WO2015151675A1 - 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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健介 平加
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株式会社エンプラス
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Definitions

  • the present invention relates to a light flux controlling member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element.
  • the present invention also relates to a light emitting device, a surface light source device, and a display device having the light flux controlling member.
  • a direct type surface light source device may be used as a backlight.
  • direct type surface light source devices having a plurality of light emitting elements as light sources have come to be used.
  • a direct type surface light source device has a substrate, a plurality of light emitting elements, a plurality of light flux controlling members, and a light diffusing member.
  • the plurality of light emitting elements are arranged in a matrix on the substrate.
  • a light flux controlling member that spreads light emitted from each light emitting element in the surface direction of the substrate is disposed on each light emitting element.
  • the light emitted from the light flux controlling member is diffused by the light diffusing member and illuminates the irradiated member (for example, a liquid crystal panel) in a planar shape (for example, see Patent Document 1).
  • the surface light source device is disposed on a substrate, a light emitting element disposed on the substrate, a light emitting element disposed on the substrate, a light emitting element disposed on the substrate, and a light emitting element.
  • a light beam control member optical direction conversion optical element
  • a light diffusion member diffuse transmission unit
  • the light flux controlling member is formed on an incident surface on which light emitted from the light emitting element is incident, a reflection surface that reflects incident light to the side, and emits light reflected on the reflection surface. And an exit surface.
  • the light emitted from the light emitting element enters the light flux controlling member from the incident surface.
  • the light incident on the light flux controlling member is reflected to the side by the reflecting surface and is emitted from the light emitting surface to the outside of the light flux controlling member.
  • the surface light source device described in Patent Document 1 a part of the light emitted from the emission surface toward the side propagates in the air as it is and reaches the casing. Thus, a part of the light emitted from the emission surface may not be used after being attenuated without reaching the light diffusing member. As described above, the surface light source device according to Patent Document 1 has a problem that the light emitted from the light emitting element cannot be sufficiently utilized.
  • an object of the present invention is to provide a light flux controlling member capable of increasing the utilization efficiency of light emitted from a light emitting element.
  • the light-emitting device includes a light-emitting element and a light beam control member according to the present invention, and the light beam control member is disposed so that the central axis coincides with the optical axis of the light-emitting element.
  • the surface light source device includes the light emitting device according to the present invention and a light diffusing member that diffuses and transmits light from the light emitting device.
  • the display device includes the surface light source device according to the present invention and a display member that is irradiated with light emitted from the surface light source device.
  • FIG. 1A and 1B are external views showing the configuration of the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2A and 2B are cross-sectional views showing the configuration of the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view in which a part of FIG. 2B is enlarged.
  • 4A to 4D are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view in which a part of FIG. 4D is enlarged.
  • 6A and 6B are diagrams showing simulation results of the optical path in the light flux controlling member according to Embodiment 1 and Comparative Example 1.
  • FIG. 7A to 7D are cross-sectional views of the light flux controlling member according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a light flux controlling member according to a comparative example.
  • 9A and 9B are diagrams showing simulation results of the optical path in the light flux controlling member according to Embodiment 2 and Comparative Example 2.
  • FIG. 10A to 10C are diagrams showing simulation results of the illuminance distribution when the light flux controlling member in the second embodiment and the comparative example 2 are used.
  • a surface light source device suitable for a backlight of a liquid crystal display device will be described as a representative example of the surface light source device according to the present invention.
  • These surface light source devices can be used as a display device by combining with an irradiated member (for example, a liquid crystal panel) irradiated with light from the surface light source device.
  • FIG. 1A is a plan view of surface light source device 100 according to Embodiment 1
  • FIG. 1B is a front view
  • 2A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1B
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 1A
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view in which a part of FIG. 2B is enlarged.
  • the surface light source device 100 includes a housing 120, a light diffusing member 140, and a plurality of light emitting devices 160.
  • the plurality of light emitting devices 160 are arranged in a matrix on the bottom plate 122 of the housing 120.
  • the inner surface of the bottom plate 122 functions as a diffuse reflection surface.
  • the top plate of the housing 120 is provided with an opening.
  • the light diffusing member 140 is disposed so as to close the opening, and functions as a light emitting surface.
  • the size of the light emitting surface is not particularly limited, but is about 400 mm ⁇ about 700 mm (32 inches), for example.
  • the light emitting element 162 is a light source of the surface light source device 100 and is mounted on the substrate 124.
  • the light emitting element 162 is a light emitting diode (LED) such as a white light emitting diode.
  • the light beam control member 200 is a diffusion lens that controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element 162, and is fixed on the substrate 124.
  • the light flux controlling member 200 is disposed on the light emitting element 162 so that the central axis CA coincides with the optical axis LA of the light emitting element 162.
  • a reflecting surface 220 and an exit surface 240 of the light flux controlling member 200 described later are both rotationally symmetric (circularly symmetric), and their rotational axes coincide.
  • the rotation axes of the reflection surface 220 and the emission surface 240 are referred to as “center axis CA of the light flux controlling member”.
  • the light flux controlling member 200 is formed by integral molding.
  • the material of the light flux controlling member 200 is not particularly limited as long as it is a material that can transmit light having a desired wavelength.
  • the material of the light flux controlling member 200 is light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), and epoxy resin (EP), or glass.
  • the surface light source device 100 In the surface light source device 100 according to the present embodiment, the light emitted from each light emitting element 162 is expanded by each light flux controlling member 200 so as to illuminate a wide area of the light diffusing member 140. The light emitted from each light flux controlling member 200 is further diffused by the light diffusing member 140. As a result, the surface light source device 100 according to the present embodiment can uniformly illuminate a planar irradiated member (for example, a liquid crystal panel).
  • a planar irradiated member for example, a liquid crystal panel
  • FIG. 4A is a plan view of light flux controlling member 200 according to Embodiment 1
  • FIG. 4B is a bottom view
  • FIG. 4C is a side view
  • FIG. 4D is an AA shown in FIG. 4B. It is sectional drawing of a line.
  • FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of FIG. 4D.
  • the inclination angle of the reflecting surface 220 with respect to the surface direction of the substrate 124 decreases from the central portion toward the outer peripheral portion.
  • the reflection surface 220 has an inclination angle of zero with respect to the surface direction of the substrate 124 (parallel to the substrate 124) at a position between the central portion and the outer peripheral portion and close to the outer peripheral portion.
  • the “bus line” generally means a straight line that draws a ruled surface, but in the present invention, it is used as a word including a curve for drawing the reflection surface 220 that is a rotationally symmetric surface.
  • the annular groove 230 is disposed outside the entrance surface 210 and on the back side so as to surround the central axis CA.
  • the annular groove 230 refracts a part of the light reflected by the reflecting surface 220 toward the front side.
  • the annular groove 230 has a first annular surface 232 and a second annular surface 234.
  • the cross-sectional shape including the central axis CA of the annular groove 230 is not particularly limited as long as it has the first annular surface 232 and the second annular surface 234 and can exhibit the above-described function.
  • the cross-sectional shape of the annular groove 230 including the central axis CA is a triangle.
  • a ridge line 236 is formed in a trough between the first annular surface 232 and the second annular surface 234.
  • the annular groove 230 is formed such that the groove width increases as it approaches the opening edge from the valley.
  • the depth of the annular groove 230 in the cross section including the central axis CA may be the same or different in the circumferential direction with the central axis CA as the rotation axis. In the present embodiment, the depth of the annular groove 230 in the cross section including the central axis CA is the same in the circumferential direction with the central axis CA as the rotation axis.
  • the width of the annular groove 230 in the cross section including the central axis CA may be the same or different in the circumferential direction with the central axis CA as the rotation axis.
  • the width of the annular groove 230 in the cross section including the central axis CA is the same in the circumferential direction with the central axis CA as the rotation axis. That is, in the present embodiment, the annular groove 230 is rotationally symmetric with respect to the central axis CA.
  • it is preferable that the trough part of the annular groove 230 is arrange
  • the trough of the annular groove 230 means “the deepest position from the opening in the annular groove 230”.
  • the first annular surface 232 is disposed on the central axis CA side so as to surround the central axis CA.
  • the inclination direction of the first annular surface 232 with respect to the central axis CA is not particularly limited.
  • the first annular surface 232 may be disposed so as to approach the front side of the light flux controlling member 200 as the distance from the central axis CA increases. That is, the first annular surface 232 may have an inverted frustoconical side shape. Thereby, when the light beam control member 200 is injection-molded, the light beam control member 200 is easily removed from the mold.
  • the first annular surface 232 may be disposed in parallel with the central axis CA. That is, the first annular surface 232 may have a shape of a side surface of a cylinder.
  • the second annular surface 234 is disposed outside the first annular surface 232 so as to surround the central axis CA.
  • the second annular surface 234 is arranged so as to approach the back side as it goes from the central axis CA side (center portion) to the outer peripheral portion.
  • the cross-sectional shape including the central axis CA of the second annular surface 234 is not particularly limited.
  • the cross-sectional shape including the central axis CA of the second annular surface 234 includes a straight line or a curved line. Examples of curves include an arc with the center of curvature outside it and an arc with the center of curvature inside it.
  • the cross-sectional shape including the central axis CA of the second annular surface 234 is a straight line. That is, the second annular surface 234 has a frustoconical side shape.
  • the ridge line 236 is a boundary line between the first annular surface 232 and the second annular surface 234, and is disposed so as to surround the central axis CA.
  • the ridge line 236 (the valley portion of the annular groove 230) is preferably arranged on the front side from the central portion of the reflecting surface 220 (see the double arrow line shown in FIG. 5).
  • the leg portion 180 is a portion for positioning the light flux controlling member main body including the incident surface 210, the reflecting surface 220, the annular groove 230, and the exit surface 240 with respect to the substrate 124.
  • three leg portions 180 are arranged on the incident surface 210.
  • FIG. 6A is an optical path diagram of light emitted from the center of the light emitting surface of the light emitting element 162 in the light flux controlling member 200 ′ according to Comparative Example 1
  • FIG. 6B is a light flux controlling member 200 according to Embodiment 1.
  • 4 is an optical path diagram of light emitted from the center of the light emitting surface of the light emitting element 162.
  • the leg part 180 is abbreviate
  • the light flux controlling member 200 in the light flux controlling member 200 according to Embodiment 1, a part of the light emitted from the center of the light emitting element 162 is incident on the incident surface 210 and travels toward the reflecting surface 220. Refract. The light that has entered the light flux controlling member 200 is reflected sideways by the reflecting surface 220. Then, a part of the light reflected by the reflection surface 220 (light reflected by the portion on the emission surface 240 side of the reflection surface 220) is emitted from the emission surface 240 to the outside of the light flux controlling member 200.
  • the surface light source device according to the second embodiment is different from the surface light source device 100 according to the first embodiment only in the configuration of the light flux controlling member 300. Therefore, only the light flux controlling member 300 according to Embodiment 2 will be described.
  • FIGS. 7A to 7D are diagrams showing a configuration of light flux controlling member 300 according to Embodiment 2.
  • 7A is a plan view of light flux controlling member 300 according to Embodiment 2
  • FIG. 7B is a bottom view
  • FIG. 7C is a front view
  • FIG. 7D is an AA shown in FIG. 7B. It is sectional drawing of a line.
  • the light flux controlling member 300 has an incident surface 310, a reflecting surface 220, an annular groove 230, an exit surface 240, and an inspection reference surface 350.
  • the incident surface 310 has an inner incident surface including a concave surface 312 and a back surface 314, and an outer inclined surface including an inclined surface 316.
  • the concave surface 312 is formed in the central portion on the back side (light emitting element 162 side) of the light flux controlling member 300.
  • the concave surface 312 allows a part of the light emitted from the light emitting element 162 to enter.
  • the concave surface 312 is a substantially spherical crown-shaped rotationally symmetric (circularly symmetric) surface formed so as to approach the light emitting element 162 as the distance from the optical axis LA increases.
  • the central axis of the concave surface 312 coincides with the central axis CA of the light flux controlling member 300. Of the light emitted from the light emitting element 162, light having a small angle with respect to the optical axis LA is incident on the concave surface 312.
  • the back surface 314 is disposed outside the concave surface 312.
  • the back surface 314 makes a part of the light emitted from the light emitting element 162 enter.
  • the back surface 314 is a plane perpendicular to the central axis CA.
  • the back surface 314 extends from the outer peripheral edge of the concave surface 312 in a direction orthogonal to the central axis CA.
  • light having a larger angle with respect to the optical axis LA than the light incident on the concave surface 312 enters the back surface 314.
  • the inclined surface 316 is disposed outside the back surface 314.
  • the inclined surface 316 makes a part of the light emitted from the light emitting element 162 enter.
  • the inclined surface 316 is disposed so as to move away from the light emitting element 162 as it moves away from the central axis CA (optical axis LA).
  • the inclined surface 316 is formed at an angle that does not intersect the optical path of the light emitted from the center of the light emitting surface of the light emitting element 162 and incident at the outer edge of the inner incident surface.
  • the inspection reference surface 350 is disposed on the front side of the inclined surface 316 and on the outer side of the inclined surface 316. The light emitted from the center of the light emitting surface of the light emitting element 162 does not reach the inspection reference surface 350 directly.
  • the inspection reference plane 350 is a plane perpendicular to the central axis CA.
  • the inspection reference surface 350 extends from the outer peripheral edge of the inclined surface 316 in a direction orthogonal to the central axis CA.
  • a leg portion 180 is fixed to the inspection reference plane 350. Thereby, the dimension of the height direction, such as the leg part 180 of the light beam control member 300 and the emission surface 240 described later, can be easily inspected with the inspection reference surface 350 as a reference.
  • legs 180 are provided on the inspection reference plane 350.
  • the annular groove 230 is arranged outside the inspection reference surface 350 and on the back side.
  • FIG. 9A is an optical path diagram of light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 162 in the light flux controlling member 300 ′ according to Comparative Example 2
  • FIG. 9B is a diagram showing light emission in the light flux controlling member 300 according to Embodiment 2.
  • 3 is an optical path diagram of light emitted from a light emitting surface of an element 162.
  • FIGS. 9A and 9B hatching and legs 180 are omitted.
  • the light flux controlling member 300 ′ As shown in FIG. 9A, in the light flux controlling member 300 ′ according to the comparative example, a part of the light emitted from the light emitting element 162 is incident on the incident surface 310 and is refracted toward the reflecting surface 220. The light incident on the light flux controlling member 300 ′ is reflected sideways by the reflecting surface 220. Then, the light reflected by the reflection surface 220 is emitted from the emission surface 240 to the outside of the light flux controlling member 300 '.
  • the light flux controlling member 300 in the light flux controlling member 300 according to Embodiment 2, a part of the light emitted from the light emitting element 162 is incident on the incident surface 310 and refracted toward the reflecting surface 220. To do.
  • the light that has entered the light flux controlling member 300 is reflected sideways by the reflecting surface 220.
  • a part of the light reflected by the reflection surface 220 (light reflected by the portion of the reflection surface 220 on the emission surface 240 side) is emitted from the emission surface 240 to the outside of the light flux controlling member 300.
  • a part of the light reflected by the reflecting surface 220 (light reflected by the central axis CA side portion of the reflecting surface 220) is emitted from the first annular surface 232 to the outside of the light flux controlling member 300.
  • the first annular surface 232 is substantially parallel to the central axis CA, the light emitted from the first annular surface 232 is not refracted much.
  • the light emitted from the first annular surface 232 enters the light flux controlling member 300 through the second annular surface 234.
  • the second annular surface 234 is arranged so as to approach the back side from the central portion toward the outer peripheral portion, the light incident on the second annular surface 234 is largely refracted toward the front side.
  • light flux controlling member 300 according to Embodiment 2 has the same effect as light flux controlling member 200 according to Embodiment 1. Further, light flux controlling member 300 according to the second embodiment can be reduced in weight as compared with light flux controlling member 200 according to the first embodiment.
  • the light flux controlling member, the light emitting device, and the surface light source device according to the present invention can be applied to, for example, a backlight of a liquid crystal display device or general illumination.

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Abstract

本発明に係る光束制御部材（２００）は、入射面（２１０）と、反射面（２２０）と、第１環状面および第２環状面を含む環状溝（２３０）と、出射面（２４０）とを有する。環状溝は、発光素子（１６２）の中心から出射され、入射面で入射してから反射面で反射するまでの光の光路と交わらないように、かつ発光素子の中心以外の点から出射され、入射面で入射し、反射面で反射してから出射面へ到達するまでの光の少なくとも一部の光路と交わるように配置されている。第２環状面は、環状溝の谷部から環状溝の開口縁に近づくにしたがって、環状溝の幅が広がるように形成され、発光素子から出射され、入射面で入射し、反射面で反射した光を表側に向けて屈折させる。

Description

光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
　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、複数の発光素子、複数の光束制御部材および光拡散部材を有する。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に係る面光源装置は、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（光方向変換用光学素子）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（拡散透過部）と、を有する。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、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して、出射面から光束制御部材の外部に出射される。
特開２００７－０４８８８３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、出射面から側方に向かって出射した光の一部は、そのまま空気内を伝播して筐体に到達する。このように、出射面から出射した光の一部は、光拡散部材に到達せずに減衰して利用されない場合がある。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を十分に利用できていないという問題がある。
　そこで、本発明の目的は、発光素子から出射された光の利用効率を高く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装置、面光源装置および表示装置を提供することである。
　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入射面と、その中央部分から外周部分に向かうにつれて前記発光素子から離れ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反射面と、前記入射面より外側であって、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環状面より外側に配置された第２環状面とを含む環状溝と、前記環状溝より外側であって、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出射面と、を有し、前記環状溝は、前記発光素子の中心から出射され、前記入射面で入射してから前記反射面で反射するまでの光の光路と交わらないように、かつ前記発光素子から出射され、前記入射面で入射した光のうち、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少なくとも一部の光路と交わるように配置され、前記第２環状面は、前記環状溝の谷部から前記環状溝の開口縁に近づくにしたがって、前記環状溝の幅が広がるように形成され、前記発光素子から出射され、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光束制御部材を有する発光装置は、発光素子から出射された光の利用効率を高くすることができる。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外観図である。 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４Ａ～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５は、図４Ｄの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図６Ａ、Ｂは、実施の形態１および比較例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７Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材の断面図である。 図８は、比較例に係る光束制御部材の断面図である。 図９Ａ、Ｂは、実施の形態２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２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。これらの面光源装置は、面光源装置からの光を照射される被照射部材（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。
　［実施の形態１］
　（面光源装置および発光装置の構成）
　図１～３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１および図２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１２０、光拡散部材１４０および複数の発光装置１６０を有する。複数の発光装置１６０は、筐体１２０の底板１２２上にマトリックス状に配置されている。底板１２２の内面は、拡散反射面として機能する。また、筐体１２０の天板には、開口部が設けられている。光拡散部材１４０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。
　図３に示されるように、複数の発光装置１６０は、それぞれ基板１２４上に固定されている。複数の基板１２４は、それぞれ筐体１２０の底板１２２上の所定の位置に固定されている。複数の発光装置１６０は、それぞれ発光素子１６２および光束制御部材２００を有する。
　発光素子１６２は、面光源装置１００の光源であり、基板１２４上に実装されている。発光素子１６２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２００は、発光素子１６２から出射された光の配光を制御する拡散レンズであり、基板１２４上に固定されている。光束制御部材２００は、その中心軸ＣＡが発光素子１６２の光軸ＬＡに一致するように、発光素子１６２の上に配置されている。なお、後述する光束制御部材２００の反射面２２０および出射面２４０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。この反射面２２０および出射面２４０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１６２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１６２が実装された基板１２４と光束制御部材２００の入射面２１０との間には、発光素子１６２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２００は、一体成形により形成されている。光束制御部材２００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２００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。
　本実施の形態に係る面光源装置１００は、光束制御部材２００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材２００の詳細については、後述する。
　光拡散部材１４０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置１６０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１４０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１４０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１４０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１４０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１６２から出射された光は、各光束制御部材２００により光拡散部材１４０の広範囲を照らすように拡げられる。各光束制御部材２００から出射された光は、さらに光拡散部材１４０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および図５は、実施の形態１に係る光束制御部材２００の構成を示す図である。図４Ａは、実施の形態１に係る光束制御部材２００の平面図であり、図４Ｂは、底面図であり、図４Ｃは、側面図であり、図４Ｄは、図４Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。図５は、図４Ｄの部分拡大断面図である。
　図４および図５に示されるように、光束制御部材２００は、入射面２１０、反射面２２０、環状溝２３０および出射面２４０を有する。
　入射面２１０は、光束制御部材２００の裏（発光素子１６２）側の中央部分に配置された平面である。入射面２１０は、光軸ＬＡに直交して配置されており、入射した光を反射面２２０に向かって屈折させる。入射面２１０の平面視形状は、特に限定されないが、本実施の形態では、円形である。
　反射面２２０は、入射面２１０で入射した光を側方に向けて反射させる。反射面２２０は、光束制御部材２００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１６２に対して凹の曲線であり、反射面２２０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（図４参照）。すなわち、反射面２２０は、中心部分から外周部分に向かうにつれて発光素子１６２からの高さが高くなる非球面形状の曲面を有する。また、反射面２２０の外周部分は、反射面２２０の中心と比較して、発光素子１６２の光軸ＬＡ方向における発光素子１６２からの距離（高さ）が離れた位置に形成されている。たとえば、反射面２２０は、中心部分から外周部分に向かうにつれて発光素子１６２からの高さが高くなる非球面形状の曲面であるか、または、中心部分から所定の地点までは中心部分から外周部分に向かうにつれて発光素子１６２（基板１２４）からの高さが高くなり、前記所定の地点から外周部分までは中心部分から外周部分に向かうにつれて発光素子１６２からの高さが低くなる非球面形状の曲面である。前者の場合、基板１２４の面方向に対する反射面２２０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。一方、後者の場合、反射面２２０には、中心部分と外周部分との間であって、かつ外周部分に近い位置に、基板１２４の面方向に対する傾斜角度が零（基板１２４と平行）となる点が存在する。なお、「母線」とは、一般的に線織面を描く直線を意味するが、本発明では回転対称面である反射面２２０を描くための曲線を含む語として用いる。
　環状溝２３０は、入射面２１０より外側であって、中心軸ＣＡを囲むように裏側に配置されている。環状溝２３０は、反射面２２０で反射した光の一部を表側に向けて屈折させる。環状溝２３０は、第１環状面２３２および第２環状面２３４を有する。環状溝２３０の中心軸ＣＡを含む断面形状は、第１環状面２３２および第２環状面２３４を有し、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を含む環状溝２３０の断面形状は、三角形である。すなわち、本実施の形態では、第１環状面２３２および第２環状面２３４の間の谷部には、稜線２３６が形成されている。環状溝２３０は、谷部から開口縁に近づくにしたがって溝幅が広がるように形成されている。また、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝２３０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、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝２３０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、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝２３０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、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝２３０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２３０は、中心軸ＣＡに対して回転対称である。また、環状溝２３０の谷部は、反射面２２０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５に示される両矢印線参照）。ここで、環状溝２３０の谷部とは、「環状溝２３０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２３２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２３２の中心軸ＣＡに対する傾斜方向は、特に限定されない。第１環状面２３２は、中心軸ＣＡから離れるにつれて、光束制御部材２００の表側に近づくように配置されていてもよい。すなわち、第１環状面２３２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２００を射出成形する場合に金型から光束制御部材２００が抜けやすくなる。また、第１環状面２３２は、中心軸ＣＡと平行に配置されていてもよい。すなわち、第１環状面２３２は、円柱の側面の形状であってもよい。
　第２環状面２３４は、第１環状面２３２より外側に、中心軸ＣＡを取り囲むように配置されている。また、第２環状面２３４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。第２環状面２３４の中心軸ＣＡを含む断面形状は、特に限定されない。第２環状面２３４の中心軸ＣＡを含む断面形状は、直線または曲線が含まれる。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、第２環状面２３４の中心軸ＣＡを含む断面形状は、直線である。すなわち、第２環状面２３４は、円錐台形の側面の形状である。
　稜線２３６は、第１環状面２３２および第２環状面２３４の境界線であり、中心軸ＣＡを取り囲むように配置されている。稜線２３６（環状溝２３０の谷部）は、反射面２２０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５に示される両矢印線参照）。
　出射面２４０は、反射面２２０で反射した光を光束制御部材２００の外部に出射させる。出射面２４０は、中心軸ＣＡを取り囲むように配置されている。本実施の形態では、出射面２４０は、中心軸ＣＡに沿った曲面である。中心軸ＣＡを含む断面において、出射面２４０の上端は、反射面２２０に接続されている。一方、中心軸ＣＡを含む断面において、出射面２４０の下端は、第２環状面２３４に接続されている。
　脚部１８０は、入射面２１０、反射面２２０、環状溝２３０および出射面２４０を含む光束制御部材本体を基板１２４に対して位置決めするための部分である。本実施の形態では、脚部１８０は、入射面２１０に３本配置されている。
　（シミュレーション）
　実施の形態１の光束制御部材２００において、発光素子１６２から出射される光の光路ついてシミュレーションを行った。また、比較のため、環状溝２３０を有しない光束制御部材２００’（以下「比較例に係る光束制御部材２００’」ともいう）についても、同様のシミュレーションを行った。
　図６Ａは、比較例１に係る光束制御部材２００’において、発光素子１６２の発光面の中心から出射された光の光路図であり、図６Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材２００において、発光素子１６２の発光面の中心から出射された光の光路図である。なお、図６Ａおよび図６Ｂでは、脚部１８０を省略している。
　図６Ａに示されるように、比較例１に係る光束制御部材２００’において、発光素子１６２の中心から出射された光の一部は、入射面２１０で入射して、反射面２２０に向かって屈折する。光束制御部材２００’内に入射した光は、反射面２２０で側方に向かって反射される。そして、反射面２２０で反射した光は、出射面２４０から光束制御部材２００’の外部に出射する。このとき、光束制御部材２００’から出射した光は、側方に向かって進行する。
　一方、図６Ｂに示されるように、実施の形態１に係る光束制御部材２００において、発光素子１６２の中心から出射された光の一部は、入射面２１０で入射して、反射面２２０に向かって屈折する。光束制御部材２００内に入射した光は、反射面２２０で側方に向かって反射される。そして、反射面２２０で反射した光の一部（反射面２２０の出射面２４０側部分で反射した光）は、出射面２４０から光束制御部材２００の外部に出射する。また、反射面２２０で反射した光の一部（反射面２２０の中心軸ＣＡ側部分で反射した光）は、第１環状面２３２から光束制御部材２００の外部に出射しする。このとき、第１環状面２３２は中心軸ＣＡに対して略平行であるため、第１環状面２３２で出射した光は、あまり屈折しない。また、第１環状面２３２から出射した光は、第２環状面２３４で光束制御部材２００の内部に入射する。このとき、第２環状面２３４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２３４で入射した光は、大きく表側に向かって屈折する。このように、反射面２２０の裏側で反射した光の一部は、第１環状面２３２および第２環状面２３４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２４０から光束制御部材２００の外部に出射する。
　（効果）
　以上のように、実施の形態１に係る光束制御部材２００では、反射面２２０で反射する光の光路上の一部に、光を表側に屈折させる環状溝２３０が形成されているため、反射面２２０で反射する光の一部は、表側に向かって出射される。このため、実施の形態１に係る光束制御部材２００では、発光素子１６２から出射された光を効率よく使用することができる。また、実施の形態１に係る面光源装置１００において、照度分布の波形を改善することができる。
　［実施の形態２］
　実施の形態２に係る面光源装置は、光束制御部材３００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、実施の形態２に係る光束制御部材３００のみについて説明する。
　（光束制御部材の構成）
　図７Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材３００の構成を示す図である。図７Ａは、実施の形態２に係る光束制御部材３００の平面図であり、図７Ｂは、底面図であり、図７Ｃは、正面図であり、図７Ｄは、図７Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
　図７Ａ～Ｄに示されるように、本発明の実施の形態２に係る光束制御部材３００は、入射面３１０、反射面２２０、環状溝２３０、出射面２４０および検査基準面３５０を有する。
　入射面３１０は、凹面３１２および裏面３１４を含む内側入射面と、傾斜面３１６を含む外側傾斜面とを有する。
　凹面３１２は、光束制御部材３００の裏側（発光素子１６２側）の中央部分に形成されている。凹面３１２は、発光素子１６２から出射された光の一部を入射させる。本実施の形態では、凹面３１２は、光軸ＬＡから離れるにつれて発光素子１６２に近づくように形成された、略球冠形状の回転対称（円対称）面である。凹面３１２の中心軸と光束制御部材３００の中心軸ＣＡとは一致している。発光素子１６２から出射された光のうち、光軸ＬＡに対する角度が小さい光は、凹面３１２で入射する。
　裏面３１４は、凹面３１２の外側に配置されている。裏面３１４は、発光素子１６２から出射された光の一部を入射させる。本実施の形態では、裏面３１４は、中心軸ＣＡに垂直な平面である。裏面３１４は、凹面３１２の外周縁部から中心軸ＣＡに直交する方向に延在している。裏面３１４には、発光素子１６２から出射された光のうち、凹面３１２で入射した光より光軸ＬＡに対する角度が大きい光が入射する。
　傾斜面３１６は、裏面３１４の外側に配置されている。傾斜面３１６は、発光素子１６２から出射された光の一部を入射させる。傾斜面３１６は、中心軸ＣＡ（光軸ＬＡ）から離れるにつれて発光素子１６２から離れるように配置されている。傾斜面３１６は、発光素子１６２の発光面の中心から出射され、内側入射面の外縁で入射した光の光路と交わらない角度で形成されている。すなわち、発光素子１６２の発光面の中心から出射された光のうち、裏面３１４で入射した光より光軸ＬＡに対する角度が大きい光は傾斜面に入射せず、発光素子１６２の端部から出射された光の一部が傾斜面３１６で入射する。
　検査基準面３５０は、傾斜面３１６より表側であって、かつ傾斜面３１６の外側に配置されている。検査基準面３５０には、発光素子１６２の発光面の中心から出射した光が直接到達することはない。検査基準面３５０は、中心軸ＣＡに垂直な平面である。検査基準面３５０は、傾斜面３１６の外周縁部から中心軸ＣＡに直交する方向に延在している。検査基準面３５０には、脚部１８０が固定されている。これにより、光束制御部材３００の脚部１８０や後述する出射面２４０などの高さ方向の寸法は、検査基準面３５０を基準として簡単に検査することができる。本実施の形態では、検査基準面３５０に脚部１８０が設けられている。
　環状溝２３０は、検査基準面３５０より外側であって、かつ裏側に配置されている。
　（シミュレーション）
　実施の形態２に係る光束制御部材３００において、発光素子１６２から出射される光の光路と、光束制御部材３００上に拡散板を設置したときの拡散板上における明るさについてシミュレーションを行った。また、比較のため、環状溝２３０を有さない光束制御部材３００’（以下「比較例２に係る光束制御部材」という；図８参照）についても、同様のシミュレーションを行った。実施の形態１においてのシミュレーションでは、発光素子１６２の中心から出射された光について効果を確認したが、実施の形態２では発光素子１６２の端部から出射する光についても効果を確認した。
　図９Ａは、比較例２に係る光束制御部材３００’において、発光素子１６２の発光面から出射された光の光路図であり、図９Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材３００において、発光素子１６２の発光面から出射された光の光路図である。なお、図９Ａおよび図９Ｂでは、ハッチングおよび脚部１８０を省略している。
　図９Ａに示されるように、比較例に係る光束制御部材３００’において、発光素子１６２から出射された光の一部は、入射面３１０で入射して、反射面２２０に向かって屈折する。光束制御部材３００’内に入射した光は、反射面２２０で側方に向かって反射される。そして、反射面２２０で反射した光は、出射面２４０から光束制御部材３００’の外部に出射する。
　一方、図９Ｂに示されるように、実施の形態２に係る光束制御部材３００において、発光素子１６２から出射された光の一部は、入射面３１０で入射して、反射面２２０に向かって屈折する。光束制御部材３００内に入射した光は、反射面２２０で側方に向かって反射される。そして、反射面２２０で反射した光の一部（反射面２２０の出射面２４０側部分で反射した光）は、出射面２４０から光束制御部材３００の外部に出射する。また、反射面２２０で反射した光の一部（反射面２２０の中心軸ＣＡ側部分で反射した光）は、第１環状面２３２から光束制御部材３００の外部に出射しする。このとき、第１環状面２３２は中心軸ＣＡに対して略平行であるため、第１環状面２３２で出射した光は、あまり屈折しない。また、第１環状面２３２から出射した光は、第２環状面２３４で光束制御部材３００の内部に入射する。このとき、第２環状面２３４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２３４で入射した光は、大きく表側に向かって屈折する。このように、反射面２２０の裏側で反射した光の一部は、第１環状面２３２および第２環状面２３４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２４０から光束制御部材３００の外部に出射する。
　図１０Ａは、実施の形態２に係る光束制御部材３００を用いた場合の拡散板上における照度分布であり、図１０Ｂは、比較例２に係る光束制御部材３００’を用いた場合の拡散板上における照度分布であり、図１０Ｃは、光軸ＬＡを含む断面における拡散板上の照度分布である。図１０Ａの縦軸、横軸と、図１０Ｂの縦軸、横軸と、図１０Ｃの横軸は、光軸ＬＡと拡散板との交点からの距離（ｍｍ）を示している。また、図１０Ｃの縦軸は、照度（ｌｕｘ）を示している。また、図１０Ｃの実線は、実施の形態２に係る光束制御部材３００を用いた場合の照度を示しており、破線は、比較例２に係る光束制御部材３００’を用いた場合の照度を示している。
　図１０Ａ～Ｃに示されるように、実施の形態１に係る光束制御部材３００を用いた場合には、比較例２に係る光束制御部材３００’を用いた場合と比較して、上側に向かって制御された光が多いことが分かる（特に図１０Ｃに示される一点鎖線部分参照）。前述したように、これは、側方に向かう光の一部を、主に第１環状面２３２および第２環状面２３４により表側に向かって屈折させているためである。
　（効果）
　以上のように、実施の形態２に係る光束制御部材３００は、実施の形態１に係る光束制御部材２００と同様の効果を有する。また、実施の形態２に係る光束制御部材３００は、実施の形態１の光束制御部材２００と比較して軽量化することができる。
　本出願は、２０１４年４月２日出願の特願２０１４－０７６１５２に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　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
　１２０　筐体
　１２２　底板
　１２４　基板
　１４０　光拡散部材
　１６０　発光装置
　１６２　発光素子
　１８０　脚部
　２００、２００’、３００、３００’　光束制御部材
　２１０、３１０　入射面
　２２０　反射面
　２３０　環状溝
　２３２　第１環状面
　２３４　第２環状面
　２３６　稜線
　２４０　出射面
　３１２　凹面
　３１４　裏面
　３１６　傾斜面
　３５０　検査基準面
　ＣＡ　中心軸
　ＬＡ　光軸

Claims (7)

  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入射面と、
    　その中央部分から外周部分に向かうにつれて前記発光素子から離れ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反射面と、
    　前記入射面より外側であって、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環状面より外側に配置された第２環状面とを含む環状溝と、
    　前記環状溝より外側であって、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出射面と、
    　を有し、
    　前記環状溝は、前記発光素子の中心から出射され、前記入射面で入射してから前記反射面で反射するまでの光の光路と交わらないように、かつ前記発光素子から出射され、前記入射面で入射した光のうち、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少なくとも一部の光路と交わるように配置され、
    　前記第２環状面は、前記環状溝の谷部から前記環状溝の開口縁に近づくにしたがって、前記環状溝の幅が広がるように形成され、前記発光素子から出射され、前記入射面で入射し、前記反射面で反射した光を表側に向けて屈折させる、
    　光束制御部材。
  2. 　前記環状溝の前記谷部は、前記反射面の中心部分より表側に配置されている、請求項１に記載の光束制御部材。
  3. 　前記第２環状面の前記中心軸を含む断面形状は、直線または曲線である、請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。
  4. 　前記環状溝は、前記中心軸に対して回転対称である、請求項１～３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
  5. 　発光素子と、請求項１～４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。
  6. 　請求項５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。
  7. 　請求項６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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