JP6793520B2 - 面光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状の光を発する面光源装置、およびこの面光源装置が表示パネルを照明することで、表示パネルに映像が表示される表示装置に関するものである。

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が列状に配置された光源である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。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、つまり、境界面に対する光線の入射角が大きくなるほど増加する。特に、照射領域の周辺での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で拡げられる方向に対して直交する方向へも拡げられることが望ましい。

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、面状の光の均一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、光源が主面に保持される保持基板と、シリンドリカル面を含みかつ保持基板の幅よりも広い幅を有し、光源を覆って保持基板の主面側に配置され、光源から出射する光の伝搬方向をシリンドリカル面が曲率を有する方向に拡げて配光を変更する配光制御素子と、反射面を含み、配光制御素子の裏面側に配置される反射部とを備える。そして、反射部の反射面は、配光制御素子の裏面から出射する光を受けることが可能に、かつ、シリンドリカル面が曲率を有する方向に対して直交する方向に、傾斜している。

本発明によれば、面状の光の均一性が向上する面光源装置の提供が可能である。本発明に係る面光源装置は、光出射面にて反射された光線をシリンドリカルレンズが光を拡げる方向とは直交する方向に配光することができる。それにより面状の光の均一性が向上する。

実施の形態における液晶表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態における面光源装置の光源周辺の構成を示す断面図である。 実施の形態における面光源装置が含む反射体と配光制御素子の平面配置を示す図である。 実施の形態における面光源装置が含む反射部を示す平面図である。 実施の形態における面光源装置が含む反射部の断面を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源周辺の構成を示す断面図である。 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。 実施の形態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。 実施の形態における面光源装置が含む反射部の断面を示す図である。

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表示装置の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、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。

本実施の形態では、各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、本実施の形態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。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。なお、本明細書において、正負の符号を付さずに軸方向を記載した場合、正の方向と負の方向との両方を含む。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。

（液晶表示装置）
図１は、本実施の形態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（図示せず）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、反射体５および反射部９を備える。反射体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。その反射体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は反射体５および保持基板８を保持して収納する部材である。反射体５は筐体１０の内壁に沿って配置される。筐体１０は、反射体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をさらに備える。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。反射部９は、図２に示すように配光制御素子６の裏面６３側、つまり配光制御素子６の−ｚ軸方向に配置される。

（保持基板）
本実施の形態では、保持基板８は、液晶パネル１の長手方向つまりｘ軸方向に長い。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を有し、本実施の形態において、その主面８１は保持基板８の表面である。また、その表面は、例えば実装面である。保持基板８は、例えば、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設置面８２である。その設置面８２とは保持基板８の−ｚ軸方向の面である。保持基板８の設置面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は、面光源装置２００が備える反射体５、光源７および配光制御素子の配置を示す平面図である。本実施の形態では、複数の光源７が列をなして離散的に配置されている。その配列方向は、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軸方向に沿って棒状の形状を有する光学素子である。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、配光を変更する機能を有する。本実施の形態では、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。なお、本実施の形態においては、保持基板８の主面８１は反射体５の底面５１に平行である。

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。

（拡散板）
図１に示すように、拡散板４は、反射体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、反射体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は反射体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。

（反射体）
図１に示すように、面光源装置２００は反射体５を備える。反射体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３は、面光源装置２００が備える反射体５の平面図である。なお図３は拡散板４の図示を省略している。反射体５は、図３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。つまり反射体５は５つの面を備える。図１に示すように、反射体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。本実施の形態において、反射体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、反射体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、反射体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は反射体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、反射体５及び拡散板４は、中空の容器形状を構成する。

反射体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とは反射体５の底面５１の面内に配置される。

また、本実施の形態の反射体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。

以下に反射体５の形状をｘｙｚ座標軸により説明する。図３に示す４つの側面５２のうち、反射体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、反射体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、反射体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、反射体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、反射体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。反射体５の反射体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に示すように反射体５は、その内側に反射面５４を有する。反射体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。反射体５の反射面５４は、例えば、拡散反射面であってもよい。反射体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。

（反射部）
反射部９は、図２に示すように、保持基板８の両側に、かつ、配光制御素子６の裏面６３側に配置される。また、本実施の形態の面光源装置２００は、保持基板８の主面８１と配光制御素子６とに挟持され、反射部９と一体の反射部材１１を備える。図４は、反射部９および反射部材１１の平面図である。なお、図４は、配光制御素子６の図示を省略している。面光源装置２００は、複数の光源７に対応して複数の反射部９を備え、各反射部９は、平面視において、光源７を中心に配光制御素子６の長手の方向に対して対称に配置される。つまり、各反射部９は各光源７の中心を通るｘ−ｚ平面に対して対称に配置される。

図５は、配光制御素子６の長手の方向における反射部９の断面図であり、面光源装置２００の光源７の周辺の図示を含む。反射部９は複数の反射面９０を含み、本実施の形態において、その複数の反射面９０は傾斜面９１および傾斜面９２である。図２に示すように、反射部９は配光制御素子６の裏面６３側に配置され、反射部９の反射面９０は、配光制御素子６の裏面６３に少なくとも一部が対向する。そして、図５に示すように、反射部９の傾斜面９１と傾斜面９２とは、つまり反射面９０はその配光制御素子６の裏面６３から出射する光を受けることが可能な方向を向いている。さらに、傾斜面９１と傾斜面９２とは、配光制御素子６が光源７から出射する光の伝搬方向を拡げる所定の方向とは異なる方向に傾斜している。つまり傾斜面９１および傾斜面９２は、ｙ軸方向とは異なる方向に傾斜している。本実施の形態においては、傾斜面９１の法線ベクトル９１Ｎと傾斜面９２の法線ベクトル９２Ｎとは配光制御素子６の長手の方向に対し平行な成分を有する。さらに、それらは、ｘ−ｚ平面に平行であるが、互いに異なる方向を向いている。

また、図４および図５に示すように、反射部９の反射面９０つまり傾斜面９１および傾斜面９２は、配光制御素子６の長手の方向に対して直交し、かつ、光源７の中心を通って規定される面に対し対称に配置される。つまり、反射部９の傾斜面９１および傾斜面９２は、光源７の中心を通るｙ−ｚ平面に対して対称に配置される。

本実施の形態において、反射部９またはその反射面９０またはその反射面９０が含む各傾斜面は矩形の形状を有する。反射部９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９の反射面９０は、例えば、拡散反射面である。反射部９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。

また、図２に示すように、本実施の形態に示す反射部９は、保持基板８の主面８１と配光制御素子６とに挟持される反射部材１１と一体である。図２または図４に示すように、反射部材１１は、保持基板８の主面８１を覆って配置され、光源７の配置に合わせて開口１１ａを有する。なお、反射部材１１のうち、保持基板８の主面８１上に設けられた領域は、その主面８１に平行な面である。

図２に示すように、ｙ−ｚ平面に平行な断面で観察すると反射部材１１は保持基板８の主面８１または側面８３の少なくとも一部を覆う。反射部材１１は、保持基板８の外形、すなわち保持基板８の主面８１およびその側面８３に沿うように折り曲げられている。また、反射部材１１が保持基板８の主面８１に接する面は、保持基板８の主面８１と平行である。また、反射部材１１をｚ−ｘ平面に平行な面から観察すると、保持基板８の主面８１から折り曲げた面は傾斜形状を有し、その傾斜形状は面光源装置２００の水平方向、より具体的にはｙ軸方向の角度成分を有する。

上述したように、反射体５の底面５１が有する開口の輪郭部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（図２参照）。反射体５の底面５１の輪郭部５５は、保持基板８の側面８３と接しておらず、輪郭部５５と保持基板８の側面８３との間には隙間１２が存在する。筐体１０の底面１０ａは、反射体５の底面５１と比べ反射率が低いため、その隙間１２に光線が入射することは、光利用効率の低下に繋がる。しかし、本実施の形態の面光源装置２００においては、反射部材１１は、保持基板８の外形に沿って、保持基板８の主面８１から反射体５の底面５１まで折り曲げられた形状を有する。また、反射部材１１は、反射部９と一体に形成される。また、反射部材１１の一端または反射部９の一端は、反射体５の底面５１上に配置される。このような構成により、その隙間１２は反射部材１１または反射部９に覆われる。これにより、配光制御素子６から−ｚ軸方向を観察しても筐体１０の底面１０ａが露出する領域がない。反射体５と保持基板８との間の隙間１２を覆うだけであれば、図６に示すように、面光源装置３００は、平面を有しその隙間１２を覆って配置される反射部材１１を備えれば良い。

反射部材１１は、図４に示すように、平面視において矩形の形状を有する。また、反射部材１１は、シート状の部材である反射シートである。反射部材１１は、例えば、拡散反射面であってもよい。反射部材１１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。

（配光に関する前提技術）
本実施の形態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。図６は本前提技術に係る面光源装置３００の光源７の周辺の断面図である。面光源装置３００は、平面を有し隙間１２を覆って配置される反射部材１１を備える。図７は、面光源装置３００の光源７から＋ｚ軸方向のベクトルを含んで出射し、ｙ−ｚ平面のみに拡がる光線の一部である光線７３ａを示す図である。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の内部へ入射する。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際、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際、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８は、面光源装置３００の光源７の周辺の側面を示す図であり、−ｙ軸方向からｚ−ｘ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または光線７３ｂは、拡散板４（図１参照）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、反射体５の容器状の空間内を進行する。その光線は、反射体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、面光源装置の光源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１０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１０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。図１１は、面光源装置３００の光源７の周辺の側面を示す図であり、−ｙ軸方向からｚ−ｘ平面を観察した図である。図１１は、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、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１０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。

光線７３ｃ、光線７３ｅおよび光線７３ｆ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。

図９に示す光線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。同様に、図１１に示す光線７３ｇは、光源７から出射した光線７３ｆ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にて反射された光線７３ｄおよび光線７３ｇは、−ｚ軸方向へ進み、配光制御素子６の裏面６３およびその裏面６３に接する反射部材１１に達する。反射部材１１に到達した光線７３ｄは、拡散反射され、再度、配光制御素子６の内部へ入射する。図示は省略するが、その光線は、光出射面６２で屈折して出射し、拡散板４へ到達する。また、図示は省略するが、光線７３ｄや光線７３ｇとは別に、光源７から出射し、光出射面６２で全反射され、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、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の内部で全反射した後、反射部材１１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、反射部材１１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。

（反射部の作用）
図１２は、本実施の形態における面光源装置２００が備える光源７の周辺の断面図であり、図９と同様に、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。図１２に示す光線７３ｈ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、全反射された光線である。また、図１３は、面光源装置２００の光源７の周辺の側面を示す図であり、図１１と同様に、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。図１３に示す光線７３ｉは、光源７から出射した光線７３ｆ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。光線７３ｈおよび光線７３ｉは−ｚ軸方向へ進み、その一部は配光制御素子６の裏面６３から出射する。配光制御素子６の裏面６３から出射した光線７３ｈおよび光線７３ｉは、反射部９の反射面９０に入射する。そして、それら光線はｘ軸方向へ反射する。例えば、図１３に示すように、光線７３ｉは、反射部９の傾斜面９２に入射し、＋ｘ軸方向に反射される。光線７３ｈおよび光線７３ｉは、もともとｘ軸方向のベクトルの成分を有するが、反射部９の反射面９０によって反射されることにより、さらにｘ軸方向へ拡がる。そして、ｘ方向において、出射起源である光源７から離れた位置で、再度、配光制御素子６の内部に入射する。

上記の光線７３ｈおよび光線７３ｉは、光源７から出射する光線のうち、−ｙ軸方向および＋ｘ軸方向に出射する光線を示した。実際には、光源７は、光軸Ｃに対して対称に光線を出射することが多い。本実施の形態においては、反射部９の反射面９０は、図１３に示すように、光源７に対して対称に配置される。よって、配光制御素子６の光出射面６２で反射され、反射部９で拡散反射される光線は、光源７の配置位置を基準として＋ｘ軸方向、−ｘ軸方向に均等に拡げられる。例えば、光線は、傾斜面９１にて−ｘ軸方向に反射して拡げられ、傾斜面９２にて＋ｘ軸方向に反射して拡げられる。そして、それら光線は、整列配置された複数の光源７のうち例えば隣の光源７から出射して反射部９で反射する光線と混ざり合う。それにより、面光源装置２００は、均一な分布を形成することが可能となる。

（効果）
以上をまとめると、本実施の形態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の幅よりも広い幅を有し、光源７を覆って保持基板８の主面８１側に配置され、光源７から出射する光の伝搬方向を所定の方向に拡げて配光を変更する配光制御素子６と、反射面９０を含み、配光制御素子６の裏面６３側に配置される反射部９とを備える。そして、反射部９の反射面９０は、配光制御素子６の裏面６３から出射する光を受けることが可能に、かつ、所定の方向とは異なる方向に傾斜している。

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。特に、本実施の形態の面光源装置２００は、反射部９を備えることで、配光制御素子６が拡げる光の伝搬方向とは異なる方向への配光制御が可能となり、より均一な分布を作ることができる。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、本実施の形態における面光源装置２００が備える反射部９は、互いに異なる方向を向く法線ベクトルを有する複数の反射面９０、つまり本実施の形態においては傾斜面９１および傾斜面９２を含む。このような構成により、面光源装置２００は、配光制御素子６が光線を拡げる方向とは異なる方向への配光制御が可能となり、より均一な分布を作ることができる。

また、本実施の形態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と、複数の光源７の配置に対応して配置される複数の反射部９とをさらに備える。そして、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状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を覆う凹状の曲面または平面を含む光入射面６１とを含み、光源７から出射する光の伝搬方向を保持基板８の主面８１に対し平行かつ長手の方向に対して直交する方向に拡げる。各反射部９の反射面９０が含む法線ベクトルは、配光制御素子６の長手の方向に対し平行な成分を有する。このような構成により、面光源装置２００は、配光制御素子６のシリンドリカル面が拡げる光の伝搬方向とは異なる方向への配光制御が可能となり、均一な分布を作ることができる。さらに、各反射部９の反射面９０が含む法線ベクトルが、保持基板８の主面８１に対し平行かつ長手の方向に対して直交する方向のベクトル成分を含まないことが好ましい。面光源装置２００は、配光制御素子６のシリンドリカル面が拡げる光の伝搬方向に対し直交する方向への配光制御が可能となり、より均一な分布を作ることができる。

また、本実施の形態における面光源装置２００の反射部９が含む反射面９０、つまり本実施の形態では傾斜面９１および傾斜面９２は、配光制御素子６の長手の方向に対して直交しかつ光源７の中心を通って規定される面つまりｙ−ｚ平面に対し、対称に配置される。このような構成により、光源７から出射する光線は、光源７の配置位置を基準として配光制御素子６の長手の方向、すなわち、ｘ軸方向に均等に拡げられる。そして、反射部９によって反射された光線は、整列配置された複数の光源７のうち例えば隣接する光源７から出射して反射部９で反射する光線と混ざり合う。それにより、面光源装置２００は、均一な分布を形成することが可能となる。

また、本実施の形態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る。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。

（実施の形態の変形例）
実施の形態の変形例における面光源装置について説明する。上記の実施の形態と同様の構成は説明を省略する。

図１４は、面光源装置２０１の光源７の周辺の側面を示す図である。本変形例の面光源装置２０１が備える反射部９は複数の反射面９０を含み、その複数の反射面９０は傾斜面９３および傾斜面９４である。本変形例において、傾斜面９３の法線ベクトル９３Ｎと傾斜面９４の法線ベクトル９４Ｎとはｘ−ｚ平面に平行であるものの、互いに異なる方向を向いている。傾斜面９３および傾斜面９４は、配光制御素子６の長手の方向に対して直交し、かつ、光源７の中心を通って規定される面に対し非対称に配置される。つまり、反射部９の傾斜面９３および傾斜面９４は、光源７の中心を通るｙ−ｚ平面に対して非対称に配置される。具体的には、傾斜面９３の法線ベクトル９３Ｎよりも、傾斜面９４の法線ベクトル９４Ｎの方が、ｚ軸方向のベクトルの成分が大きい。また、傾斜面９３の面積よりも傾斜面９４の面積の方が大きい。また、傾斜面９３の一端と傾斜面９４の一端との接続位置が、光源７の中心を通るｙ−ｚ平面上から−ｘ方向にずれた位置にある。

図示は省略するが、配光制御素子６の光出射面６２で反射され後、反射部９に入射し、反射部９で拡散反射される光線は、光源７の配置位置を基準として＋ｘ軸方向に偏って拡げられる。例えば、図３において、複数の光源のうち反射体５の側面５２ｄに近い方に配置される光源７に対応して、図１４に示す反射部９を配置すれば、反射光を面光源装置の端つまり開口部の端へ伝搬させることができる。その結果、液晶表示装置の画面周辺部に明るい輝度分布を作ることが可能な面光源装置の提供が可能となる。

図１４に示した反射部９の斜面形状は一例である。面光源装置２０１は、１つの光源７に対して複数の傾斜形状を備えても良い。また、面光源装置２０１は、光源７ごとに傾斜面が対称に配置された反射部９と、それらが非対称に配置された反射部９とを混在して備えても良い。例えば、図３において、反射体５の底面５１の中央寄りに配置された光源７に対しては、面光源装置は、図５に示した傾斜形状が対称な反射部９を備えることが好ましい。また、面光源装置は、側面５２ｄに近い方に配置される光源７に対しては図１４に示す反射部９を備えることが好ましい。さらに、面光源装置は、側面５２ｃに近い方に配置される光源７に対しては、図１４に示した傾斜形状をｙ−ｚ平面に対して反転した構成を有する反射部を備えることが好ましい。

以上をまとめると、本実施の形態の変形例における面光源装置２０１の反射部９が含む反射面９０、つまり本実施の形態では傾斜面９３および傾斜面９４は、配光制御素子６の長手の方向に対して直交しかつ光源７の中心を通って規定される面つまりｙ−ｚ平面に対し、非対称に配置される。このような構成により、光源７から出射する光線は、光源７の配置位置を基準として配光制御素子６の長手の方向の片側に、すなわち、＋ｘ軸方向または−ｘ軸方向に偏って拡げられる。その結果、面光源装置２０１は、反射光を面光源装置２０１の端つまり開口部５３の端へ伝搬させることができる。液晶表示装置の画面中央部よりも輝度分布が暗くなりやすい画面周辺部に明るい輝度分布を作ることができ、従来よりも輝度の均一性が向上する。

（配光制御素子の変形例）
上記の実施の形態では、配光制御素子６は、図２および図３に示すように、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は、１つの光源に１つの配光制御素子、例えば半球状のレンズを取り付けても上記の実施の形態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、配光制御素子の設置個数が多くなる。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、上記の実施の形態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。

面光源装置２００が備える配光制御素子６は、棒状の形状を有するため、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の製造し、面光源装置へ実装することができる。光源７の数の増減に対して、配光制御素子６の金型の変更は不要である。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。光源７の設置個数を変えるだけで、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の設置個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、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は明線を緩和す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。

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、実施の形態を適宜、変形、省略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 反射体、６ 配光制御素子、６１ 光入射面、６２ 光出射面、６３ 裏面、７ 光源、７３ｃ 光線、７３ｆ 光線、７３ｈ 光線、７３ｉ 光線、８ 保持基板、８１ 主面、９ 反射部、９０ 反射面、９１ 傾斜面、９１Ｎ 法線ベクトル、９２ 傾斜面、９２Ｎ 法線ベクトル、１０ 筐体、１１ 反射部材、１００ 液晶表示装置、２００ 面光源装置、Ｃ 光軸。

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源が主面に保持される保持基板と、
   シリンドリカル面を含みかつ前記保持基板の幅よりも広い幅を有し、前記光源を覆って前記保持基板の主面側に配置され、前記光源から出射する光の伝搬方向を前記シリンドリカル面が曲率を有する方向に拡げて配光を変更する配光制御素子と、
   反射面を含み、前記配光制御素子の裏面側に配置される反射部とを備え、
   前記反射部の前記反射面は、前記配光制御素子の裏面から出射する光を受けることが可能に、かつ、前記シリンドリカル面が前記曲率を有する方向に対して直交する方向に、傾斜している面光源装置。
2. 前記反射部の前記反射面は、前記シリンドリカル面が前記曲率を有する方向における前記配光制御素子の端部の下方に設けられている、請求項１に記載の面光源装置。
3. 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と、
   前記複数の光源の配置に対応して配置される複数の前記反射部とをさらに備え、
   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状の前記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状の曲面または平面を含む光入射面とを含み、前記光源から出射する光の前記伝搬方向を前記保持基板の前記主面に対し平行かつ前記長手の方向に対して直交する方向に拡げ、
   各前記反射部の前記反射面が含む法線ベクトルは、前記配光制御素子の前記長手の方向に対し平行な成分を有する請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記反射部が含む前記反射面は、前記配光制御素子の前記長手の方向に対して直交しかつ前記光源の中心を通って規定される面に対し、対称に配置される請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記反射部が含む前記反射面は、前記配光制御素子の前記長手の方向に対して直交しかつ前記光源の中心を通って規定される面に対し、非対称に配置される請求項３に記載の面光源装置。
6. 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と、
   前記面光源装置から出射され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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