JP7409921B2 - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 Download PDF

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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、この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、複数の発光素子と、複数の光束制御部材と、光拡散部材とを有する。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（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、筐体と、筐体の内部に配置された基板と、基板上に配置された発光素子と、発光素子を覆うように基板上に配置され、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、光束制御部材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、面光源装置が記載されている。光束制御部材は、発光素子から出射された光を入射する入射面と、入射面の反対側に形成され、入射した光を側方に反射する反射面と、入射面よりも外側に形成された環状溝と、反射面で反射した光を出射させる出射面とを有する。
発光素子から出射された光は、入射面から光束制御部材に入射する。光束制御部材に入射した光は、反射面で側方に向かって反射する。反射面で反射した光のうち、一部の光は、環状溝を経由した後、出射面から光束制御部材の外部に出射される。反射面で反射した光のうち、他の光は、環状溝を経由せず、出射面から光束制御部材の外部に出射される。
特開２０１５－１９７６２４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の面光源装置では、環状溝で光拡散部材側に屈折させられるため、出射面から出射した光の一部は、光拡散部材に向けて出射される。このように、特許文献１に係る面光源装置では、発光素子から出射された光のうち、一部の光が光束制御部材の直上に向かって出射されることがあるため、光拡散部材上の均斉度は光束制御部材および光拡散部材の距離による影響を受けやすかった。
そこで、本発明の目的は、光束制御部材および光拡散部材の距離により影響されることなく光拡散部材上の均斉度を高くできる光束制御部材を提供することを目的とする。
また、本発明は、この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を提供することも目的とする。
本発明に係る光束制御部材は、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配置され、前記発光素子から出射された光を入射させるための入射面と、前記中心軸から離れるにつれて前記発光素子からの高さが大きくなるように表側に配置され、前記入射面で入射した光を側方に反射させるための反射面と、前記入射面より前記中心軸から離れており、前記中心軸を囲むように裏側に配置され、前記中心軸側に配置された第１環状面と、前記第１環状面より前記中心軸から離れており、前記第１環状面と離間して配置された第２環状面とを含む環状溝と、前記環状溝より前記中心軸から離れており、前記中心軸を囲むように配置され、前記反射面で反射した光を出射させるための出射面と、を有し、前記環状溝は、前記発光素子の発光中心から出射され、前記入射面で入射し前記反射面で反射してから前記出射面へ到達するまでの光の光路と交わらないように配置され、前記第１環状面は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸から離れるにつれて前記発光素子からの高さが大きくなる傾斜面であり、前記発光素子の発光中心から出射され、前記入射面で入射した後、前記第１環状面へ直接到達する光を表側に向けて屈折させ、前記第２環状面は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に近づくにつれて、前記発光素子からの高さが大きくなる傾斜面であり、前記発光素子から出射され、前記第２環状面に直接到達した光を表側に向けて屈折させる。
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し、光束制御部材は、中心軸が発光素子の光軸と合致するように配置されている。
本発明に係る面光源装置は、本発明に係る発光装置と、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。
本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、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および発光装置は、光束制御部材および光拡散部材の距離に影響されることなく光拡散部材上の均斉度を高くできる。したがって、本発明に係る面光源装置および表示装置は、従来の装置に比べて輝度ムラを少な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、図２Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図４は、実施の形態１に係る光束制御部材を裏側から見た斜視図である。 図５Ａ～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。 図６は、図５Ｄの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図７Ａ～Ｃは、比較例１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図８Ａ～Ｃは、比較例２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図９Ａ～Ｃは、比較例１および比較例２に係る光束制御部材における光路のシミュレーション結果を示した図である。 図１０Ａ～Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材における光路のシミュレーション結果を示した図である。 図１１は、実施の形態１、比較例１および比較例２における光束制御部材を用いた場合の照度分布のシミュレーション結果を示したグラフである。 図１２Ａ～Ｄは、変形例１～４に係る光束制御部材の部分拡大断面図である。 図１３Ａ～Ｃ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。
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、Ｂ、図２Ａ、Ｂおよび図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、図２Ｂの一部を拡大した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、実施の形態１に係る面光源装置１００は、筐体１１０と、光拡散部材１２０と、複数の発光装置１３０とを有する。複数の発光装置１３０は、筐体１１０の底板１１１上にマトリックス状に配置されている。底板１１１の内面は、拡散反射面として機能する。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１０１（図１Ｂ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。また、筐体１１０の天板には、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（３２インチ）である。また、発光素子１３１の発光面（上面）と光拡散部材１２０の下面との距離も特に限定されない。
複数の発光装置１３０は、それぞれ基板１１２上に固定されている。複数の基板１１２は、それぞれ筐体１１０の底板１１１上の所定の位置に固定されている。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１３２を有する。
発光素子１３１は、面光源装置１００の光源であり、基板１１２上に実装されている。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１３２は、発光素子１３１から出射された光の配光を制御するための拡散レンズであり、基板１１２上に固定されている。光束制御部材１３２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。なお、後述する光束制御部材１３２の入射面１４１、反射面１４２、環状溝１４３および出射面１４４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。入射面１４１、反射面１４２、環状溝１４３および出射面１４４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。発光素子１３１が実装された基板１１２と光束制御部材１３２の入射面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間隙が形成されている。
光束制御部材１３２は、一体成形により形成されている。光束制御部材１３２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１３２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１３２の詳細については、後述する。
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１３１から出射された光は、各光束制御部材１３２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。また、発光素子１３１から出射された光のうち、一部の光は、基板１１２で反射して光拡散部材１２０に到達する。各光束制御部材１３２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４、図５Ａ～Ｄおよび図６は、実施の形態１に係る光束制御部材１３２の構成を示す図である。図４は、実施の形態１に係る光束制御部材１３２を裏側から見た斜視図である。図５Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材１３２の平面図であり、図５Ｂは底面図であり、図５Ｃは側面図であり、図５Ｄは図５Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。図６は、図５Ｄの部分拡大断面図である、
図４、図５Ａ～Ｄおよび図６に示されるように、光束制御部材１３２は、入射面１４１と、反射面１４２と、環状溝１４３と、出射面１４４とを有する。
入射面１４１は、光束制御部材１３２の裏（発光素子１３１）側に配置されており、発光素子１３１から出射された光を光束制御部材１３２に内部に入射させるための光学面である。入射面１４１は、光束制御部材１３２の中心軸ＣＡと交わるように配置されており、入射した光を反射面１４２に向かって屈折させる。入射面１４１の形状は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。入射面１４１は、裏側に開口した凹部１５３の内面でもよいし、平面でもよい。本実施の形態では、入射面１４１は、裏側に開口した凹部１５３の内面である。
入射面１４１は、第１入射面１５１と、第２入射面１５２とを有する。第１入射面１５１は、中心軸ＣＡと交わるように、凹部１５３の底側に配置されている。第１入射面１５１は、発光素子１３１から出射された光のうち、出射角度の小さい光を光束制御部材１３２の内部に入射させる。第１入射面１５１は、１つの面で構成されていてもよいし、複数の面で構成されていてもよい。本実施の形態では、第１入射面１５１は、１つの曲面で構成されている。また、第１入射面１５１は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（円対称）である。中心軸ＣＡを含む断面において、第１入射面１５１は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、凹部１５３の開口縁部に近づくように形成されている。
第２入射面１５２は、第１入射面１５１の外縁部と凹部１５３の開口縁部とを接続するように、凹部１５３の開口部側に配置されている。第２入射面１５２は、第１入射面１５１で入射する光より、出射角度の大きな光を光束制御部材１３２の内部に入射させる。第２入射面１５２は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（円対称）である。中心軸ＣＡを含む断面において、第２入射面１５２は、中心軸ＣＡと平行となるように配置されている。
反射面１４２は、入射面１４１と反対側に配置されており、入射面１４１で入射した光を側方に向けて反射させるための光学面である。反射面１４２は、光束制御部材１３２の中心軸ＣＡを中心とする回転対称（円対称）面である。また、この回転対称面の中心部分から外周部分にかけての母線は、発光素子１３１に対して凹の曲線であり、反射面１４２は、中心軸ＣＡを回転軸として、この母線を３６０°回転させた状態の曲面である。すなわち、反射面１４２は、中心軸ＣＡから離れるにつれて発光素子３１からの高さが大きくなる非球面形状の曲面を有する。また、反射面１４２の外周部分は、反射面１４２の中心軸ＣＡと交わる部分より表側に配置形成されている。たとえば、反射面１４２は、中心部分から外周部分に向かうにつれて発光素子１３１からの高さが高くなる非球面形状の曲面である。基板１１２の面方向に対する反射面１４２の傾斜角度は、中心部分から外周部分に向かうにつれて小さくなる。
環状溝１４３は、入射面１４１より中心軸ＣＡから離れており、中心軸ＣＡを囲むように裏側に配置されている。本実施の形態では、環状溝１４３は、発光素子１３１の発光中心から出射され、入射面１４１で入射し反射面１４２で反射してから出射面１４４へ到達するまでの光の光路と交わらないように配置されている。本実施の形態では、環状溝１４３は、入射面１４１から入射し反射面１４２で反射される発光素子の発光中心から出射する光が第１環状面１５５に到達することがないように設計される。環状溝１４３は、第１環状面１５５と、第２環状面１５６と、第３環状面１５７とを有する。中心軸ＣＡを含む断面において、環状溝１４３の形状は、前述の機能を発揮することができれば特に限定されない。本実施の形態では、中心軸ＣＡを含む断面において、環状溝１４３の形状は、台形である。すなわち、本実施の形態では、第１環状面１５５および第２環状面１５６は台形の脚に相当し、第３環状面１５７は台形の上底（下底）に相当する。
また、環状溝１４３の深さは、中心軸ＣＡを回転軸とする周方向において同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、環状溝１４３の深さは、中心軸ＣＡを回転軸とする周方向において同じである。また、環状溝１４３の幅は、中心軸ＣＡを回転軸とする周方向において同じであってもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、環状溝１４３の幅は、中心軸ＣＡを回転軸とする周方向において同じである。すなわち、本実施の形態において、環状溝１４３は、中心軸ＣＡに対して回転対称である。また、環状溝１４３の底部は、反射面１４２の中心部分より表側に配置されていることが好ましい（図６に示される両矢印線参照）。ここで、環状溝１４３の底部とは、「環状溝１４３において、開口部から最も深い位置」を意味する。
第１環状面１５５は、中心軸ＣＡ側に中心軸ＣＡを取り囲むように配置されている。第１環状面１５５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発光素子１３１からの高さが大きくなる傾斜面である。第１環状面１５５は、発光素子１３１の発光中心から出射され、入射面１４１で入射した後、第１環状面１５５へ直接到達する光を表側に向けて屈折させる。第１環状面１５５の中心軸ＣＡに対する傾斜方向は、第２入射面１５２で入射した光を全反射させず、かつ裏面かで入射した光を中心軸ＣＡに向かう方向に反射させない角度である。中心軸ＣＡを含む断面において、第１環状面１５５の形状は、特に限定されない。中心軸ＣＡを含む断面において、第１環状面１５５の形状は、直線または曲線である。曲線の例には、曲率中心がその外側にある弧および曲率中心がその内側にある弧などが含まれる。本実施の形態では、中心軸ＣＡを含む断面において、第１環状面１５５の形状は、直線である。すなわち、第１環状面１５５は、逆円錐台形の側面の形状であってもよい。これにより、光束制御部材１３２を射出成形する場合に金型から光束制御部材１３２が抜けやすくなる。
第２環状面１５６は、第１環状面１５５より中心軸ＣＡから離れており、かつ第１環状面１５５と離間しており、中心軸ＣＡを取り囲むように配置されている。第２環状面１５６は、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡに近づくにつれて、発光素子１３１からの高さが大きくなる傾斜面である。第２環状面１５６は、発光素子１３１から出射され、第２環状面１５６に直接到達した光を表側に向けて屈折させる。中心軸ＣＡを含む断面において、第２環状面１５６の形状は、特に限定されない。中心軸ＣＡを含む断面において、第２環状面１５６の形状は、直線または曲線である。曲線の例には、曲率中心がその外側にある弧および曲率中心がその内側にある弧などが含まれる。本実施の形態では、中心軸ＣＡを含む断面において、第２環状面１５６の形状は、直線である。すなわち、第２環状面１５６は、円錐台形の側面の形状である。
第３環状面１５７は、第１環状面１５５および第２環状面１５６を繋ぐ。第３環状面１５７の形状は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。第３環状面１５７は、１つの平面でもよいし、複数の平面でもよいし、曲面でもよい。本実施の形態では、第３環状面１５７の形状は、１つの平面である。また、中心軸ＣＡを含む断面において、第３環状面１５７の内側端部と、第３環状面１５７の外側端部との裏面１４５からの距離は、同じでもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、中心軸ＣＡを含む断面において、第３環状面１５７の内側端部と、第３環状面１５７の外側端部との裏面１４５からの距離は、同じである。第３環状面１５７は、発光素子１３１から出射された光が直接到達しないように配置されていることが好ましい。
出射面１４４は、反射面１４２で反射した光を光束制御部材１３２の外部に出射させる。出射面１４４は、中心軸ＣＡを取り囲むように配置されている。出射面１４４の内側端部は反射面１４２に接続されており、出射面１４４の外側端部はフランジ１４６に接続されている。本実施の形態では、出射面１４４は、反射面１４２と滑らかに接続されている。
凹部１５３と環状溝１４３との間には、裏面１４５が配置されている。本実施の形態では、裏面１４５は、光束制御部材１３２の裏側に位置し、凹部１５３の開口縁部から径方向に延在する平面である。
特に図示しないが、光束制御部材１３２は、複数の脚部を有している。複数の脚部は、光束制御部材１３２を基板１１２に対して位置決めするための部分である。例えば、脚部は、裏面１４５に３本配置されている。
（シミュレーション）
発光装置における光の光路についてシミュレーションを行った。本シミュレーションでは、実施の形態１に係る光束制御部材１３２を有する発光装置１３０と、環状溝の形状が異なる２種類の比較例１、２に係る光束制御部材２３２、３３２を有する発光装置とについて行った。まずは、比較例１および比較例２に係る光束制御部材２３２、３３２の構成について説明する。なお、本実施の形態に係る光束制御部材１３２と、比較例１に係る光束制御部材２３２と、比較例２に係る光束制御部材３３２とは、環状溝の構成のみ異なるため、同じ構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
図７Ａ～Ｃは、比較例１に係る光束制御部材２３２の構成を示す図である。図７Ａは、比較例１に係る光束制御部材２３２を裏側から見た斜視図であり、図７Ｂは、底面図であり、図７Ｃは、図７Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。図８Ａ～Ｃは、比較例２に係る光束制御部材３３２の構成を示す図である。図８Ａは、比較例２に係る光束制御部材３３２を裏側から見た斜視図であり、図８Ｂは、底面図であり、図８Ｃは、図８Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。なお、図７Ａ～Ｃおよび図８Ａ～Ｃでも脚部を省略している。
図７Ａ～Ｃに示されるように、比較例１に係る光束制御部材２３２は、入射面１４１と、反射面１４２と、環状溝２４３と、出射面１４４とを有する。比較例１に係る光束制御部材２３２の環状溝２４３は、第１環状面２５５と、第２環状面２５６とを有する。すなわち、変形例１に係る光束制御部材２３２の環状溝２４３は、第３環状面１５７を有していない。変形例１では、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝２４３の形状は、三角形である。変形例１では、第１環状面２５５は、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡに沿って配置されている。変形例１では、中心軸ＣＡを含む断面において、第２環状面２５６は、中心軸ＣＡ側（中央部分）から外周部分に向かうにつれて裏側に近づくように配置されている。また、変形例１では、環状溝２４３の深さは、実施の形態１における環状溝１４３の深さより深い。
図８Ａ～Ｃに示されるように、比較例２に係る光束制御部材３３２は、入射面１４１と、反射面１４２と、環状溝３４３と、出射面１４４とを有する。比較例２に係る光束制御部材３３２の環状溝３４３は、第１環状面３５５と、第２環状面３５６とを有する。すなわち、変形例２に係る光束制御部材３３２の環状溝３４３は、第３環状面１５７を有していない。変形例２では、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝３４３の形状は、三角形である。変形例２では、中心軸ＣＡを含む断面において、第１環状面３５５は、中心軸ＣＡ側（中央部分）から外周部分に向かうにつれて表側に近づくように配置されている。中心軸ＣＡを含む断面において、第２環状面３５６は、中心軸ＣＡ側（中央部分）から外周部分に向かうにつれて裏側に近づくように配置されている。また、変形例１では、環状溝２４３の深さは、実施の形態１における環状溝１４３の深さより深い。
次いで、本実施の形態１に係る光束制御部材１３２と、比較例１に係る光束制御部材２３２と、比較例２に係る光束制御部材３３２とにおける光の光路について説明する。図９Ａ、Ｂは、比較例１に係る光束制御部材２３２における光の光路である。図９Ｃは、比較例２に係る光束制御部材３３２における光の光路である。
図９Ａに示されるように、比較例１に係る光束制御部材２３２において、発光素子１３１の中心以外から出射された出射角度の小さな光の一部は、第１入射面１５１で入射して、反射面１４２に向かって屈折する。光束制御部材２３２内に入射した光は、反射面１４２で側方に向かって反射される。そして、反射面１４２で反射した光の一部（反射面１４２のうち出射面１４４に近い領域で反射した光）は、出射面１４４から光束制御部材２３２の外部に出射する。また、反射面１４２で反射した光の一部（反射面１４２のうち中心軸ＣＡに近い領域で反射した光）は、第１環状面２５５から光束制御部材２３２の外部に出射する。このとき、第１環状面２５５は中心軸ＣＡに対して平行であるため、第１環状面２５５で出射した光は、あまり屈折しない。また、第１環状面２５５から出射した光は、第２環状面２５６で光束制御部材２３２の内部に入射する。このとき、第２環状面２５６が中央部分から外周部分に向かうにつれて裏側に近づくように配置されているため、第２環状面２５６で入射した光は、表側に向かって屈折する。このように、反射面１４２で反射した光の一部は、第１環状面２５５および第２環状面２５６により表側に向かって屈折される。そして、表側に向かって屈折された光は、出射面１４４から光束制御部材２３２の外部に出射する。
図９Ｂに示されるように、発光素子の中心以外から出射された出射角度の大きな光の一部は、裏面１４５で入射して反射面１４２側に向かって屈折する。反射面１４２側に向かって屈折した光のうち、一部の光は、反射面１４２に到達する。反射面１４２に到達した光は、出射面１４４に向けて内部反射され、出射面１４４で再度内部反射して裏面１４５から出射される。反射面１４２に到達した光のうち、他の一部の光は、反射面１４２から外部に出射される。裏面１４５で入射した光のうち、他の一部の光は、第１環状面２５５で内部反射した後、反射面１４２から中心軸ＣＡ側に向かって出射される。
図９Ｃに示されるように、比較例２に係る光束制御部材３３２において、発光素子１３１の中心から出射された出射角度の大きな光は、第２入射面１４２から光束制御部材３３２の内部に入射する。光束制御部材３３２に入射した光は、第１環状面３５５に到達する。第１環状面３５５に到達した全ての光は、反射面１４２に向かって内部反射（全反射）する。内部反射した光は、反射面１４２に到達する。反射面１４２に到達した光は、反射面１４２から外部に出射する。
図１０Ａに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材１３２では、発光素子１３１の発光中心から出射された出射角度の小さい光は、第１入射面１５１で光束制御部材１３２の内部に入射する。光束制御部材１３２の内部に入射した光は、反射面１４２に向かって屈折する。反射面１４２に到達した光は、側方に向かって反射する。反射面１４２で反射した光は、中心軸ＣＡと直交する方向または中心軸ＣＡと直交する方向よりも裏側に向かう方向に向けて出射面１４４から出射される。
図１０Ｂに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材１３２では、発光素子１３１の発光中心から出射された出射角度の大きな光は、第２入射面１５２で光束制御部材１３２の内部に入射する。第２入射面１５２で入射した光は、第１環状面１５５から光束制御部材１３２の外部に出射する。なお、比較例２では、第２入射面１５２で入射した光は、全反射した。このとき、第１環状面１５５は中心軸ＣＡに対して傾斜しているため、第１環状面１５５で出射した光は、表側に向かって屈折する。また、第１環状面１５５から出射した光は、第２環状面１５６で光束制御部材１３２の内部に入射する。このとき、第２環状面１５６が中央部分から外周部分に向かうにつれて裏側に近づくように配置されているため、第２環状面１５６で入射した光は、ほとんど屈折しない。第２環状面１５６で入射した光は、そのまま外部に出射する。
図１０Ｃに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材１３２では、発光素子１３１の発光中心以外から出射された出射角度のさらに大きな光は、裏面１４５で光束制御部材１３２の内部に入射する。裏面１４５で入射した光は、反射面１４２に向かって屈折する。裏面１４５で入射した光は、反射面１４２、フランジ１４６および第２環状面１５６で内部反射して反射面１４２から光束制御部材１３２の直上部に向かって出射される。
図１１は、本実施の形態、比較例１および比較例２における光束制御部材を用いた場合の光拡散部材１２０上の照度分布のシミュレーション結果を示した図である。図１１の実線は、本発明に係る光束制御部材１３２を用いた場合の照度を示しており、長い破線は、比較例１に係る光束制御部材２３２を用いた場合の照度を示しており、短い破線は、比較例２に係る光束制御部材３３２を用いた場合の照度を示している。図１１の横軸は光軸ＬＡと拡散板との交点からの距離（ｍｍ）を示しており、図１１の縦軸は照度（ｌｕｘ）を示している。
図１１に示されるように、比較例１に係る光束制御部材２３２、比較例２に係る光束制御部材３３２、本実施の形態に係る光束制御部材１３２の順番に光束制御部材の直上部の輝度が低くなることが分かる。また、本実施の形態に係る光束制御部材１３２、比較例２に係る光束制御部材３３２、比較例１に係る光束制御部材２３２の順番で光拡散部材１２０上における照度分布が拡がることが分かる。
（効果）
以上のように、実施の形態１に係る光束制御部材１３２では、反射面１４２で反射する光の光路上には環状溝１４３が形成されていないため、反射面１４２で反射した光が中心軸ＣＡと直交する方向または中心軸ＣＡと直交する方向よりも裏側に向かう方向に向けて出射される。このため、本実施の形態に係る面光源装置１００において、照度分布の波形を改善できる。また、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝１４３の形状を台形とすることで、肉抜きする体積が増えるため、製造コストも削減できる。
［実施の形態１の変形例１～４］
実施の形態１の変形例１～４に係る面光源装置は、光束制御部材の構成のみが実施の形態１に係る面光源装置１００と異なる。そこで、変形例１～４に係る光束制御部材５３２、６３２、７３２、８３２のみについて説明する。
図１２Ａ～Ｄは、変形例１～４に係る光束制御部材５３２、６３２、７３２、８３２の部分拡大断面図である。図１２Ａは、変形例１に係る光束制御部材５３２の部分拡大断面図であり、図１２Ｂは、変形例２に係る光束制御部材６３２の部分拡大断面図であり、図１２Ｃは、変形例３に係る光束制御部材７３２の部分拡大断面図であり、図１２Ｄは、変形例４に係る光束制御部材８３２の部分拡大断面図である。
図１２Ａに示されるように、変形例１に係る光束制御部材５３２における環状溝５４３は、第１環状面５５５と、第２環状面５５６と、第３環状面５５７とを有する。本変形例では、中心軸ＣＡに対する第１環状面５５５の傾斜角度は、中心軸ＣＡに対する第２環状面５５６の傾斜角度よりも小さい。また、中心軸ＣＡを含む断面において、第１環状面５５５の上側端部の中心軸ＣＡ方向の長さは、第２環状面５５６の上側端部の中心軸ＣＡ方向の長さよりも長い。すなわち、本変形例に係る光束制御部材５３２における第３環状面５５７は、中心から離れるについて、裏面１４５に近づくように配置されている。
図１２Ｂに示されるように、変形例２に係る光束制御部材６３２における環状溝６４３は、第１環状面６５５と、第２環状面６５６と、第３環状面６５７とを有する。本変形例では、第３環状面６５７は、第１個別環状面６７５ａおよび第２個別環状面６７５ｂを有する。中心軸ＣＡを含む断面において、第１個別環状面６７５ａおよび第２個別環状面６７５ｂは、直線でもよいし、曲線でもよい。本実施の形態では、第１個別環状面６７５ａおよび第２個別環状面６７５ｂは、曲面である。第１個別環状面６７５ａは、中心から外周部に向かうにつれて、裏面１４５に近づくように形成されている。第２個別環状面６７５ｂは、中心から外周部に向かうにつれて、裏面１４５から離れるように形成されている。
図１２Ｃに示されるように、変形例３に係る光束制御部材７３２における環状溝７４３は、第１環状面６５５と、第２環状面６５６と、第３環状面７５７とを有する。本変形例では、第３環状面７５７は、第１個別環状面６７５ａ、第２個別環状面６７５ｂおよび第３個別環状面７７５ｃを有する。第１個別環状面６７５ａおよび第２個別環状面６７５ｂは、変形例２と同じであるため、その説明を省略する。第３個別環状面７７５ｃは、第１個別環状面６７５ａおよび第２個別環状面６７５ｂを繋ぐ。本実施の形態では、第３個別環状面７７５ｃは、裏面１４５と平行となるように配置されている。
図１２Ｄに示されるように、変形例４に係る光束制御部材８３２における環状溝８４３は、第１環状面６５５と、第２環状面６５６と、第３環状面８５７とを有する。本変形例では、本変形例では、第３環状面８５７は、裏面１４５側に凸の曲面である。
変形例１～４において、第１環状溝５５５、６５５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発光素子１３１からの高さが大きくなる傾斜面であり、発光素子１３１の発光中心から出射され、入射面１４１で入射した後、第１環状面５５５、６５５へ直接到達する光を表側に向けて屈折させる。また、第２環状面５５６、６５６は、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡに近づくにつれて、発光素子１３１からの高さが大きくなる傾斜面であり、発光素子１３１から出射され、第２環状面５５６、６５６に直接到達した光を表側に向けて屈折させる。
［実施の形態２］
次に、実施の形態２に係る光束制御部材９３２の構成について説明する。図１３Ａ～Ｃは、実施の形態２に係る光束制御部材９３２の構成を示す図である。図１３Ａは、実施の形態２に係る光束制御部材９３２を入射面９４１側から見た斜視図であり、図１３Ｂは、底面図であり、図１３Ｃは、中心軸ＣＡを含む断面図である。
図１３Ａ～Ｃに示されるように、実施の形態２に係る光束制御部材９３２は、入射面９４１と、反射面１４２と、環状溝１４３と、出射面１４４と有する。本実施の形態では、入射面９４１は、平面である。
（効果）
実施の形態２に係る光束制御部材９３２は、実施の形態１に係る光束制御部材１３２と同様の効果を有する。
本発明に係る光束制御部材、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。
１００ 面光源装置
１００’ 表示装置
１０１ 表示部材
１１０ 筐体
１１１ 底板
１１２ 基板
１２０ 光拡散部材
１３０ 発光装置
１３１ 発光素子
１３２、２３２、３３２、５３２、６３２、７３２、８３２、９３２ 光束制御部材
１４１、９４１ 入射面
１４２ 反射面
１４３、２４３、３４３、５４３、６４３、７４３、８４３ 環状溝
１４４ 出射面
１４５ 裏面
１４６ フランジ
１５１ 第１入射面
１５２ 第２入射面
１５３ 凹部
１５５、２５５、３５５、５５５、６５５ 第１環状面
１５６、２５６、３５６、５５６、６５６ 第２環状面
１５７、５５７、６５７、７５７、８５７ 第３環状面
６７５ａ 第１個別環状面
６７５ｂ 第２個別環状面
７７５ｃ 第３個別環状面
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸

Claims (9)

  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配置され、前記発光素子から出射された光を入射させるための入射面と、
    前記中心軸から離れるにつれて前記発光素子からの高さが大きくなるように表側に配置され、前記入射面で入射した光を側方に反射させるための反射面と、
    前記入射面より前記中心軸から離れており、前記中心軸を囲むように裏側に配置され、前記中心軸側に配置された第１環状面と、前記第１環状面より前記中心軸から離れており、前記第１環状面と離間して配置された第２環状面とを含む環状溝と、
    前記環状溝より前記中心軸から離れており、前記中心軸を囲むように配置され、前記反射面で反射した光を出射させるための出射面と、
    を有し、
    前記環状溝は、前記発光素子の発光中心から出射され、前記入射面で入射し前記反射面で反射してから前記出射面へ到達するまでの光の光路と交わらないように配置され、
    前記第１環状面は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸から離れるにつれて前記発光素子からの高さが大きくなる傾斜面であり、前記発光素子の発光中心から出射され、前記入射面で入射した後、前記第１環状面へ直接到達する光を表側に向けて屈折させ、
    前記第２環状面は、前記中心軸を含む断面において、前記中心軸に近づくにつれて、前記発光素子からの高さが大きくなる傾斜面であり、前記発光素子から出射され、前記第２環状面に直接到達した光を表側に向けて屈折させる、
    光束制御部材。
  2. 前記発光素子の発光中心から出射され、前記入射面で入射し前記反射面で反射した後、前記出射面に直接到達した光は、前記中心軸と直交する方向または前記中心軸と直交する方向よりも裏側に向かう方向に向けて出射される、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 前記環状溝は、前記第１環状面および前記第２環状面を繋ぐ第３環状面をさらに有し、
    前記第３環状面は、前記発光素子から出射され、前記入射面で入射していない光が直接到達しないように配置されている、
    請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。
  4. 前記入射面は、
    前記中心軸と交わるように形成された凹部の内面である第１入射面と、
    前記第１入射面の開口縁部と前記環状溝との間に配置された第２入射面と、
    を有する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
  5. 前記環状溝の底部は、前記反射面の前記中心軸と交わる部分より表側に配置されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の光束制御部材。
  6. 前記環状溝は、前記中心軸に対して回転対称である、請求項１～５のいずれか一項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。
  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。
JP2020047743A 2020-03-18 2020-03-18 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 Active JP7409921B2 (ja)

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