JP2022140062A - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光束制御部材間の光の伝播を抑制できる光束制御部材を提供すること。【解決手段】光束制御部材は、複数の入射ユニットと、複数の出射ユニットとを有する。入射ユニットは、入射面と、第１反射面とを含む。出射ユニットは、出射促進部と、出射部と、を含む。複数の出射ユニットのうち１つの出射ユニットの側面から光束制御部材に光を入射させたときの、光束制御部材の直上に配置された光束制御部材の平面視形状と同じ平面視形状の仮想平面上における光束制御部材の重心の直上に位置する第１点と側面の中心の直上に位置する第２点を通る仮想直線上の照度について、第１点よりも第２点側の第１領域の照度の積分値は、第１点よりも第２点の反対側の第２領域の照度の積分値より大きい。【選択図】図１０

Description

本発明は、光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置に関する。

近年、液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、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。また、直下型の面光源装置では、広い範囲に光を照射するために多くの発光素子が配置されることがある（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、マトリックス状に配置された複数の発光素子と、複数の発光素子の上に配置された導光板と、導光板の上に配置された遮光散乱層とを有する光モジュールが記載されている。導光板は、発光面となる第１主面と、入射面となる第２主面と、を有する。第１主面は、傾斜面および平坦部を含む凹部を有する。また、凹部を覆うように遮光散乱層が配置されている。発光素子から出射された光は、第２主面で導光板に入射し、第１主面で外部に出射されつつ側方に向けて反射される。凹部から出射された光は、遮光散乱層によって拡散される。

特許文献２には、マトリックス状に配置された複数の光源と、複数の発光素子の上に配置された導光板とを有する照明モジュールが記載されている。光源から出射された光は、裏側の面から導光板に入射し、導光されつつ、表側の面で導光板の外部に出射される。

特開２０２０－０８７８８９号公報 特表２００９－５０６４９２号公報

上記のような導光板を有する面光源装置（光モジュール、照明モジュール）において、導光板の特定の領域のみから光を出射させたい場合がある。この場合、導光板を複数片に分割して配置した上で、特定の領域に配置された発光素子のみから光を出射させることが考えられる。しかしながら、このような面光源装置では、第１導光板片の側面から出射された光が、隣接する第２導光板片に入射してしまい、さらに第２導光板片の側面から出射された光が、隣接する第３導光板片に入射してしまうというように、複数の導光板片を光が伝播してしまうおそれがある。このように複数の導光板片を光が伝播してしまうと、面光源装置における輝度分布が所期の分布とは異なるものとなってしまう。

本発明の目的は、光束制御部材間の光の伝播を抑制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、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を提供することである。

本発明に係る光束制御部材は、基板上に配置された複数の発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、前記複数の発光素子から出射された光をそれぞれ入射させるための複数の入射ユニットと、前記基板に沿う方向において前記複数の入射ユニットの間に配置され、前記複数の入射ユニットで入射した光を導光しながら出射させるための出射ユニットと、を有し、前記入射ユニットは、前記光束制御部材の裏側に配置され、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、前記光束制御部材の表側に配置され、前記入射面で入射した光を前記発光素子の光軸から離れるように側方方向に反射させるための第１反射面と、を含み、前記出射ユニットは、前記光束制御部材の裏側に配置され、前記出射ユニットの内部を導光されている光の出射を促進させるための出射促進部と、前記光束制御部材の表側に配置され、前記出射ユニット内を導光された光を出射させるための出射部と、を含み、前記複数の出射ユニットのうち１つの前記出射ユニットの側面から前記光束制御部材に光を入射させたときの、前記光束制御部材の直上に配置された前記光束制御部材の平面視形状と同じ平面視形状の仮想平面上における前記光束制御部材の重心の直上に位置する第１点と前記側面の中心の直上に位置する第２点を通る仮想直線上の照度について、前記第１点よりも前記第２点側の第１領域の照度の積分値は、前記第１点よりも前記第２点の反対側の第２領域の照度の積分値より大きい。

本発明に係る発光装置は、複数の発光素子と、本発明の光束制御部材と、を有する。

本発明に係る面光源装置は、基板と、前記基板上に互いに離間して配置された本発明の複数の発光装置と、前記複数の発光装置の上に配置された光拡散板と、を有する。

本発明に係る表示装置は、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、光束制御部材間の光の伝播を抑制した光束制御部材置を提供できる。また、本発明によれば、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を提供できる。

図１Ａは、本発明に係る面光源装置の平面図である。図１Ｂは、本発明に係る面光源装置の正面図である。 図２Ａは、図１Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。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４は、本発明に係る光束制御部材の斜視図である。 図５Ａは、本発明に係る光束制御部材の平面図である。図５Ｂは、本発明に係る光束制御部材の底面図である。 図６Ａは、本発明に係る光束制御部材の正面図である。図６Ｂは、図５Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。図６Ｃは、出射促進部の平面図である。図６Ｄは、他の出射促進部の平面図である。 図７は、発光装置における光路図である。 図８は、面光源装置における光の伝播を示す模式図である。 図９Ａは、光束制御部材および光源２２０Ａの模式図である。図９Ｂは、照度分布を模式的に示したグラフである。 図１０Ａは、照度分布を測定するための装置の平面図である。図１０Ｂは、照度分布を測定するための装置の正面図である。図１０Ｃは、照度分布を測定するための装置の右側面図である。 図１１Ａは、ランバート散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の照度分布である。図１１Ｂは、Ｃｏｓ５乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の照度分布である。図１１Ｃは、Ｃｏｓ１０乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の照度分布である。図１１Ｄは、Ｃｏｓ５０乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の照度分布である。図１１Ｅは、Ｃｏｓ１００乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の照度分布である。図１１Ｆは、Ｃｏｓ５００乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の照度分布である。 図１２Ａは、図１１Ａ～Ｆに示される線Ａ上の照度分布を示したグラフである。図１２Ｂは、図１１Ａ～Ｆに示される線Ｂ上の照度分布を示したグラフである。 図１３Ａは、出射促進部を有さない光束制御部材を用いた場合の照度分布である。図１３Ｂは、出射促進部を有する本発明の光束制御部材を用いた場合の照度分布である。 図１４Ａは、図１３Ａおよび図１３Ｂに示される線Ａ上の照度分布を示したグラフである。図１４Ｂは、図１３Ａおよび図１３Ｂに示される線Ｂ上の照度分布を示したグラフである。 図１５は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示される線Ｃ上の照度分布を示したグラフである。 図１６Ａは、比較例に係る面光源装置における照度分布である。図１６Ｂは、本発明に係る面光源装置における照度分布である。 図１７Ａは、図１６Ａおよび図１６Ｂに示される線Ａ上の照度分布を示したグラフである。図１７Ｂは、図１６Ａおよび図１６Ｂに示される線Ｂ上の照度分布を示したグラフである。

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。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１０２（例えば液晶パネル）と組み合わせることで、表示装置１００’として使用されうる（図１Ｂ参照）。

（面光源装置および発光装置の構成）
図１Ａは、本発明に係る面光源装置１００の平面図である。図１Ｂは、本発明に係る面光源装置１００の正面図である。図２Ａは、図１Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図である。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、本実施の形態に係る面光源装置１００は、筐体１１０、複数の発光装置２００および光拡散板４００を有する。複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上に格子状（マトリックス状）に配置されている。底板１１２または基板２１０は、その表面に反射シートが配置され、その反射シートの表面が拡散反射面として機能してもよいし、底板１１２または基板２１０の表面が拡散反射面として機能してもよい。本実施の形態では、基板２１０の表面が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４００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である。

図３に示されるように、発光装置２００は、基板２１０上に固定されている。基板２１０は、筐体１１０の底板１１２上の所定の位置に固定されている。発光装置２００は、複数の発光素子２２０および光束制御部材３００を有している。発光装置２００において、複数の発光素子２２０は格子状に配置されている。

発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に実装されている。発光素子２２０の種類は、特に限定されないが、本実施の形態では、天面および側面から光を出射する発光素子２２０（例えば、ＣＯＢ型発光ダイオード）である。発光素子２２０の一辺の大きさは、特に制限されないが、例えば０．１～０．６ｍｍの範囲内である。例えば発光素子２２０の大きさは、０．２ｍｍ×０．３８ｍｍである。また、基板２１０および光拡散板４００の間隔は、５ｍｍ以下が好ましい。なお、本実施の形態では、基板２１０および光拡散板４００の間隔は、３ｍｍである。

光束制御部材３００は、複数の発光素子２２０から出射された光の配光を制御する光学部材である。光束制御部材３００は、基板２１０上に固定されている。光束制御部材３００は、一体成形により形成されている。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樹脂またはガラスである。樹脂の例には、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）が含まれる。

本実施の形態では、光束制御部材３００は、各入射ユニット３１０（入射面３１１）の中心軸ＣＡが各発光素子２２０の光軸ＬＡに一致するように、複数の発光素子２２０の上に配置されている。なお、本実施の形態に係る光束制御部材３００において、入射ユニット３１０（入射面３１１および第１反射面３１２）の形状は、回転対称（円対称）である。入射ユニット３１０の回転軸を「入射ユニット３１０、入射面３１１または第１反射面３１２の中心軸ＣＡ」という。また、「発光素子２２０の光軸ＬＡ」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。発光素子２２０が実装された基板２１０と光束制御部材３００の裏側の面３００ｂ（図５Ｂ参照）との間には、発光素子２２０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てもよいし、形成されていなくてもよい。本実施の形態では、後述する脚部３３０により、発光素子２２０が実装された基板２１０と光束制御部材３００の裏側の面３００ｂとの間には、隙間が形成されている。本実施の形態に係る光束制御部材３００の構成については、別途詳細に説明する。

光拡散板４００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。通常、光拡散板４００は、液晶パネルなどの表示部材とほぼ同じ大きさである。光拡散板４００の材料の例には、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が含まれる。光拡散板４００は、光拡散性を有するために、光拡散板４００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４００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２２０から出射された光は、光拡散板４００の特定の領域のみを照らすように光束制御部材３００により制御される。各光束制御部材３００から出射された光は、光拡散板４００で拡散される。その結果、本実施の形態に係る面光源装置１００は、面状の表示部材（例えば液晶パネル）を所期の照度分布で照らすことができる。

本実施の形態では、複数の発光装置２００は、格子状にかつ互いに離間して配置されていることが好ましい。隣り合う発光装置２００の間隔は、複数の発光素子２２０の中心間距離の半分よりも小さくしてもよい。ここで「複数の発光素子２２０の中心間距離」とは、異なる発光装置２００にそれぞれ属し、かつ隣り合う２つの発光素子２２０の中心間距離を意味する。光束制御部材３００の辺に沿う方向における隣り合う発光素子２２０の中心間距離は、異なる発光装置２００における隣り合う発光素子２２０の中心間距離と同じでもよいし、異なっていてもよい。本実施の形態では、隣り合う発光装置２００の間隔は、６ｍｍである。

（光束制御部材の構成）
図４は、本発明に係る光束制御部材３００の斜視図である。図５Ａは、本発明に係る光束制御部材３００の平面図である。図５Ｂは、本発明に係る光束制御部材３００の底面図である。図６Ａは、本発明に係る光束制御部材３００の正面図である。図６Ｂは、図５Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。図６Ｃは、出射促進部３２３の平面図である。図６Ｄは、他の出射促進部３２３の平面図である。図７は、発光装置２００における光路図である。

光束制御部材３００は、基板２１０上に配置された複数の発光素子２２０から出射された光の配向を制御するための光学部材である。本実施の形態に係る光束制御部材３００は、複数の入射ユニット３１０と、複数の出射ユニット３２０とを有する。なお、本実施の形態に係る光束制御部材３００は、脚部３３０をさらに有する。

複数の入射ユニット３１０は、発光素子２２０の配列に対応して格子状に配置されている。出射ユニット３２０は、基板２１０に沿う方向において複数の入射ユニット３１０の間に配置されている。光束制御部材３００の平面視形状は、特に限定されない。本実施の形態では、光束制御部材３００の平面視形状は、角部が面取りされた略正方形である。本実施の形態では、当該略正方形の一辺の長さは１８ｍｍである。略正方形の角の近傍に、入射ユニット３１０がそれぞれ配置されている。また、略正方形の辺の近傍に第１出射ユニット３２１が配置されており、略正方形の中央部に第２出射ユニット３２２が配置されている。

光束制御部材３００は、表側の面３００ａと、裏側の面３００ｂと、側面３００ｃとによりその外形が形成されている。表側の面３００ａは、入射ユニット３１０の第１反射面３１２と、第１出射ユニット３２１の第１出射部３２４と、第２出射ユニット３２２の第２出射部３２５とを含む。裏側の面３００ｂは、入射ユニット３１０の入射面３１１と、第１出射ユニット３２１および第２出射ユニット３２２の出射促進部３２３とを含む。側面３００ｃは、光束制御部材３００を平面視したときに第１出射ユニット３２１の側面である第１側面３００ｄと、入射ユニット３１０の側面である第２側面３００ｅとを有する。第１側面３００ｄの形状は、特に限定されず、平面でもよいし、曲面でもよいし、複数の凹部を有していてもよいし、複数の凸部を有していてもよい。第２側面３００ｅの形状は、特に限定されない。第２側面３００ｅの形状は、曲面でもよいし、複数の平面でもよい。本実施の形態では、第２側面３００ｅは、曲面である。

複数の入射ユニット３１０は、発光素子２２０から出射された光をそれぞれ入射させる。入射ユニット３１０は、裏側の面３００ｂに配置され、発光素子２２０から出射された光を入射させる入射面３１１と、表側の面３００ａに配置され、入射面３１１で入射した光を出射ユニット３２０に向けて反射させる第１反射面３１２と、第２側面３００ｅと、を有する。

入射面３１１は、光束制御部材３００の裏側の面３００ｂに配置され、発光素子２２０と対向する位置に形成されている凹部の内面である。入射面３１１は、発光素子２２０から出射された光の大部分を、その進行方向を制御しつつ光束制御部材３００の内部に入射させる。入射面３１１は、発光素子２２０の光軸ＬＡと交わり、光軸ＬＡに対して回転対称（円対称）である。入射面３１１の形状は、特に限定されず、入射面３１１で入射した光が第１反射面３１２および出射面３２４ｂに向かうように設定される。

本実施の形態では、入射面３１１は、第１入射面３１１ａと、第２入射面３１１ｂとを有する。

第１入射面３１１ａは、発光素子２２０の光軸ＬＡと交わるように配置されている。第１入射面３１１ａは、中心軸ＣＡから離れるにつれて裏側に向かうように形成されている。また、第１入射面３１１ａは、中心軸ＣＡを含む断面において、その接線の傾きが中心軸ＣＡから離れるにつれて徐々に小さくなるような形状である。

第２入射面３１１ｂは、第１入射面３１１ａの外側に配置されている。第２入射面３１１ｂは、中心軸ＣＡから離れるにつれて裏側に向かうように形成されている。また、第２入射面３１１ｂは、中心軸ＣＡを含む断面において、その接線の傾きが中心軸ＣＡから離れるにつれて徐々に小さくなるような形状である。第１入射面３１１ａと、第２入射面３１１ｂとは、滑らかに接続されている。

第１反射面３１２は、光束制御部材３００の表側において入射面３１１を挟んで発光素子２２０と対向する位置に配置され、入射面３１１で入射した光を発光素子２２０の光軸ＬＡから離れるように側方方向に反射させる。「側方方向」とは、光束制御部材３００の外縁方向を意味しているのではなく、光軸を中心に３６０°径方向の外へ向かうことを意味する。

これにより、第１反射面３１２は、入射面３１１で入射した光が上方に抜けるのを抑制して発光素子２２０の直上に明部が発生するのを防ぐとともに、発光素子２２０間に光を導いて発光素子２２０間に暗部が発生するのも防ぐ。第１反射面３１２の形状は、入射面３１１から入射した光を側方方向に反射させることができれば特に制限されない。本実施の形態では、第１反射面３１２は、中心軸ＣＡに対して回転対称（円対称）であり、かつ、中心軸ＣＡから離れるにつれて表側に向かう（基板２１０から離れる）ように構成されている。

回転対称の中心部分から外周部分にかけての母線は、発光素子２２０の光軸に対して傾斜した曲線または直線である。第１反射面３１２は、入射面３１１の中心軸ＣＡを回転軸として、この母線を３６０°回転させた状態の凹面である。本実施の形態では、この母線は、曲線である。

出射ユニット３２０は、複数の入射ユニット３１０で入射した光を導光しながら出射させる。前述のとおり、本実施の形態では、出射ユニット３２０は、光束制御部材３００の外周部に配置された第１出射ユニット３２１と、光束制御部材３００の中央に配置された第２出射ユニット３２２とを有する。

第１出射ユニット３２１の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、第１出射ユニット３２１は、出射促進部３２３と、第１出射部３２４と、第１側面３００ｄの一部とを有する。

出射促進部３２３は、裏側の面３００ｂに配置され、光束制御部材３００の内部を進行した光を第１出射部３２４（および側面３００ｃ）から光束制御部材３００の外部に出射させることを促進させる。出射促進部３２３の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。出射促進部３２３の構成の例には、裏側の面３００ｂから突出するように形成された１つの大きな凸部、裏側の面３００ｂから窪むように形成された１つの大きな凹部が含まれる。また、出射促進部３２３の構成の例には、複数の小さな凸部、複数の小さな凹部が含まれる。複数の凸部および複数の凹部は、互いに接触していてもよいし、互いに離間していてもよい。図６Ｃに示されるように、本実施の形態では、出射促進部３２３は、複数の凸部（半球形状）である。本実施の形態では、凸部は半球形状である。半球形状の半径は、特に限定されない。当該半径は、１ｍｍ以下が好ましい。本実施の形態では、当該半径は、０．１ｍｍである。また、凸部として楕円球状を用いる場合、半径は２ｍｍ以下が好ましい。出射促進部３２３は、裏側の面３００ｂの一部に配置されていてもよいし、入射面３１１を除いた裏側の面３００ｂの全面に配置されていてもよい。出射促進部３２３は、入射面３１１を除いた裏側の面３００ｂの全面に配置されていてもよいし（図６Ｃ参照）、入射面３１１を除いた裏側の面３００ｂの略全面に配置されていてもよい（図６Ｄ参照）。本実施の形態では、出射促進部３２３は、入射面３１１を除いた裏側の面３００ｂの全面に配置されている。出射促進部３２３が到達した光をどのように配光するかについては後述する。

第１出射部３２４は、表側の面３００ａに配置され、第１反射面３１２で内部反射した光を裏側の面３００ｂに向けて内部反射させるとともに、進行してきた光を光束制御部材３００の外部に出射させる。第１出射部３２４の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、第１出射部３２４は、第２反射面３２４ａと、出射面３２４ｂとを有する。

第２反射面３２４ａは、第１反射面３１２で反射した光を出射促進部３２３に向けて内部反射させる（図７参照）。第２反射面３２４ａ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２反射面３２４ａは、平面でもよいし、曲面でもよい。本実施の形態では、第２反射面３２４ａは、曲面である。より具体的には、第２反射面３２４ａは、第２反射面３２４ａから一番近い光束制御部材３００の辺に沿う方向については曲率を有しており、第２反射面３２４ａから一番近い光束制御部材３００の辺に沿う方向に直交する方向については曲率を有していない。また、本実施の形態では、第２反射面３２４ａは、光束制御部材３００の辺に沿う方向において、第１出射部３２４の外側（両端部）に配置されている。

出射面３２４ｂは、第１出射ユニット３２１の内部を進行した光を光束制御部材３００の外部に出射させる（図７参照）。出射面３２４ｂの形状は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。出射面３２４ｂの形状は、平面でもよいし、曲面でもよい。本実施の形態では、出射面３２４ｂの形状は、複数の平面の組み合わせである。また、本実施の形態では、出射面３２４ｂは、光束制御部材３００の辺に沿う方向において、第１出射部３２４の内側（中央部）に配置されている。本実施形態のように、出射面３２４ｂは、光学制御部材３００の中心を頂点とする凹面であることが好ましい。

第１側面３００ｄは、第２反射面３２４ａおよび出射面３２４ｂと、出射促進部３２３とを接続する。第１側面３００ｄは、光束制御部材３００の内部を導光した光を出射させるとともに、隣り合う発光装置２００から出射された光を入射させる。

第２出射ユニット３２２の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、第２出射ユニット３２２は、出射促進部３２３と、第２出射部３２５とを有する。出射促進部３２３は、第１出射部３２４の出射促進部３２３と同じであるため、その説明を省略する。

第２出射部３２５は、入射ユニット３１０からの光の一部を反射させ、他の一部を出射させる。第２出射部３２５の形状は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、第２出射部３２５は、前上下逆に配置された円錐台の上底および側面により構成される凹面である。円錐台の上底は出射面として機能し、側面は反射面として機能する。

（光の伝播）
ここで、本発明のような面光源装置１００では、発光面（光拡散板４００）のうちの所定の領域のみから光を出射させたい場合がある。この場合、発光素子２２０から出射された光がどのように進行して光拡散板４００に到達するかが重要である。そこで、発光素子２２０から出射された光の伝播について説明する。ここでは、光束制御部材３００が出射促進部３２３を有していないと仮定して説明する。図８は、面光源装置における光の伝播を示す模式図である。

ある発光装置２００（以下「第１発光装置２００」ともいう；図８における右側の発光装置２００）において、発光素子２２０から出射された光は、光束制御部材３００で配光が制御される。

図８に示されるように、第１発光装置２００の光束制御部材３００の表側の面３００ａ（例えば出射面３２４ｂ）から出射された光は、光拡散板４００のうちの第１発光装置２００の直上領域に到達する。光拡散板４００に到達した光のうちの大部分の光は、光拡散板４００を透過するが、光拡散板４００に到達した光のうちの一部の光は、光拡散板４００で反射される。光拡散板４００で反射された光の一部は、隣接する発光装置２００（以下「第２発光装置２００」ともいう；図８における中央の発光装置２００）の光束制御部材３００に到達し、入射する。第２発光装置２００の光束制御部材３００に入射した光は、当該光束制御部材３００の内部を導光されながら徐々に光拡散板４００に向けて出射され、光拡散板４００のうちの第２発光装置２００の直上領域に到達する。

また、第１発光装置２００の光束制御部材３００の側面３００ｃ（例えば第１側面３００ｄ）から出射された光のうちの一部の光は、隣接する第２発光装置２００の光束制御部材３００に到達し、入射する。第２発光装置２００の光束制御部材３００に入射した光は、当該光束制御部材３００の内部を導光されながら徐々に光拡散板４００に向けて出射される。また、一部の光は、第２発光装置２００の光束制御部材３００の側面３００ｃから出射される。

さらに、第２発光装置２００の光束制御部材３００の表側の面３００ａ（例えば出射面３２４ｂ）から出射された光の一部の光は、再度光拡散板４００で反射され、隣接する発光装置２００（以下「第３発光装置２００」ともいう；図８における左側の発光装置２００）の光束制御部材３００に到達し、入射する。また、第２発光装置２００の光束制御部材３００の側面３００ｃ（例えば第１側面３００ｄ）から出射された光のうちの一部の光は、隣接する第３発光装置２００の光束制御部材３００に到達し、入射する。第３発光装置２００の光束制御部材３００に入射した光は、当該光束制御部材３００の内部を導光されながら徐々に光拡散板４００に向けて出射される。また、一部の光は、第３発光装置２００の光束制御部材３００の側面３００ｃから出射される。

このように、各発光装置２００間の間隔が空いている場合、第１発光装置２００の発光素子２２０から出射された光は、光拡散板４００のうちの第１発光装置２００の直上領域だけでなく、第２発光装置２００や第３発光装置２００などの他の発光装置２００の発光素子２２０から光を出射させなくても、第２発光装置２００や第３発光装置２００の光束制御部材３００を介して、光拡散板４００のうちの他の発光装置２００の直上領域にも到達するおそれがある。このように第１発光装置２００の光束制御部材３００から出射された光が、他の発光装置２００の光束制御部材３００に伝播されてしまうと、発光面（光拡散板４００）における照度分布が所期の分布から大きく異なるものとなってしまう。

そこで、本発明では、第１発光装置２００の光束制御部材３００から出射され、第１発光装置２００に隣接する第２発光装置２００の光束制御部材３００に入射した光が、第２発光装置２００に隣接する第３発光装置２００の光束制御部材３００に入射することを抑制するために、光束制御部材３００に出射促進部３２３を設けている。

たとえば、第２発光装置２００の光束制御部材３００が出射促進部３２３を有している場合、第１発光装置２００の光束制御部材３００の側面３００ｃ（例えば第１側面３００ｄ）から出射され、第２発光装置２００の光束制御部材３００内に入射した光は、出射促進部３２３の効果により第２発光装置２００の光束制御部材３００の表側の面３００ａ（例えば出射面３２４ｂ）から積極的に出射される。よって、第２発光装置２００の光束制御部材３００の表側の面３００ａのうち、第１発光装置２００側の領域における出射量は、第３発光装置２００側の領域における出射量よりも顕著に大きくなる。したがって、第２発光装置２００の光束制御部材３００から第３発光装置２００の光束制御部材３００に向けて出射される光が減少する。結果として、第１発光装置２００の光束制御部材３００から、第２発光装置２００の光束制御部材３００、第３発光装置２００の光束制御部材３００と、順に光が伝播されていくことを抑制できる。

出射促進部３２３の効果、すなわち光束制御部材３００の内部における導光の程度は、以下の方法で判断できる。図９Ａは、光束制御部材３００および光源２２０Ａの模式図である。図９Ｂは、照度分布を模式的に示したグラフである。

図９Ａに示されるように、まず、光束制御部材３００の側方にランバート配光の光源２２０Ａを配置し、光束制御部材３００の１つの第１側面３００ｄの全面のみから光を入射させる。なお、光源２２０Ａは、第１側面３００ｄの形状に応じて適宜選択する。具体的には、光源２２０Ａは、第１側面３００ｄの形状と相補的な形状の発光面を有するものを使用する。なお、本実験では、第１側面３００ｄは、平面であるため、光源２２０Ａの発光面も平面である。光源２２０Ａは、側面３００ｃ（第１側面３００ｄ）に沿って配置された複数の入射ユニット３１０のうち、最も離れて配置された２つの入射ユニット３１０の第１反射面３１２の中心から側面３００ｃ（第１側面３００ｄ）に最も近い点をそれぞれ第３点Ｐ３、第４点Ｐ４とした時、少なくとも第３点Ｐ３および第４点Ｐ４の間の側面３００ｃ（第１側面３００ｄ）から光を入射させる面光源である。そして、光束制御部材３００の直上に配置した光束制御部材３００の平面視形状と同じ平面視形状の仮想平面（光拡散板４００）における照度を測定する。具体的には、仮想平面上において、光束制御部材３００の重心の直上の第１点Ｐ１と、光源２２０Ａと対向する第１側面３００ｄの中心の直上の第２点Ｐ２と、第２点Ｐ２と反対側の第１側面３００ｄの中心の直線上の第５点Ｐ５とを通る仮想直線に対応した仮想平面上における照度を測定する。

図９Ｂに示されるように、次いで、第１点（仮想平面の重心）Ｐ１からの距離（例えば、Ｘ軸方向）と、測定した照度（例えばＹ軸方向）との関係をグラフに示す。次いで、当該グラフを、第１点Ｐ１を境界として、第２点（第１側面３００ｄまたは光源２２０Ａ）Ｐ２に近い第１領域Ｒ１と、第２点Ｐ２から遠い第２領域（第５点Ｐ５に近い領域）Ｒ２とに分ける。次いで、第１領域Ｒ１における照度を積算することで、第１領域Ｒ１の照度の積算値を求める。同様に、第２領域Ｒ２における照度を積算することで、第２領域Ｒ２の照度の積算値を求める。

第１領域Ｒ１の照度の積算値と、第２領域Ｒ２の照度の積算値とを比較して、第１領域Ｒ１の照度の積算値が第２領域Ｒ２の照度の積算値よりも大きい場合には、出射促進部３２３が有効に機能していて、光束制御部材３００から他の光束制御部材３００に順に光が伝播されることを抑制できると判断する。逆に、第１領域Ｒ１の照度の積算値が第２領域Ｒ２の照度の積算値よりも小さい場合には、光束制御部材３００から他の光束制御部材３００に順に光が伝播されることを十分には抑制できないと判断する。本発明に係る光束制御部材３００では、出射促進部３２３が有効に機能しているため、第１領域Ｒ１の照度の積算値が第２領域Ｒ２の照度の積算値よりも大きい。

次いで、照度の積算値が上記の関係を満たすための出射促進部３２３が備えるべき条件について調べた。ここでは、光束制御部材３００の第１側面３００ｄから入射し、出射促進部３２３に到達した光がどのように反射するかによって判断した。本実験では、反射光が最も散乱度合が大きいランバート散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材と、そこから散乱度合をだんだん弱くした光束制御部材、すなわち反射光がシミュレーションにおいてＣｏｓ５乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材と、反射光がシミュレーションにおいてＣｏｓ１０乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材と、反射光がシミュレーションにおいてＣｏｓ５０乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材と、反射光がシミュレーションにおいてＣｏｓ１００乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材と、反射光がシミュレーションにおいてＣｏｓ５００乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材と、をそれぞれ用いた場合の仮想平面における照度について調べた。

図１０Ａは、照度分布を測定するための装置の平面図である。図１０Ｂは、照度分布を測定するための装置の正面図である。図１０Ｃは、照度分布を測定するための装置の側面図である。

図１０Ａ～Ｃに示されるように、本実験では、発光面の縦の長さが０．６ｍｍ、横の長さが１４ｍｍ、出射される光の波長は５５０ｎｍ、配光はランバート配光の発光素子（光源２２０Ａ）を使用した。当該光源２２０Ａは、面光源装置１００に搭載された光源ではなく、本実験にのみ使用する光源である。平面視したときの縦の長さが１８ｍｍ、横の長さが１８ｍｍの光束制御部材３００を使用した。光源２２０Ａと光束制御部材３００との距離Ｌ１は、０．０５ｍｍとした。基板２１０と光拡散板４００との距離Ｌ２は、３ｍｍとした。すなわち、本実験では、面光源装置１００と比較して、光束制御部材３００の第１側面３００ｄから過剰な光量の光を入射させている。上述の仮想平面は、光拡散板４００の発光装置２００側の面に相当する。

図１１Ａは、ランバート散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の結果を示している。図１１Ｂは、Ｃｏｓ５乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の結果を示している。図１１Ｃは、Ｃｏｓ１０乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の結果を示している。図１１Ｄは、Ｃｏｓ５０乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の結果を示している。図１１Ｅは、Ｃｏｓ１００乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の結果を示している。図１１Ｆは、Ｃｏｓ５００乗散乱を示す出射促進部を有する光束制御部材を用いた場合の結果を示している。図１１Ａ～Ｆの点線は、光束制御部材３００の外形を示している。図１１Ａ～Ｆに示される線Ａは、光束制御部材３００の重心の直上に位置する第１点Ｐ１と、第１側面３００ｄの中心の直上に位置する第２点Ｐ２とを通る直線である。図１１Ａ～Ｆに示される線Ｂは、光源２２０Ａから出射される光が入射する第１側面３００ｄに沿って配置された隣り合う入射ユニット３１０の中心軸ＣＡを通る直線を示している。

図１２Ａは、図１１Ａ～Ｆに示される線Ａ上の照度分布を示したグラフである。図１２Ｂは、図１１Ａ～Ｆに示される線Ｂ上の照度分布を示したグラフである。図１２Ａ、Ｂにおける細い実線は図１１Ａに対応しており、破線は図１１Ｂに対応しており、一点鎖線は図１１Ｃに対応しており、二点鎖線は図１１Ｄに対応しており、点線は、図１１Ｅに対応しており、太い実線は図１１Ｆに対応している。図１２Ａ、Ｂにおける横軸は、光束制御部材３００の重心の直上に位置する第１点Ｐ１からの距離を示している。図１２Ａ、Ｂにおける縦軸は、照度を示している。

前述した方法に基づいて求めた各出射促進部３２３で反射する光の配光特性と、第１領域の照度の積算値と、第２領域の照度の積算値との比を表１に示す。より具体的には、図１２Ａ、Ｂにおける－９～＋９ｍｍまでの範囲の第１領域の照度の積算値と、第２領域の照度の積算値との比である。

前述した方法に基づいて求めた各出射促進部３２３で反射する光の配光特性と、第１領域の照度の積算値と、第２領域の照度の積算値との比を表２に示す。より具体的には、図１２Ａ、Ｂにおける－１８～＋９ｍｍまでの範囲の第１領域の照度の積算値と、第２領域の照度の積算値との比である。

図１１Ａ～Ｆ、図１２Ａ、Ｂ、表１および表２から、出射促進部３２３で反射される光の配光が、ランバート散乱～Ｃｏｓ１０乗散乱であれば、第１領域の照度の積算値が、第２領域の照度の積算値よりも高くなることがわかる。また、図１２Ａに示されるように、ランバート散乱～Ｃｏｓ１０乗散乱の光の照度分布と、Ｃｏｓ５０乗散乱～Ｃｏｓ５０００乗散乱までの光の照度分布を比較すると、ランバート散乱～Ｃｏｓ１０乗散乱の光の照度分布は、光束制御部材３００からの距離が－１２ｃｍ付近の照度が低くなっていることが分かる。この結果は、表２において光束制御部材３００からの距離が－１８～０ｍｍ（第２領域Ｒ２）と、０～＋９ｍｍ（第１領域Ｒ１）における照度の積算値の結果と一致している。

（出射促進部の効果）
ここで、出射促進部３２３を有する光束制御部材３００と、出射促進部３２３を有さない光束制御部材を用いて、出射促進部３２３の効果を確認した。測定条件は、照度の積算値を求めた場合と同じであるため、その説明を省略する。

図１３Ａは、出射促進部３２３を有さない光束制御部材を用いた場合における照度分布である。図１３Ｂは、出射促進部３２３を有する本発明の光束制御部材３００を用いた場合における照度分布である。図１３Ａ、Ｂの点線は、光束制御部材３００の外形を示している。図１３Ａ、Ｂに示される線Ａは、光束制御部材３００の重心の直上に位置する第１点Ｐ１と、第１側面３００ｄの中心の直上に位置する第２点Ｐ２とを通る直線である。図１３Ａ、Ｂに示される線Ｂは、光源２２０Ａから出射される光が入射する第１側面３００ｄに直交する方向において隣り合う入射ユニット３１０の中心軸ＣＡを通る直線を示している。図１３Ａ、Ｂに示される線Ｃは、光源２２０Ａから出射される光が入射する第１側面３００ｄに沿って配置された隣り合う入射ユニット３１０の中心軸ＣＡを通る直線を示している。図１４Ａは、図１３Ａおよび図１３Ｂの線Ａ上の照度分布である。図１４Ｂは、図１３Ａおよび図１３Ｂの線Ｂ上の照度分布である。図１５は、図１３Ａおよび図１３Ｂの線Ｃ上の照度分布である。図１４Ａ、Ｂおよび図１５の横軸は、光束制御部材３００の重心の直上に位置する第１点Ｐ１からの距離を示している。図１４Ａ、Ｂおよび図１５の縦軸は、照度を示している。図１４Ａ、Ｂおよび図１５の実線は、出射促進部３２３を有する本発明の光束制御部材３００を用いた場合の結果を示している。図１４Ａ、Ｂおよび図１５の破線は、出射促進部３２３を有さない光束制御部材を用いた場合の結果を示している。

図１３Ａ、Ｂ、図１４Ａ、Ｂおよび図１５に示されるように、出射促進部３２３を有さない光束制御部材を用いた場合では、第１領域でも、第２領域でも、発光装置２００から光が出射されていることが分かる。これは、光源２２０Ａから出射された光が光束制御部材の内部を導光しつつ、出射されたためだと考えられる。

一方、出射促進部３２３を有する光束制御部材３００を用いた場合では、第１領域と、第２領域とを比較すると、第１領域からより多くの光が出射されていることが分かる。これは、光束制御部材３００の裏側の面３００ｂに配置された出射促進部３２３が光源２２０Ａから出射された光を拡散反射したため、出射促進部３２３を有さない光束制御部材ほど導光することなく出射されたためだと考えられる。

次に、本発明に係る面光源装置１００と、出射促進部３２３を有さない光束制御部材を有する比較例に係る面光源装置とにおいて、１つの発光装置２００のみを点灯させた場合の照度分布を調べた。ここでは、９個の発光装置２００を正方格子の格子点上に位置するようにマトリックス状に配置した。そして、中央の発光装置２００の４つの発光素子２２０のみ点灯した。

図１６Ａは、比較例に係る面光源装置における照度分布である。図１６Ｂは、本発明に係る面光源装置１００における照度分布である。図１６Ａ、Ｂの点線は、光束制御部材３００の外形を示している。図１４Ａ、Ｂに示される線Ａは、光束制御部材３００（仮想平面）の重心と、光束制御部材３００の辺の中心とを通る直線である。図１６Ａ、Ｂに示される線Ｂは、光束制御部材３００（仮想平面）の重心を通り、前記直線に直交する直線である。図１７Ａは、図１６Ａおよび図１６Ｂに示される線Ａ上の照度分布である。図１７Ｂは、図１６Ａおよび図１６Ｂに示される線Ｂ上の照度分布である。図１７Ａ、Ｂの横軸は、光束制御部材３００の重心の直上に位置する第１点Ｐ１からの距離を示している。図１７Ａ、Ｂの縦軸は、照度を示している。図１７Ａ、Ｂの実線は、本発明に係る面光源装置１００の結果を示している。図１７Ａ、Ｂの破線は、比較例に係る面光源装置の結果を示している。

図１６Ａ、Ｂおよび図１７Ａ、Ｂに示されるように、本発明に係る面光源装置１００は、比較例に係る面光源装置と比較して、図１７Ａ、Ｂの一点鎖線で囲まれた領域に示される凹凸が小さくなっていることかわかる。これにより、本発明にかかる面光源装置１００では、点灯させた発光素子２２０を有する発光装置２００（第１発光装置２００）に隣り合う発光装置２００（第２発光装置２００）の出射促進部３２３で光が光束制御部材３００の外部に出射されるため、さらに隣り合う発光装置２００（第３発光装置２００）に光が伝播することを抑制できると考えられる。よって、点灯させた発光素子２２０を有する発光装置２００の直上近傍のみを適切に照らせていることが分かる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る面光源装置１００は、光束制御部材３００の第１側面３００ｄから入射した光を第１領域から出射させるため、発光装置２００間における光の伝播を抑制できる。また、光拡散板４００における照らしたい領域近傍のみを照らすことができる。

本発明に係る面光源装置は、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できる。

１００ 面光源装置
１００’ 表示装置
１０２ 表示部材
１１０ 筐体
１１２ 底板
１１４ 天板
２００ 発光装置
２１０ 基板
２２０ 発光素子
２２０Ａ 光源
３００ 光束制御部材
３００ａ 表側の面
３００ｂ 裏側の面
３００ｃ 側面
３００ｄ 第１側面
３００ｅ 第２側面
３１０ 入射ユニット
３１１ 入射面
３１１ａ 第１入射面
３１１ｂ 第２入射面
３１２ 第１反射面
３２０ 出射ユニット
３２１ 第１出射ユニット
３２２ 第２出射ユニット
３２３ 出射促進部
３２４ 第１出射部
３２４ａ 第２反射面
３２４ｂ 出射面
３２５ 第２出射部
３３０ 脚部
４００ 光拡散板
ＣＡ 中心軸
ＬＡ 光軸
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
Ｐ１ 第１点
Ｐ２ 第２点
Ｐ３ 第３点
Ｐ４ 第４点
Ｐ５ 第５点

Claims (9)

1. 基板上に配置された複数の発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材であって、
   前記複数の発光素子から出射された光をそれぞれ入射させるための複数の入射ユニットと、
   前記基板に沿う方向において前記複数の入射ユニットの間に配置され、前記複数の入射ユニットで入射した光を導光しながら出射させるための出射ユニットと、
   を有し、
   前記入射ユニットは、
   前記光束制御部材の裏側に配置され、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、
   前記光束制御部材の表側に配置され、前記入射面で入射した光を前記発光素子の光軸から離れるように側方方向に反射させるための第１反射面と、
   を含み、
   前記出射ユニットは、
   前記光束制御部材の裏側に配置され、前記出射ユニットの内部を導光されている光の出射を促進させるための出射促進部と、
   前記光束制御部材の表側に配置され、前記出射ユニット内を導光された光を出射させるための出射部と、
   を含み、
   前記複数の出射ユニットのうち１つの前記出射ユニットの側面から前記光束制御部材に光を入射させたときの、前記光束制御部材の直上に配置された前記光束制御部材の平面視形状と同じ平面視形状の仮想平面上における前記光束制御部材の重心の直上に位置する第１点と前記側面の中心の直上に位置する第２点を通る仮想直線上の照度について、前記第１点よりも前記第２点側の第１領域の照度の積分値は、前記第１点よりも前記第２点の反対側の第２領域の照度の積分値より大きい、
   光束制御部材。
2. 前記出射促進部は、前記光束制御部材の裏側の前記入射面以外の略全面に配置されている、請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記出射促進部は、複数の凹部または複数の凸部である、請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。
4. 前記出射部は、前記第１反射面で反射された光を前記光束制御部材の裏側に向けて反射させるための第２反射面を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
5. 前記複数の出射ユニットのうち１つの前記出射ユニットの側面から前記光束制御部材に光を入射させる光源は、前記側面に沿って配置された複数の前記入射ユニットのうち、最も離れて配置された２つの前記入射ユニットの前記第１反射面の中心から前記側面に最も近い点をそれぞれ第３点、第４点とした時、少なくとも前記第３点および前記第４点の間の前記側面から光を入射させる面光源である、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学制御部材。
6. 前記面光源の発光面は、光を入射させる前記第３点および前記第４点の間の前記側面と同じ形状である、請求項５に記載の光束制御部材。
7. 複数の発光素子と、
   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. 基板と、
   前記基板上に互いに離間して配置された請求項７に記載の複数の発光装置と、
   前記複数の発光装置の上に配置された光拡散板と、
   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。

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