JP7011425B2 - 発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置、面光源装置および表示装置に関する。

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、基板と、複数の発光素子および複数の光束制御部材（レンズ）をそれぞれ含む複数の発光装置と、光拡散部材とを有する。発光素子は、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。複数の発光装置は、基板上にマトリックス状に配置されている。基板上に固定された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それぞれ配置されている。発光装置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（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、発光素子と、入射面、裏面および出射面を含む光束制御部材とを有する発光装置が記載されている。入射面は、発光素子と対向して配置された裏面に形成された凹部の内面であって、発光素子から出射された光を入射させる。裏面は、凹部の開口縁部から径方向外側に向かって延在する面である。出射面は、入射面の反対側に配置されており、入射面で入射した光を外部に出射させる。

発光素子から出射された光は、入射面で光束制御部材の内部に入射する。光束制御部材の内部に入射した光は、出射面に到達する。出射面に到達した光のうち、大部分の光は、出射面から外部に出射される。このとき、出射面から出射される光は、出射面によって、発光素子の光軸に対して拡がるように屈折して出射される。また、出射面に入射した光のうち、他の一部の光は、出射面で内部反射した後、裏面で再度内部反射して、出射面の外縁部から光束制御部材の外部に出射される。

特開２００９－０４３６２８号公報

特許文献１に記載したような発光装置における光束制御部材では、基板に配置する際の方向決めなどに使用される突出部が裏面の外縁部に形成される場合がある。この場合、出射面で内部反射した光のうち、一部の光が裏面で反射した後に、突出部の側面から出射される。突出部の側面から出射される光は、発光装置の直上部に向かって進行するため、発光装置の上部近傍に向かう光が過剰になり輝度ムラが生じてしまうおそれがある。

本発明の目的は、外周部に突出部を有する光束制御部材を含む発光装置であって、突出部から出射される光に起因する輝度ムラを生じさせにくい発光装置を提供することである。

また、本発明の別の目的は、当該発光装置を有する面光源装置および表示装置を提供することでもある。

本発明の発光装置は、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する発光装置であって、前記光束制御部材は、前記光束制御部材の中心軸と交わるように裏側に開口した凹部の内面であって、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、前記中心軸と交わるように表側に配置され、前記入射面で入射した光を外部に出射させる出射面と、前記凹部の開口縁部から径方向外側に向けて延在した裏面と、前記中心軸に沿う方向において、前記出射面と前記裏面の間に配置され、前記裏面の外周縁から径方向外側に向けて突出した突出部と、前記裏面の一部に配置され、到達した光を散乱させる散乱部と、を含み、前記中心軸を含む仮想平面上において、前記発光装置から出射され、光度が最大となる２つの光のなす角度は、１５０°以上であり、前記散乱部は、前記裏面において、前記発光素子の発光面の中心から出射され、前記入射面で入射し、次いで前記出射面および前記裏面で順次反射し、次いで前記突出部の側面から出射される光が到達する領域に配置され、前記仮想平面上において、前記中心軸側から６０°の入射角で前記散乱部に光を照射して反射させたときに、前記散乱部で反射した光線について、最大光量の第１光線と、最大光量に対して５０％の光量であって前記第１光線よりも大きな反射角の第２光線とのなす第１角度と、前記第１光線と最大光量に対して５０％の光量であって前記第１光線よりも小さな反射角の第３光線とのなす第２角度との平均は、５°以上であり、前記散乱部よりも中心側の前記裏面で前記散乱部と接した領域が、前記中心軸側から６０°の入射角で光を照射して反射させたときに、前記裏面で反射した光線について、最大光量の第４光線と、最大光量に対して５０％の光量であって前記第４光線よりも大きな反射角の第５光線とのなす第３角度と、前記第４光線と最大光量に対して５０％の光量であって前記第４光線よりも小さな反射角の第６光線とのなす第４角度との平均は、３°未満である。

本発明の面光源装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置から出射された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。

本発明によれば、光束制御部材の外周部に突出部を設けた場合であっても、出射される光にムラを生じさせにくくすることができる。

図１Ａ、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２Ａ、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３は、実施の形態１に係る面光源装置の部分拡大断面図である。 図４Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る発光装置における光束制御部材の構成を示す図である。 図５Ａは、発光装置における光路図の一部であり、図５Ｂは、発光素子から出射され、出射面で内部反射した光の裏面における輝度分布である。 図６Ａは、発光装置の拡散性についてのシミュレーション結果を示すグラフであり、図６Ｂは、比較例に係る発光装置の光拡散板上における輝度分布を示す図である。 図７Ａ～Ｃは、半値角を測定する方法を示す図である。 図８Ａ、Ｂは、輝度と、半値角との関係を示すグラフである。 図９Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る発光装置と比較例に係る発光装置とにおける光路図である。 図１０Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る発光装置における光束制御部材の構成を示す図である。 図１１Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る発光装置と比較例に係る発光装置とにおける光路図である。

以下、本実施の形態に係る発光装置、面光源装置および表示装置について、図面を参照して説明する。以下の説明では、本実施の形態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。

［実施の形態１］
（面光源装置および発光装置の構成）
図１Ａ～図３は、実施の形態１に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、実施の形態１に係る面光源装置１００の平面図であり、図１Ｂは、正面図である。図２Ａは、図１Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図２Ｂは、図１Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。図３は、面光源装置１００の部分拡大断面図である。

図１Ａ、Ｂ、図２Ａ、Ｂおよび図３に示されるように、面光源装置１００は、筐体１１０と、複数の発光装置２００と、光拡散板１２０とを有する。本実施の形態に係る面光源装置１００は、液晶表示装置のバックライトなどに適用できる。また、図１Ｂに示されるように、面光源装置１００は、液晶パネルなどの表示部材（被照射部材）１０７（図６Ｂにおいて、点線で示している）と組み合わせることで、表示装置１００’としても使用できる。

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。光拡散板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、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍとすることができる。

複数の発光装置２００をマトリックス状に配置する場合の第１の方向（図２Ａに示すＸ方向）における発光装置２００の中心間距離（ピッチ）と、第１の方向に直交する第２の方向（図２Ａに示すＹ方向）における発光装置２００の中心間距離（ピッチ）との比率は、たとえば１：１程度である。

複数の発光装置２００は、それぞれ筐体１１０の底板１１２上に配置された複数の基板２１０上に固定されている。図３に示されるように、複数の発光装置２００は、発光素子２２０と、光束制御部材３００とを有する。中心軸ＣＡを含む仮想平面上において、発光装置２００から出射され、光度が最大となる２つの光のなす角度は、１５０°以上である。

基板２１０は、発光素子２２０および光束制御部材３００を支持する板状の部材である。基板２１０は、底板１１２の上に所定の間隔となるように配置されている。

発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に配置されている。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。発光素子２２０は、発光面の中心が光束制御部材３００の中心軸ＣＡ上に位置するように配置されている（図３参照）。

光束制御部材３００は、発光素子２２０から出射された光を拡散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、発光素子２２０から出射された光の配光を制御し、光の進行方向を基板２１０の面方向に拡げる。光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＯＡに一致するように、発光素子２２０の上に配置されている（図３参照）。なお、「光束制御部材３００の中心軸ＣＡ」とは、入射面３１０や出射面３２０の回転中心を通る直線を意味する。また、「発光素子２２０の光軸ＯＡ」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。本実施の形態では、発光素子２２０の光軸ＯＡは、発光面の中心を通る。

光束制御部材３００は、一体成形により形成することができる。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よい。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）、シリコーン樹脂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。

光拡散板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。光拡散板１２０は、複数の発光装置２００の上に基板２１０と略平行に空気層を介して配置されている。通常、光拡散板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、光拡散板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、光拡散板１２０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板１２０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

本発明に係る面光源装置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により光拡散板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、さらに光拡散板１２０により拡散される。その結果、本発明に係る面光源装置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４Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る発光装置２００における光束制御部材３００の構成を示す図である。図４Ａは、光束制御部材３００の平面図であり、図４Ｂは、右側面図であり、図４Ｃは、底面図であり、図４Ｄは、図４Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。

図４Ａ～Ｄに示されるように、光束制御部材３００は、入射面３１０と、出射面３２０と、裏面３３０と、突出部３４０と、散乱部３５０と、を有する。なお、本実施の形態では、光束制御部材３００は、光束制御部材３００の取り扱いを容易にするための鍔部３６０と、発光素子２２０から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を形成するとともに、光束制御部材３００を基板２１０に位置決めして固定するための脚部３７０とを有している。

入射面３１０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わるように裏側に開口した凹部３０５の内面である。入射面３１０は、発光素子２２０から出射された光のうち、大部分の光を、その光の進行方向を制御するとともに、光束制御部材３００の内部に入射させる。入射面３１０は、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡから離れるにつれて、裏面３３０に近づくように形成されている。本実施の形態では、入射面３１０は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）を回転中心とした回転対称（円対称）である。凹部３０５は、発光素子２２０の光軸ＯＡ（光束制御部材３００の中心軸ＣＡ）と交わるように配置されている。

出射面３２０は、光束制御部材３００の表側（光拡散板１２０側）に、鍔部３６０から突出するように配置されている。出射面３２０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３２０は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）と交わるように配置されている。本実施の形態では、出射面３２０は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）を回転中心とした回転対称（円対称）である。また、入射面３１０の中心軸ＣＡに垂直な断面における外形は、円形である。

出射面３２０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３２０ａと、第１出射面３２０ａの周囲に連続して形成される第２出射面３２０ｂと、第２出射面３２０ｂと鍔部３６０とを接続する第３出射面３２０ｃとを有する（図４Ｄ参照）。本実施形態において、第１出射面３２０ａは、裏側に凸の曲面である。第２出射面３２０ｂは、第１出射面３２０ａの周囲に位置する、表側に凸の滑らかな曲面である。第２出射面３２０ｂの形状は、円環状の凸形状である。第３出射面３２０ｃは、第２出射面３２０ｂの周囲に位置する曲面である。中心軸ＣＡを含む断面において、第３出射面３２０ｃ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３３０は、光束制御部材３００の裏側に位置し、凹部３０５の開口縁部から径方向外側に向けて延在する面である。裏面３３０は、中心軸ＣＡ側と、外縁部側とでは、表面形状が異なる。裏面３３０の外縁部側には、出射面３２０で内部反射して、到達した光を散乱させる散乱部３５０が配置されている。一方、裏面３３０の中心軸ＣＡ側は、到達した光を散乱させない程度の形状が形成されている。

散乱部３５０は、発光素子２２０の発光面の中心から出射され、入射面３１０で入射し、次いで出射面３２０および裏面３３０で順次反射し、次いで突出部３４０の側面から出射される光が到達する領域に配置されている。散乱部３５０の表面形状は、到達した光を散乱せる程度にランダムに形成されている。散乱部３５０は、後述する方法で測定される半値角が５°以上である。散乱部３５０の表面形状による配光特性の詳細については、後述する。

次いで、裏面３３０の中心軸ＣＡ側の領域について説明する。図５Ａは、中心軸ＣＡを含む仮想平面において、発光素子２２０の発光面の中心から出射された光のうち、一部の光の光路を示しており、図５Ｂは、発光素子２２０の発光面の中心から出射され、出射面３２０で内部反射した光の裏面３３０における輝度分布を示している。図５Ｂにおける横軸は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）からの距離を示しており、縦軸は、輝度を示している。

図５Ａに示されるように、発光素子２２０の発光面の中心から出射された光のうち、一部の光は、出射面３２０で内部反射して、裏面３３０の所定の領域に集光することが分かる。また、図５Ｂに示されるように、発光素子２２０の発光面の中心から出射され、出射面３２０で内部反射した光の大部分が到達する領域より裏面３３０の中心軸ＣＡ側の領域にも多くの光が到達していることが分かる。なお、図５Ａに示される出射面３２０で内部反射した光が裏面３３０で集光する領域は、図５Ｂに示される出射面３２０で内部反射した光の光量が最大となる領域である。特に結果は図示しないが、裏面３３０の中心軸ＣＡ側の領域に散乱部３５０のような形状が形成されていると、光拡散板１２０上において輝度ムラが生じることが分かっている。そこで、本実施の形態では、裏面３３０の中心軸ＣＡ側は、到達した光を散乱させない程度の表面形状となっている。裏面３３０の中心軸ＣＡ側の形状は、平面であってもよい。散乱部３５０よりも中心側の裏面３３０で散乱部３５０と接した領域（裏面３３０の中心軸ＣＡ側の領域）における半値角は、３°未満である。散乱部３５０よりも中心側の裏面３３０で散乱部３５０と接した領域の表面形状による配光特性の詳細については、後述する。

突出部３４０は、中心軸ＣＡに沿う方向において、出射面３２０と、裏面３３０との間に配置されている。本実施の形態では、突出部３４０は、鍔部３６０の側面（裏面３３０）から径方向外側に突出するように配置されている。突出部３４０は、基板１２０に光束制御部材３００を配置する際の方向決め、基板１２０上に反射シートなどを配置した場合の浮き防止や、製品形状を検査する際の基準などに使用される。突出部３４０の数は、適宜設定できる。本実施の形態では、突出部３４０は、周方向に均等となるように、３個配置されている。また、本実施の形態では、突出部３４０の形状は、半円柱状である。突出部３４０の側面の曲率は、出射面３２０の外縁の曲率より小さい。

（光束制御部材の配光特性のシミュレーション）
前述したように、本実施の形態に係る発光装置２００の光束制御部材３００は、光の拡散性が高い高拡散レンズである。そこで、光束制御部材３００として用いる拡散レンズの光学的な特徴について説明する。まず、拡散性の異なる２つの発光装置２００の光学特性についてシミュレーションした。本シミュレーションは、中心軸ＣＡを含み、かつ突出部３４０を含まない断面について行った。

図６Ａは、本実施の形態に係る発光装置２００の拡散性についてのシミュレーション結果を示すグラフである。図６Ａの横軸は、光軸ＯＡに対する発光装置２００の出射面３２０から出射される光の中心軸ＣＡに対する角度を示している。また、図６Ａの縦軸は、光度（ｃｄ）を示している。図６Ａに示される実線は、低拡散レンズの結果を示しており、破線は、高拡散レンズの結果を示している。

図６Ａの実線および破線に示されるように、本実施の形態では、発光装置２００から出射され、光度が最大となる２つの光のなす角度は、１５０°以上であることが分かった。前記角度が１５０°以上であれば、散乱部３５０の効果が顕著となる。また、前記角度が１５０°以上であって、かつ半値全幅（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ、ＦＷＨＭ)が１５°以下であると、散乱部３５０の効果が更に顕著となる。ここで図６に示されるように、発光装置２００から出射された光の光軸ＯＡに対する角度と光度との関係を示すグラフにおける２つのピークの「半値全幅」とは、最大光度の半分の光度に対応する角度差を意味する。図６Ａの実線で示される低拡散レンズのＦＷＨＭ（プラス側およびマイナス側の平均）は約２０°であり、破線で示される高拡散レンズのＦＷＨＭは、約１０°である。このように、散乱部３５０の効果は、高拡散レンズにおいて顕著に発揮されることがわかる。図６Ａには低拡散レンズの配光角マイナス側でのＦＷＨＭを図示したが、低拡散レンズの配光角のプラス側、および高拡散レンズのプラス側およびマイナス側のいずれも同様にしてＦＷＨＭを求めることができる。このような高拡散レンズは、直上方向へ向かう光が少なくなり、発光装置２００の上部近傍の輝度が低下するため、突出部３６０の側面から直上に向かって進行する光によって生成される明部が目立ちやすくなるものの、散乱部３５０を形成することによって、高拡散性能であることに加え、突出部３４０に起因する輝度ムラを抑制する機能を併せ持った高性能な光束制御部材３００であると言える。

次に、光拡散板１２０上における輝度分布についてシミュレーションした。図６Ｂは、比較例に係る発光装置における輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。図６Ｂの点線で囲まれた領域には、突出部３４０が配置されている。また、図６Ｂの一点鎖線で囲まれた部分には、ゲートが配置されている。

図６Ｂの点線で囲まれた領域に示されるように、突出部３４０が配置された位置に対応する部分には、輝度ムラが生じていた。なお、図６Ｂの一点鎖線に示されるように、ゲートが配置された位置に対応する位置においても、輝度ムラが生じていた。

次に、散乱部３５０の形状（粗さ）に応じた、光拡散板１２０上における突出部３４０に対応する位置の輝度の変化をシミュレーションした。裏面３３０（散乱部３５０および裏面３３０の中心軸ＣＡ側の領域）の粗さを表すパラメータとして、半値角を使用した。まず、裏面の粗さを表すパラメータとなる半値角について説明する。図７Ａ、Ｂは、半値角を測定する方法を示す図である。図７Ａは、半値角の測定の様子を側方から図示した模式図であり、図７Ｂは、半値角の測定の様子を上方から図示した模式図である。図７Ｃは、受光器４１０による反射光の測定結果を示すグラフである。

図７Ａ、Ｂに示されるように、まず、裏面３３０が水平となるように光束制御部材３００を固定する。光束制御部材３００を固定する方法は適宜選択できる。光源（照射スポットの直径が４～５ｍｍであり、波長が５５０ｎｍの白色ＬＥＤ光源）４００からの光を、中心軸ＣＡ側から６０°の入射角で裏面３３０（ここでは散乱部３５０）に光を照射して反射させる。なお、光が照射される散乱部３５０の面積は、光束制御部材３００の大きさに依存するが、最低でも直径が２ｍｍの円の大きさを確保する必要がある。光が照射される散乱部３５０の面積が確保できず、光源４００からの光が他の領域に照射されてしまう場合には、他の領域を黒塗りまたはマスクをする必要がある。

次いで、散乱部３５０で反射した光を、受光器（フォトマル（Ｒ９２８）を内蔵したゴニオフォトメータ ＧＰ－４（ニッカ電測株式会社））４１０で測定する。このとき、受光器４１０は、後述の仮想平面において、散乱部３５０で様々な角度に散乱した光を受光するために、光が照射される散乱部３５０を中心に走査される。

次いで、受光器４１０の測定結果から、半値角を求める。図７Ｃに示されるように、中心軸ＣＡを含む仮想平面上において、最大光量となる光線を第１光線Ｌ１とし、最大光量に対して５０％の光量であって第１光線Ｌ１よりも大きな反射角の光線を第２光線Ｌ２とし、最大光量に対して５０％の光量であって第１光線Ｌ１よりも小さな反射角の光線を第３光線Ｌ３とする。また、第１光線Ｌ１と第２光線Ｌ２とのなす角度を第１角度θ１とし、第１光線Ｌ１と第３光線Ｌ３とのなす角度を第２角度θ２とする。第１角度θ１と第２角度θ２との平均の角度を半値角とした。

なお、光束制御部材３００では、入射面３１０で入射し、出射面３２０で内部反射した光であって裏面３３０に到達した光の一部は、裏面３３０（散乱部３５０）において内部反射した後に、突出部３４０の側面から出射される。しかし、上記半値角の測定では、外部から裏面３３０の散乱部３５０に向けて光を照射している。これは、散乱部３５０における内部反射と外部反射とで、散乱の程度がほぼ同じであり、かつ外部反射の方が測定しやすいため、半値角の測定では外部反射を利用している。

次に、図６Ｂに示されるＡ－Ａ線上における輝度を測定した。輝度は、散乱部３５０の半値角θ（θ＝０°、２．１°、３．０°、３．９°、４．８°、６．７°、１０．６°、２９．５°）を変化させた８種類の発光装置について調べた。

輝度は、図６Ｂに示されるＡ－Ａ線上における最大輝度を「１」としたときの相対値として求めた。また、散乱部３５０の半値角と、突出部３４０に対応する位置の輝度と最大輝度との差（輝度差）との関係について調べた。図８Ａは、輝度のシミュレーション結果を示すグラフである。図８Ａの横軸は、Ａ－Ａ線上において中心に対応する位置からの距離を示しており、縦軸は、輝度の相対値を示している。図８Ｂは、半値角と輝度差との関係を示すグラフである。図８Ｂの横軸は、半値角を示しており、縦軸は、最大輝度に対するＡ－Ａ線上において中心に対応する位置での輝度差を示している。

図８Ａ、Ｂに示されるように、半値角が大きくなると、輝度差が小さくなることが分かる。すなわち、拡散性が高くなると、輝度ムラが小さくなることが分かる。本実施の形態では、半値角が５°以上であれば、輝度ムラがほぼなくなることが分かる。そこで、本実施の形態では、前述した方法で測定した半値角が５°以上であることを散乱部３５０の条件とした。なお、特に結果は示さないが、ゲートが配置された位置に対応する輝度ムラも半値角が５°以上の散乱部３５０を配置することで解消された。

散乱部３５０よりも中心側の裏面３３０で散乱部３５０と接した領域の表示基準となる半値角も散乱部３５０の半値角と同様に求めることができる。特に図示しないが、中心軸ＣＡを含む断面において、最大光量となる光線を第４光線とし、最大光量に対して５０％の光量であって第４光線よりも大きな反射角の光線を第５光線とし、最大光量に対して５０％の光量であって第４光線よりも小さな反射角の光線を第４光線とする。また、第４光線と第５光線とのなす角度を第３角度とし、第４光線と第６光線とのなす角度を第４角度とする。第３角度と第４角度との平均の角度を半値角とした。中心軸ＣＡを含む仮想平面上において、発光素子２２０の発光面の中心から出射され、入射面３１０で入射し、次いで出射面３２０で反射し裏面３３０に到達した光の光量が最大となる点より径方向内側の前記裏面の領域における半値角は、３°未満である。当該角度が３°以上の場合、当該領域に到達した光が散乱してしまい、光拡散板１２０上において輝度ムラが生じるおそれがある。なお、この場合も裏面３３０に対する内部反射と、裏面３３０に対する外部反射とは、散乱の程度がほぼ同じであるため、半値角の測定では外部反射を利用している。

（発光装置における光路）
次に、本実施の形態に係る発光装置２００と、比較例１の発光装置２００Ａとの光路の一例について説明する。図９Ａは、本実施の形態に係る発光装置２００における光路の一例を示しており、図９Ｂは、比較例１の発光装置２００Ａにおける光路の一例を示している。比較例１の発光装置２００Ａは、裏面３３０Ａに散乱部３５０を有していない点のみにおいて、実施の形態１に係る発光装置２００と異なる。図９Ａ、Ｂでは、中心軸ＣＡおよび突出部３４０を含む断面における光路を示した。なお、図９Ａ、Ｂでは、光路を示すため、ハッチングを省略している。

図９Ａに示されるように、本実施の形態に係る発光装置２００では、発光素子２２０から、出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０で入射して、出射面３２０で内部反射する。出射面３２０で内部反射した光線のうち、一部の光線は、散乱部３５０で再度内部反射する。このとき、散乱部３５０では、半値角が５°以上となるように反射するため、散乱部３５０で反射した光は、様々な方向に拡がるように進行する。そして、様々な方向に向けて進行した光は、光束制御部材３００の様々な部位から様々な方向に出射される。

一方、図９Ｂに示されるように、比較例１に係る発光装置２００Ａでは、発光素子２２０から、出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０Ａで入射して、出射面３２０Ａで内部反射する。出射面３２０Ａで内部反射した光線のうち、一部の光線は、裏面３３０Ａで再度内部反射する。このとき、裏面３３０では、到達した光がほとんど散乱されることなく反射する。裏面３３０Ａで正規反射した光は、鍔部３６０Ａの側面から直上に向かって進行する。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る発光装置では、散乱部３５０を有しているため、光束制御部材３００の様々な部位から様々な方向に出射される。よって、輝度ムラが生じにくい。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る発光装置は、光束制御部材５００の構造のみが実施の形態１に係る発光装置２００と異なる。そこで、本実施の形態では、光束制御部材５００を主として説明する。なお、実施の形態１に係る発光装置２００と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。

（光束制御部材の構成）
図１０Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る発光装置における光束制御部材５００の構成を示す図である。図１０Ａは、光束制御部材５００の平面図であり、図１０Ｂは、右側面図であり、図１０Ｃは、底面図であり、図１０Ｄは、図１０Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。

図１０Ａ～Ｄに示されるように、光束制御部材５００は、入射面３１０と、出射面３２０と、裏面３３０と、突出部３４０と、散乱部３５０と、に加え、環状溝５６０を有する。なお、本実施の形態においても、光束制御部材５００は、鍔部３６０および脚部３７０を有する。

環状溝５６０は、凹部３０５（入射面３１０）の開口縁部を取り囲むように裏面３３０に形成されている。環状溝５６０は、出射面３２０で全反射した光の大部分が到達する領域に配置されていることが好ましい。環状溝５６０は、中心軸ＣＡを軸とした回転対称である。環状溝５６０は、中心軸ＣＡ側に配置された第１内面５６２と、中心軸ＣＡに対して第１内面５６２より離れて配置された第２内面５６４と、を含む。また、本実施の形態では、第２内面５６４側には複数の凸条５７０が配置されており、これらの凸条５７０の表面が第２内面５６４である。

第１内面５６２は、中心軸ＣＡと平行となるように配置されていてもよいし、中心軸ＣＡから離れるにつれて表側に向かって傾斜していてもよい。本実施の形態では、第１内面５６２は、中心軸ＣＡと平行である。

第２内面５６４は、第１内面５６２を取り囲むように光束制御部材３００の裏側に形成されている。第２内面５６４は、中心軸ＣＡから離れるにつれて裏側に向かって傾斜している。

凸条５７０は、出射面３２０で内部反射した光を反射させる。各凸条５７０は、第１傾斜面５７２と、第２傾斜面５７４と、第１傾斜面５７２および第２傾斜面５７４の間に配置された稜線５７６とを有している。凸条５７０の稜線５７６に垂直な断面形状の例には、三角形状、頂部にＲ面取を施した三角形状、半円形状、第１傾斜面５７２および第２傾斜面５７４の間に他の面を介した台形状などが含まれる。本実施の形態では、凸条５７０の稜線５７６に垂直な断面形状は、三角形状である。すなわち、本実施の形態では、第１傾斜面５７２および第２傾斜面５７４は、稜線５７６で接続されている。複数の凸条５７０は、中心軸ＣＡに対して回転対称（凸条５７０の数をｎとしたときｎ回対称）となるように配置されている。各凸条５７０は、全反射プリズムのように機能する。すなわち、出射面３２０で全反射した第２光線は、第１傾斜面５７２および第２傾斜面５７４で順次反射して発光装置の側方に向かう。

（発光装置における光路）
次に、本実施の形態に係る発光装置と、比較例２の発光装置との光路の一例について説明する。図１１Ａは、本実施の形態に係る発光装置における光路の一例を示しており、図１１Ｂは、比較例２の発光装置における光路の一例を示している。比較例２の発光装置は、裏面３３０に散乱部３５０を有していない点のみにおいて、実施の形態２に係る発光装置と異なる。図１１Ａ、Ｂでは、中心軸ＣＡおよび散乱部３５０を含む断面における光路を示した。なお、図１１Ａ、Ｂでは、光路を示すため、ハッチングを省略している。

図１１Ａに示されるように、本実施の形態に係る発光装置では、発光素子２２０から、出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０で入射して、出射面３２０で内部反射する。出射面３２０で内部反射した光線のうち、一部の光線は、散乱部３５０で再度内部反射する。このとき、散乱部３５０では、半値角が５°以上となるように反射するため、散乱部３５０で反射した光は、拡がるように進行する。また、特に図示しないが、発光素子２２０から、出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０で入射し出射面３２０で内部反射する。出射面３２０で内部反射した光線のうち、一部の光線は、凸条５７０に到達する。そして、凸条５７０に到達した光は、側方に向かって反射される。凸条５７０は散乱部３５０よりも散乱度合が低い。

一方、図１１Ｂに示されるように、比較例２に係る発光装置２００Ｂでは、発光素子２２０から、出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０Ｂで入射して、出射面３２０Ｂで内部反射する。出射面３２０Ｂで内部反射した光線のうち、一部の光線は、裏面３３０Ｂで再度内部反射する。このとき、裏面３３０Ｂでは、到達した光が正規反射する。裏面３３０Ｂで正規反射した光は、鍔部３６０Ｂの側面から直上に向かって進行する。また、特に図示していないが、出射面３２０Ｂで内部反射した光線のうち、一部の光線は、環状溝５６０Ｂ（凸条５７０Ｂ）に到達する。凸条５７０Ｂに到達した光は、第１傾斜面（第２傾斜面）および第２傾斜面（第１傾斜面）の順に反射して、発光装置の側方に向けて出射される。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る発光装置は、実施の形態１と同様、凸条５７０によって出射面３２０で内部反射した光のうち、一部の光が発光装置の側方に向けて出射されるため、高拡散性能を有する上に、散乱部３５０の効果によってさらに輝度ムラが生じにくい。

本発明の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。

１００ 面光源装置
１１０ 筐体
１１２ 底板
１１４ 天板
１２０ 光拡散板
２００、２００Ａ、２００Ｂ 発光装置
２１０ 基板
２２０ 発光素子
３００、５００ 光束制御部材
３０５ 凹部
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ 入射面
３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ 出射面
３２０ａ 第１出射面
３２０ｂ 第２出射面
３２０ｃ 第３出射面
３３０、３３０Ａ、３３０Ｂ 裏面
３４０ 突出部
３５０ 散乱部
３６０、３６０Ａ、３６０Ｂ 鍔部
３７０ 脚部
５６０、５６０Ｂ 環状溝
５６２ 第１内面
５６４ 第２内面
５７０、５７０Ｂ 凸条
５７２ 第１傾斜面
５７４ 第２傾斜面
５７６ 稜線
ＣＡ 光束制御部材の中心軸
ＯＡ 発光素子の光軸

Claims (5)

1. 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する発光装置であって、
   前記光束制御部材は、
   前記光束制御部材の中心軸と交わるように裏側に開口した凹部の内面であって、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、
   前記中心軸と交わるように表側に配置され、前記入射面で入射した光を外部に出射させる出射面と、
   前記凹部の開口縁部から径方向外側に向けて延在した裏面と、
   前記中心軸に沿う方向において、前記出射面と前記裏面の間に配置され、前記裏面の外周縁から径方向外側に向けて突出した突出部と、
   前記裏面の一部に配置され、到達した光を散乱させる散乱部と、を含み、
   前記中心軸を含む仮想平面上において、前記発光装置から出射され、光度が最大となる２つの光のなす角度は、１５０°以上であり、
   前記散乱部は、前記裏面において、前記発光素子の発光面の中心から出射され、前記入射面で入射し、次いで前記出射面および前記裏面で順次反射し、次いで前記突出部の側面から出射される光が到達する領域に配置され、
   前記仮想平面上において、前記中心軸側から６０°の入射角で前記散乱部に光を照射して反射させたときに、前記散乱部で反射した光線について、最大光量の第１光線と、最大光量に対して５０％の光量であって前記第１光線よりも大きな反射角の第２光線とのなす第１角度と、前記第１光線と最大光量に対して５０％の光量であって前記第１光線よりも小さな反射角の第３光線とのなす第２角度との平均は、５°以上であり、
   前記散乱部よりも中心側の前記裏面で前記散乱部と接した領域が、前記中心軸側から６０°の入射角で光を照射して反射させたときに、前記裏面で反射した光線について、最大光量の第４光線と、最大光量に対して５０％の光量であって前記第４光線よりも大きな反射角の第５光線とのなす第３角度と、前記第４光線と最大光量に対して５０％の光量であって前記第４光線よりも小さな反射角の第６光線とのなす第４角度との平均は、３°未満である、
   発光装置。
2. 前記中心軸側に配置された第１内面と、前記第１内面より前記中心軸から離れて配置された第２内面とを含み、前記凹部の開口縁部を取り囲むように前記散乱部よりも前記中心軸側の前記裏面に形成された円環状の環状溝をさらに有し、
   前記第２内面には、第１傾斜面と、第２傾斜面と、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面の間に配置された稜線とをそれぞれ含み、前記中心軸から離れるにつれて裏側に向かって傾斜した複数の凸条が配置されている、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記仮想平面上における、前記発光装置から出射された光の光軸に対する角度と光度との関係を示すグラフにおける２つのピークの半値全幅は、いずれも１５°以下である、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の発光装置と、
   前記発光装置から出射された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。
5. 請求項４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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