滑らかに拡げるいわゆる拡散レンズについても同様の問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、光学面を光拡散処理することなく、出射光の色ムラの発生を抑制することができる光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、この光束制御部材を有する発光素子、面光源装置および表示装置を提供することでもある。

本発明に係る光束制御部材は、発光素子から出射される光の光軸と、その中心軸とが一致するように配置され、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であって、前記中心軸と交わるように前記発光素子側に配置された第１凹部の内面であり、前記発光素子から出射された光が入射する入射面と、前記中心軸と交わるように前記入射面と反対側に配置され、前記入射面で入射した光を外部に出射させる出射面と、を有し、前記出射面は、前記中心軸と交わるように配置された第２凹部の内面である第１出射面と、前記第１出射面を取り囲むように配置された凸曲面である第２出射面と、を含み、前記第２出射面は、前記中心軸を中心として同心円状に配置された、前記中心軸に沿う方向に突出する円環状の凸部を複数有し、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に垂直な方向における前記凸部のピッチは、一定である。

本発明に係る発光装置は、発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有する。

本発明に係る面光源装置は、本発明に係る発光装置と、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。

本発明の表示装置は、本発明に係る面光源装置と、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。

本発明に係る光束制御部材によれば、色ムラの発生を抑制しつつ所望の配光を実現することができる。したがって、本発明によれば、輝度ムラおよび色ムラが少ない面光源装置および表示装置を提供することができる。

図１は、特許文献１に記載の面光源装置の断面図である。 図２Ａ、Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図である。 図３Ａ、Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 図４は、図３Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図５Ａ〜Ｅは、実施の形態に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図６Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材の断面形状を示すグラフであり、図６Ｂは、図６Ａに示される光束制御部材の断面形状の測定結果から比較例に係る光束制御部材の断面形状の測定結果を引いたグラフである。 図７Ａ、Ｂは、図６Ａの一部を拡大した部分拡大図である。 図８Ａ、Ｂは、図６Ａの一部を拡大した部分拡大図である。 図９Ａ〜Ｆは、光束制御部材Ａ〜Ｆの出射面の写真である。 図１０Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材Ａの断面形状を示すグラフであり、図１０Ｂは、光束制御部材Ａの断面形状の測定結果から比較例に係る光束制御部材Ｅの断面形状の測定結果を引いたグラフである。 図１１Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材Ｂの断面形状を示すグラフであり、図１１Ｂは、光束制御部材Ｂの断面形状の測定結果から比較例に係る光束制御部材Ｅの断面形状の測定結果を引いたグラフである。 図１２Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材Ｃの断面形状を示すグラフであり、図１２Ｂは、光束制御部材Ｃの断面形状の測定結果から比較例に係る光束制御部材Ｅの断面形状の測定結果を引いたグラフである。 図１３Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材Ｄの断面形状を示すグラフであり、図１３Ｂは、光束制御部材Ｄの断面形状の測定結果から比較例に係る光束制御部材Ｅの断面形状の測定結果を引いたグラフである。 図１４Ａは、光束制御部材Ａを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフであり、図１４Ｂは、光束制御部材Ａを用いた場合の光拡散部材上の色度を示すグラフであり、図１４Ｃは、光束制御部材Ａを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフである。 図１５Ａは、光束制御部材Ｂを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフであり、図１５Ｂは、光束制御部材Ｂを用いた場合の光拡散部材上の色度を示すグラフであり、図１５Ｃは、光束制御部材Ｂを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフである。 図１６Ａは、光束制御部材Ｃを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフであり、図１６Ｂは、光束制御部材Ｃを用いた場合の光拡散部材上の色度を示すグラフであり、図１６Ｃは、光束制御部材Ｃを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフである。 図１７Ａは、光束制御部材Ｄを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフであり、図１７Ｂは、光束制御部材Ｄを用いた場合の光拡散部材上の色度を示すグラフであり、図１７Ｃは、光束制御部材Ｄを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフである。 図１８Ａは、光束制御部材Ｅを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフであり、図１８Ｂは、光束制御部材Ｅを用いた場合の光拡散部材上の色度を示すグラフであり、図１８Ｃは、光束制御部材Ｅを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフである。 図１９Ａは、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材の断面形状を示すグラフであり、図１９Ｂは、図１９Ａに示される光束制御部材の断面形状の設計値から比較例に係る光束制御部材Ｅの断面形状の設計値を引いたグラフである。 図２０Ａは、光束制御部材Ｆを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフであり、図２０Ｂは、光束制御部材Ｆを用いた場合の光拡散部材上の色度を示すグラフであり、図２０Ｃは、光束制御部材Ｆを用いた場合の光拡散部材上の輝度を示すグラフである。

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。ここでは、本発明に係る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。この面光源装置は、面光源装置からの光を照射される表示部材（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。

［面光源装置および発光装置の構成］
図２〜図４は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図２Ａは、面光源装置１００の平面図であり、図２Ｂは、側面図である。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線の断面図である。図４は、図３Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。

図２〜図４に示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００は、筐体１１０、基板１２０、複数の発光装置１３０および光拡散部材１６０を有する。基板１２０は、筐体１１０の底板上に配置されており、複数の発光装置１３０は、基板１２０上に一定の間隔で配置されている。筐体１１０の天板には、開口部が設けられている。光拡散部材１６０は、この開口部を塞ぐように、複数の発光装置１３０上に基板１２０と略平行に配置されており、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。

複数の発光装置１３０は、それぞれ基板１２０上に固定されている。複数の発光装置１３０は、それぞれ発光素子１３１および光束制御部材１４１を有している。

発光素子１３１は、面光源装置１００の光源である。発光素子１３１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１４１は、発光素子１３１から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１４１は、その中心軸ＣＡが発光素子１３１の光軸ＬＡに一致するように、発光素子１３１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１３１からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。発光装置１３０の光軸は、発光素子１３１の光軸ＬＡおよび光束制御部材１４１の中心軸ＣＡと一致する（図４参照）。基板１２０と光束制御部材１４１との間には、発光素子１３１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１４１は、一体成形により形成されている。光束制御部材１４１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１４１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。光束制御部材１４１の形状については、別途詳細に説明する。

光拡散部材１６０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置１３０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１６０の大きさは、液晶パネルなどの被照射部材の大きさとほぼ同じである。たとえば、光拡散部材１６０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１６０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１６０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

発光素子１３１から出射された光は、光束制御部材１４１により径方向（中心軸ＣＡから遠ざかる方向）に拡げられる。その効果は、発光素子１３１からの出射光束のうち中心軸ＣＡに対する角度が小さな光において顕著である。発光装置１３０から出射された光は、光拡散部材１６０に到達する。光拡散部材１６０に到達した光は、光拡散部材１６０を拡散しつつ透過する。

［光束制御部材の構成］
図５Ａ〜Ｅは、本実施の形態に係る光束制御部材１４１の構成を示す図である。図５Ａは、光束制御部材１４１の平面図であり、図５Ｂは、正面図であり、図５Ｃは、背面図であり、図５Ｄは、底面図であり、図５Ｅは、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図５Ａ〜Ｅに示されるように、光束制御部材１４１は、入射面１４２、裏面１４３、出射面１４４、鍔部１４５および複数の脚部１４６を有する。

入射面１４２は、光束制御部材１４１の下側の中央部に、中心軸ＣＡを交わるように発光素子１３１側に配置された第１凹部１４７の内面である。入射面１４２は、発光素子１３１から出射された光を、進行方向を制御しながら光束制御部材１４１の内部に入射させる。入射面１４２の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、入射面１４２の形状は、断面が半楕円状の非球面である。また、入射面１４２は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称面でもある。

裏面１４３は、光束制御部材１４１の下側（発光素子１３１側）に位置し、第１凹部１４７の開口縁部から径方向（中心軸ＣＡに垂直な方向）に延在する平面である。裏面１４３には、複数の脚部１４６が等間隔に配置されている。

出射面１４４は、入射面１４２で光束制御部材１４１の内部に入射した光を、その進行方向を制御しながら外部に出射する。出射面１４４は、中心軸ＣＡに交わるように発光素子１３１側に配置され、鍔部１４５よりも上側（光拡散部材１６０側）に向けて突出している。

出射面１４４は、光束制御部材１４１の中心軸ＣＡを中心とする所定範囲に位置する第１出射面１４８と、第１出射面１４８の周囲に連続して形成される第２出射面１４９とを有する（図５Ｅ参照）。

第１出射面１４８は、光束制御部材１４１の中心軸ＣＡ（発光素子１３１の光軸ＬＡ）と交わる位置に配置された、下側（発光素子１３１側）に凸の第２凹部の内面である。言い換えれば、第２凹部（第１出射面１４８）は、全体として凸曲面状に形成された光束制御部材１４１の出射面１４４の中心軸ＣＡ（発光素子１３１の光軸ＬＡ）と交わる位置に配置されている。なお、第１出射面１４８は、第１出射面１４８の中心軸から外縁部にかけての母線（中心軸ＣＡを含む断面における第１出射面１４８の形状）が下側（発光素子１３１側）に対して凹（上側（光拡散部材１６０側）に凸）の曲線となるように形成されていてもよい。

第２出射面１４９は、第１出射面１４８を取り囲むように位置する、全体として上側（光拡散部材１６０側）に凸の曲面（凸曲面）である。第２出射面１４９の形状は、全体として円環面の一部を切り取ったような凸形状である。詳細は後述するが、出射面１４４には、複数の微細な円環状の凸部１５０が形成されている（図７および図８参照）。なお、特に図示しないが、出射面１４４は、第２出射面１４９の周囲に第３出射面を有していてもよい。第３出射面は、中心軸ＣＡを含む断面において、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。

なお、第１出射面１４８が、第１出射面１４８の中心軸から外縁部にかけての母線が下側（発光素子１３１側）に対して凹（上側（光拡散部材１６０側）に凸）の曲線である場合、第１出射面１４８および第２出射面１４９の境界は、中心軸ＣＡに沿う方向において、第１出射面１４８と中心軸ＣＡとの交点と、出射面１４４の頂部との間の中点などであってもよい。

鍔部１４５は、出射面１４４の外周部と裏面１４３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１４５の形状は、略円環状である。鍔部１４５は、必ずしも必要ではないが、鍔部１４５を設けることで、光束制御部材１４１の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部１４５の厚みは、特に限定されず、出射面１４４の必要面積や鍔部１４５の成形性などを考慮して決定される。

複数の脚部１４６は、裏面１４３の外周部に、裏面１４３から下側（発光素子１３１側）に向かって突出している円柱状の部材である。複数の脚部１４６は、発光素子１３１に対して適切な位置に光束制御部材１４１を支持する。

発光素子１３１から出射した光は、入射面１４２で光束制御部材１４１内に入射する。このとき、入射面１４２の形状により、発光素子１３１からの光（特に光軸ＬＡ近傍の光）は、径方向（発光素子１３１の光軸ＬＡから遠ざかる方向）に向けて拡げられる。光束制御部材１４１内に入射した光は、出射面１４４で外部に出射する。このときも、出射面１４４の形状により、発光素子１３１からの光は、径方向（発光素子１３１の光軸ＬＡから遠ざかる方向）に向けてさらに拡げられる。結果として、発光装置１３０からは、広い角度範囲に滑らかに拡げられた光が出射される。

ここで、出射面１４４について詳細に説明する。図６〜図８は、出射面１４４を説明するためのグラフである。図６Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材１４１の中心軸ＣＡを含む断面形状の測定結果を示している。図６Ｂは、凸部１５０を有する、本実施の形態に係る光束制御部材１４１の光軸ＬＡを含む断面形状の測定結果（図６Ａ）から、凸部１５０を有しない、比較例の光束制御部材の光軸ＬＡを含む断面形状の測定結果を差し引いた結果を示している。図７Ａは、図６Ａにおける領域ａの部分拡大図であり、図７Ｂは、図６Ａにおける領域ｂの部分拡大図である。図８Ａは、図６Ａにおける領域ｃの部分拡大図であり、図８Ｂは、図６Ａにおける領域ｄの部分拡大図である。図６〜図８における横軸は、光束制御部材１４１の中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）を示しており、縦軸は、第１出射面１４８の中心に対する高さ（ｍｍ）を示している。なお、出射面１４４は、中心軸ＣＡ（光軸ＬＡ）を回転軸とする回転対称に形成されているため、図６〜図８では、中心軸ＣＡを含む断面の右半分のみについて示している。

前述したように、出射面１４４は、複数の微細な円環状の凸部１５０を有する。すなわち、２つの凸部１５０の間には円環状の凹部が形成される。これら凸部１５０と円環状の凹部とは滑らかに接続され、外観上では出射面１４４のうねり（波形）として認識される。複数の凸部１５０は、少なくとも第２出射面１４９に形成されている。本実施の形態では、複数の凸部１５０は、第１出射面１４８および第２出射面１４９の両方の全体に形成されている。うねりとして認識される微細な凸部１５０を形成されている出射面１４４では、凸部１５０を形成されていない出射面に比べて、光の出射方向が場所ごとにわずかに変えられる。このため、出射面１４４で色分離した光は、被照射面上で適度に混ざり合う。一方で、周期的に形成された複数の微細な凸部１５０は、光の出射方向を周期的に変えるものであり、散乱（微小範囲に到達した光があらゆる方向に分散される状態）とは異なるため、光束制御部材１４１の全体としての配光特性は、ほとんど変化しない。その結果、所望の配光特性を実現しつつ、色ムラの発生を抑制することができる。

第１出射面１４８および第２出射面１４９に配置された複数の微細な円環状の凸部１５０は、中心軸ＣＡを中心として同心円状に配置されている。また、第１出射面１４８および第２出射面１４９に配置された複数の凸部１５０は、中心軸ＣＡに沿う方向に突出している。図６Ｂ、図７および図８に示されるように、第１出射面１４８および第２出射面１４９を平面視したときにおける凸部１５０のピッチ（凸部１５０の頂点（稜線）間の間隔）は、第１出射面１４８の中央部分から第２出射面１４９の外周部まで一定である。すなわち、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡに垂直な方向における凸部１５０のピッチは、一定である。中心軸ＣＡに垂直な方向における凸部１５０のピッチは、特に限定されないが、０．１〜０．５ｍｍの範囲内であることが好ましい。凸部１５０のピッチが０．１ｍｍ未満の場合、１つの凸部１５０内における出射面の角度変化が大きくなりすぎるため、所望の配光を実現できないおそれがある。一方、凸部１５０のピッチが０．５ｍｍ超の場合、１つの凸部１５０内における出射面の角度変化が小さくなりすぎるため、色ムラの発生を十分に抑制できないおそれがある。このように、出射面１４４（第１出射面１４８および第２出射面１４９）に、中心軸ＣＡに垂直な方向に一定間隔で凸部１５０を形成することで、出射面１４４から出射する光の配光を連続的に変化させ、光拡散部材１６０上に色ムラの発生を抑制することができる。また、凸部１５０を中心軸ＣＡに沿う方向に突出させることにより、アンダーカット部が形成されることがなく、金型の製造が容易となる。

凸部１５０の高さは、特に限定されないが、０．０５ｍｍ以下であることが好ましい。凸部１５０の高さが０．０５ｍｍ超の場合、１つの凸部１５０内における出射面の角度変化が大きくなりすぎるため、所望の配光を実現できないおそれがある。なお、出射面１４４における径方向の位置において、凸部１５０の高さを中心軸ＣＡに近づくにしたがって漸減するように形成してもよい（後述の変形例参照）。すなわち、色ムラ発生の抑制に効果的な位置のみに凸部１５０が形成されていればよい。また、第１出射面１４８に凸部１５０を形成する場合は、光軸ＬＡ近傍の光を拡げる効果を弱めないようにするため、凸部１５０の頂部と中心軸ＣＡとが交わらないようにすることが好ましい。ここで、「凸部の高さ」とは、波形で形成されるうねりの振幅であって、中心軸ＣＡを含む断面において、隣接する２つの凸部１５０の頂点を結ぶ直線と、この２つの凸部１５０の間の凹部とその両側にある２つの凹部の谷底を結ぶ直線との距離（当該凸部の頂点を通る中心軸ＣＡに平行な方向の間隔）の半分に相当する長さを意味する。

［実験１］
実験１では、中心軸ＣＡを含む断面における凸部１５０の設計上のピッチおよび／または凸部１５０の高さの異なる４種類の光束制御部材１４１を観察し、各光束制御部材Ａ〜Ｅを用いた面光源装置１００において、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値および輝度分布について測定した。実験１では、それぞれ設計値において、ピッチが０．２８８ｍｍ、高さが０．０１５ｍｍの光束制御部材（以下、「光束制御部材Ａ」ともいう）と、ピッチが０．２８８ｍｍ、高さが０．０３０ｍｍの光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｂ」ともいう）と、ピッチが０．１９２ｍｍ、高さが０．０１５ｍｍの光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｃ」ともいう）と、ピッチが０．１９２ｍｍ、高さが０．０３０ｍｍの光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｄ」ともいう）とを使用した。さらに、比較のため凸部１５０を有さない（ピッチが０ｍｍ、高さが０ｍｍ）光束制御部材（以下、「光束制御部材Ｅ」ともいう）に対しても同様の測定を行った。

まず、光束制御部材Ａ〜Ｅの外観形状を観察した。また、第２出射面１４９にのみ凸部１５０を形成した光束制御部材を作製し、出射面を観察した。図９Ａは、光束制御部材Ａの出射面の写真であり、図９Ｂは、光束制御部材Ｂの出射面の写真であり、図９Ｃは、光束制御部材Ｃの出射面の写真であり、図９Ｄは、光束制御部材Ｄの出射面の写真であり、図９Ｅは、光束制御部材Ｅの出射面の写真であり、図９Ｆは、第２出射面１４９にのみ凸部１５０を形成した光束制御部材の出射面の写真である。これらの写真では、照明光が反射している部分（左下の部分）において、複数の凸部１５０を視認することができる。

図９Ａ〜Ｅに示されるように、作製した光束制御部材Ａ〜Ｅでは、出射面１４４に形成した凸部１５０が細い線となって観察された。また、図９Ｆに示されるように、破線を境界として、凸部１５０の有無を観察することができた。

ついで、中心軸ＣＡを含む断面において、光束制御部材Ａ変〜Ｅの出射面１４４の形状を測定した。図１０Ａは、光束制御部材Ａの出射面の中心軸ＣＡを含む断面形状の測定結果を示しており、図１０Ｂは、光束制御部材Ａと光束制御部材Ｅとの出射面の形状の差異を示している。図１１Ａは、光束制御部材Ｂの出射面の中心軸ＣＡを含む断面形状の測定結果を示しており、図１１Ｂは、光束制御部材Ｂと光束制御部材Ｅとの出射面の形状の差異を示している。図１２Ａは、光束制御部材Ｃの出射面の中心軸ＣＡを含む断面形状の測定結果を示しており、図１２Ｂは、光束制御部材Ｃと光束制御部材Ｅとの出射面の形状の差異を示している。図１３Ａは、光束制御部材Ｄの出射面の中心軸ＣＡを含む断面形状の測定結果を示しており、図１３Ｂは、光束制御部材Ｄと光束制御部材Ｅとの出射面の形状の差異を示している。図１０〜図１３に示されるように（光束制御部材Ｅは図示せず）、中心軸ＣＡを含む断面におけるピッチおよび高さの異なる５種類の光束制御部材Ａ〜Ｅを準備した。なお、これらの測定結果より、加工上の課題により設計値通りの高さが得られていないことがわかる。

図１４〜図１８は、光束制御部材の中心からの距離と、色度Ｙ値または輝度分布の測定結果とを示すグラフである。色度Ｙ値および輝度分布の測定は、１つの発光装置１３０のみを有する面光源装置１００を用いて行った。なお、測定に使用した面光源装置１００において、基板１２０と光拡散部材１６０との間隔は、２４ｍｍとした。

図１４Ａは、光束制御部材Ａを用いた場合の光拡散部材１６０上における輝度分布であり、図１４Ｂは、光束制御部材Ａの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値との関係を示すグラフであり、図１４Ｃは、光束制御部材Ａの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を示すグラフである。図１５Ａは、光束制御部材Ｂを用いた場合の光拡散部材１６０上における輝度分布であり、図１５Ｂは、光束制御部材Ｂの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値との関係を示すグラフであり、図１５Ｃは、光束制御部材Ｂの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を示すグラフである。図１６Ａは、光束制御部材Ｃを用いた場合の光拡散部材１６０上における輝度分布であり、図１６Ｂは、光束制御部材Ｃの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値との関係を示すグラフであり、図１６Ｃは、光束制御部材Ｃの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を示すグラフである。図１７Ａは、光束制御部材Ｄを用いた場合の光拡散部材１６０上における輝度分布であり、図１７Ｂは、光束制御部材Ｄの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値との関係を示すグラフであり、図１７Ｃは、光束制御部材Ｄの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を示すグラフである。図１８Ａは、光束制御部材Ｅを用いた場合の光拡散部材１６０上における輝度分布であり、図１８Ｂは、光束制御部材Ｅの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値との関係を示すグラフであり、図１８Ｃは、光束制御部材Ｅの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を示すグラフである。図１３〜図１７の横軸は、光拡散部材１６０上における光束制御部材１４１の中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）を示している。また、図１４Ｂ、図１５Ｂ、図１６Ｂ、図１７Ｂおよび図１８Ｂの縦軸は、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値を示している。図１４Ｃ、図１５Ｃ、図１６Ｃ、図１７Ｃおよび図１８Ｃの縦軸は、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示している。

図１４Ｂ、図１５Ｂ、図１６Ｂ、図１７Ｂおよび図１８Ｂの破線で囲まれた領域に示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材Ａ〜Ｄを使用した場合は、色のコントラストが弱くなり、色ムラが解消された。特に凸部１５０のピッチが短く設計されたものよりもピッチが長く設計されたもの（光束制御部材ＡおよびＢ）の方が、色のコントラストが顕著に弱くなり、色ムラが顕著に解消された。図１０Ｂ、図１１Ｂ、図１２Ｂおよび図１３Ｂに示される測定結果に照らして考察すると、凸部１５０の実際の高さが同一のもの同士で対比したピッチの効果を確認できていない。光束制御部材Ｂが光束制御部材Ｄよりも色ムラ解消効果を有しているのは、ピッチの差ではなく、実際の製品における凸部１５０の高さの違いが影響している可能性がある。しかしながら、本実施の形態に係る光束制御部材Ａ〜Ｄにおける凸部１５０の実際のピッチおよび高さであれば、いずれも色ムラの解消効果が確認された。なお、特に図示しないが、凸部１５０のピッチが短く、かつ高さが低い凸部１５０が第２出射面１４９にのみ形成されている光束制御部材でも、色のコントラストが弱くなり、色ムラが解消された。さらに、図１４〜図１７と図１８とを比較することでわかるように、本実施の形態に係る光束制御部材Ａ〜Ｄを使用した場合であっても、比較例の光束制御部材Ｅと同様の輝度分布であった。

［効果］
本実施の形態に係る光束制御部材１４１は、出射面１４４に中心軸ＣＡに垂直な方向へ一定ピッチで形成され、中心軸ＣＡに沿う方向に突出している、微細な円環状の凸部１５０が複数形成されているため、凸部１５０を有しない光束制御部材と同様に、発光素子１３１から出射された光を拡げつつ、出射方向を僅かに変えることにより、色ムラを解消することができる。また、本実施の形態に係る光束制御部材１４１は、アンダーカット部を有さないため、光束制御部材１４１を製造するための金型を容易に作製することができる。

一方、特許文献１に記載のレンズ５０（光束制御部材）において、出射面５３を光拡散処理した場合、出射面５３から出射される光は、散乱により全方向に向かって出射される。このとき、出射面５３から側方に向かう光は、光拡散部材３０までの距離が長いため、発光装置２０の光拡散部材３０における色ムラに及ぼす影響は少ない。一方、出射面５３から直上に向かう光は、光拡散部材３０までの距離が短いため、発光装置２０の光拡散部材３０における色ムラに大きな影響を与えてしまう。すなわち、特許文献１に記載のレンズ５０では、出射面５３を光拡散処理した場合であっても、発光装置２０の光拡散部材３０上において色ムラが生じてしまう。また、仮に出射面５３が本発明のように球面や非球面である場合、中心軸ＣＡに沿う方向にブラスト処理しても均一に光拡散処理することができない。

また、特許文献１に記載のレンズ５０において、入射面５１または反射面５２を光拡散処理した場合、アンダーカット部が形成されるため、レンズ５０を製造するための金型の構造が複雑になってしまう。

［変形例］
次に、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材について説明する。変形例に係る光束制御部材は、本実施の形態に係る光束制御部材１４１のうち、凸部の高さが中心軸ＣＡに近づくにしたがって減少するように形成されている点のみ異なる。そこで、本実施の形態に係る光束制御部材１４１と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる構成要素について説明する。

図１９は、変形例に係る光束制御部材の出射面の形状を説明するためのグラフである。図１９Ａは、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材の中心軸ＣＡを含む断面形状の設計値を示している。図１９Ｂは、凸部を有する、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材の光軸ＬＡを含む断面形状の設計値（図１９Ａ）から、凸部を有しない、比較例の光束制御部材Ｅの光軸ＬＡを含む断面形状の設計値を差し引いた結果を示している。図１９における横軸は、光束制御部材の中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）を示しており、縦軸は、第１出射面の中心に対する高さ（ｍｍ）を示している。なお、出射面は、中心軸ＣＡ（光軸ＬＡ）を回転軸とする回転対称に形成されているため、図１９Ａでは、中心軸ＣＡを含む断面の右半分のみについて示している。

変形例に係る光束制御部材の出射面は、第１出射面および第２出射面を有する。第１出射面および第２出射面は、複数の微細な円環状の凸部を有する。すなわち、２つの円環状の凸部の間には円環状の凹部が形成される。これら凸部と凹部とは滑らかに接続され、外観上では出射面のうねりとして認識される。中心軸ＣＡを含む断面における第１出射面の複数の凸部および第２出射面における複数の凸部の形状は、波形である。

各凸部の高さは、第２出射面の外縁部から中心軸ＣＡに向かうにつれて減少する。凸部の高さが減少する程度は、特に限定されない。凸部の高さは、均一に減少してもよいし、減少幅が徐々に大きくなるように減少してもよいし、減少幅が徐々に小さくなるように減少してもよい。また、凸部の高さの減少幅は、増加した後に減少してもよい。本実施の形態では、凸部の高さの減少幅は、第２出射面の外縁部側では小さく、中心軸に向かうにつれて、増加した後に再び減少するように変化する。ここで、減少幅とは、任意の凸部の高さと当該凸部の内側に隣接する凸部の高さとの差を意味する。なお、第１出射面の中心軸ＣＡと交わる位置においては、凸部の高さは、０であることが好ましい。すなわち、第１出射面と中心軸ＣＡとは、垂直に交わることが好ましい。

［実験２］
実験２では、凸部の高さが、第２出射面の外縁部から中心部に向かうにつれて減少する変形例に係る光束制御部材Ｆを用いた面光源装置において、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値および輝度分布について測定した。

図２０は、光束制御部材Ｆの中心からの距離と、色度Ｙ値または輝度分布の測定結果とを示すグラフである。色度Ｙ値および輝度分布の測定は、１つの発光装置のみを有する面光源装置を用いて行った。なお、測定に使用した面光源装置において、基板１２０と光拡散部材１６０との間隔は、２４ｍｍとした。なお、凸部の高さの減少幅は、第２出射面の外縁部側から中心軸に向かうにつれて増加した後に減少するように設計されている（図１９Ｂ参照）。

図２０Ａは、光束制御部材Ｆを用いた場合の光拡散部材１６０上における輝度分布であり、図２０Ｂは、光束制御部材Ｆの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値との関係を示すグラフであり、図２０Ｃは、光束制御部材Ｆの中心軸ＣＡからの距離（ｍｍ）と、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）との関係を示すグラフである。図２０Ｂの縦軸は、光拡散部材１６０上における色度Ｙ値を示している。また、図２０Ｃの縦軸は、光拡散部材１６０上における輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示している。

図２０Ｂの破線で囲まれた領域に示されるように、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材Ｆを使用した場合は、実施の形態に係る光束制御部材１４１よりも、色のコントラストが弱くなり、色ムラがさらに解消された。また、図１８と図２０を比較することでわかるように、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材Ｆを使用した場合であっても、比較例の光束制御部材Ｅと同様の輝度分布であった。

本発明に係る光束制御部材を有する面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや看板、一般照明などに適用することができる。

１０ 面光源装置
２０ 発光装置
３０ 光拡散部材
４０ 発光素子
５０ レンズ
５１ 入射面
５２ 反射面
５３ 出射面
１００ 面光源装置
１１０ 筐体
１２０ 基板
１３０ 発光装置
１３１ 発光素子
１４１ 光束制御部材
１４２ 入射面
１４３ 裏面
１４４ 出射面
１４５ 鍔部
１４６ 脚部
１４７ 第１凹部
１４８ 第１出射面
１４９ 第２出射面
１５０ 凸部
１６０ 光拡散部材
ＣＡ 光束制御部材の中心軸
ＬＡ 発光素子の光軸

Claims (9)

1. 発光素子から出射される光の光軸と、その中心軸とが一致するように配置され、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であって、
   前記中心軸と交わるように前記発光素子側に配置された第１凹部の内面であり、前記発光素子から出射された光が入射する入射面と、
   前記中心軸と交わるように前記入射面と反対側に配置され、前記入射面で入射した光を外部に出射させる出射面と、
   を有し、
   前記出射面は、
   前記中心軸と交わるように配置された第２凹部の内面である第１出射面と、
   前記第１出射面を取り囲むように配置された凸曲面である第２出射面と、
   を含み、
   前記第２出射面は、前記中心軸を中心として同心円状に配置された、前記中心軸に沿う方向に突出する円環状の凸部を複数有し、
   前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に垂直な方向における前記凸部のピッチは、一定である、
   光束制御部材。
2. 前記中心軸を含む断面において、
   前記中心軸に垂直な方向における前記凸部のピッチは、０．１〜０．５ｍｍの範囲内であり、
   前記凸部の高さは、０．０５ｍｍ以下である、
   請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記第１出射面は、前記中心軸を中心として同心円状に配置された、前記中心軸に沿う方向に突出する円環状の凸部を複数有し、
   前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に垂直な方向における前記第１出射面の凸部および前記第２出射面の凸部のピッチは、一定である、
   請求項１または請求項２記載の光束制御部材。
4. 前記中心軸を含む断面における前記第２出射面の凸部、または前記第１出射面の凸部および前記第２出射面の凸部の形状は、波形である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
5. 前記第２出射面の凸部、または前記第１出射面の凸部および前記第２出射面の凸部の高さは、前記第２出射面の外縁部から前記中心軸に向かうにつれて減少する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光束制御部材。
6. 前記第２出射面の凸部、または前記第１出射面の凸部および前記第２出射面の凸部のうちの、１つの凸部の高さと当該凸部の内側に隣接した凸部の高さとの差は、前記第２出射面の外縁部から前記中心軸に向かうにつれて、増加した後に減少する、請求項５に記載の光束制御部材。
7. 発光素子と、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の光束制御部材と、
   を有する、発光装置。
8. 請求項７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。
9. 請求項８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。