JP2006324256A - 発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの発光色のばらつきを目立ちにくくし、輝度ムラの発生を防止する。
【解決手段】発光素子４からの光は光束制御部材５を介して出射する。光束制御部材５は、発光素子４を収容する凹み１０と、光の出射を制御する光制御出射面６と、を備えている。光制御出射面６は、発光素子４から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、光束制御部材５に入射して光制御出射面６に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角θ１と光制御出射面６から出射する光の出射角θ５が、発光素子４から出射される光のうちの光軸Ｌ近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光装置、面光源装置、表示装置及び光束制御部材に関し、例えば、液晶表示パネルの背面側から面状に照明するバックライトの光源や室内の一般照明など各種照明として用いられる発光装置、これを使用し、各種照明に用いられる面光源装置、この面光源装置を照明手段として被照明部材と組み合わせて使用する表示装置、及びこれら面光源装置や表示装置を構成する光束制御部材に関するものである。

従来から、パーソナルコンピュータやテレビジョン等に使用される液晶表示モニタの照明手段として、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を点光源として使用した面光源装置が知られている。この面光源装置は、液晶表示モニタの液晶表示パネルとほぼ同形状の板状の光束制御部材の裏面側に複数のＬＥＤをマトリックス状に配置し、そのＬＥＤからの光を光束制御部材の裏面側から光束制御部材の内部に入射させ、その光束制御部材の内部に入射した光を光束制御部材の裏面に対向する出射面から出射させて、その出射光によって液晶表示パネルをその背面側から面状に照明できるようになっている。

（第１従来例）
このようなＬＥＤを光源とした面光源装置として、図１２に示すようなものが知られている。この面光源装置１００は、複数のＬＥＤ１０１のそれぞれに一対一で対応するようにマイクロレンズアレイ１０２を配置し、ＬＥＤ１０１からの光をマイクロレンズアレイ１０２を介して平面に垂直な方向（上方）に出射するようになっている（特許文献１参照）。

（第２従来例）
また、ＬＥＤを光源とした発光表示装置として、図１３に示すようなものが知られている。この発光表示装置１０３は、ＬＥＤ１０４からの光を凹レンズ１０５で拡散したのち、その凹レンズ１０５で拡散された光を凸レンズ１０６で集光し、ＬＥＤ１０４の光軸にほぼ平行な方向に光を出射するようになっている（特許文献２参照）。

（第３従来例）
また、ＬＥＤを光源とした表示装置として、図１４に示すものが知られている。この表示装置１０７は、ＬＥＤ１０８からの光を集光レンズ１１０によって集光して前方に導き、その集光された光を拡散レンズ１１１で拡散するようになっている（特許文献３参照）。

（第４従来例）
また、図１５に示す表示装置１２１は、出射面１２２が半球状の光束制御部材１２３をＬＥＤ１２４の出射面側に固着してなるＬＥＤチップ１２５を複数配置し、各ＬＥＤチップ１２５から出射する光を光拡散部材１２６を透過させた後、その光拡散部材１２６を透過した光で被照明部材（例えば、液晶表示パネル）１２７を面状に照明するようになっている。

特開２００２−４９３２６号公報（段落番号００１５及び図４参照）。 特開昭５９−２２６３８１号公報（第３頁左上欄第１５行乃至同頁右上欄第２行、第６図参照）。 特開昭６３−６７０２号公報（第２頁右上欄第２０行乃至同頁左下欄第４行、第３図参照）。

しかしながら、第１従来例の面光源装置１００においては、隣り合うＬＥＤ１０１の中間部分であって、マイクロレンズアレイ１０２の形状が不連続になる部分の光の出射量が急激に変化するため、各マイクロレンズアレイ１０２の境目部分の出射光の明暗のばらつきが目立つという問題点が指摘されていた。

また、第２従来例の発光表示装置１０３は、凹レンズ１０５を複数連続的に接続して平面状にするようになっておらず、また、凸レンズ１０６を複数連続的に接続して平面状にするようになっていないため、液晶表示パネルのバックライト等として、広い面積の被照明部材に対して均一な面状照明を行うことが困難である。

また、第３従来例の表示装置１０７は、ＬＥＤ１０８からの光を集光レンズ１１０で集光した後、その集光レンズ１１０で集光されたＬＥＤ１０８からの光を拡散レンズ１１１で拡散するようになっているため、特許文献１の面光源装置１００のような光の明暗の差が目立ち難くなっているものの、隣り合う複数のＬＥＤ１０８からの光同士が混ざり合いにくく、各ＬＥＤ１０８間の発光色のばらつきが目立つという問題点が指摘されていた。

また、第４従来例の表示装置１２１は、図１０に示すように、各ＬＥＤ１２４に対応するように出現する照明光の輝度のばらつきが波形形状で大きいため、各ＬＥＤ１２４間の照明光に暗部が生じ、均一な面状照明を行うことが困難であった。また、第４従来例の表示装置１２１は、図１０の線Ｂで示すように、各ＬＥＤチップ１２５から出射した光の光量がＬＥＤ１２４の光軸Ｌ近傍に集中する傾向があるため、隣り合う複数のＬＥＤ１２４からの光同士が混ざり合いにくく、各ＬＥＤ１２４間の発光色のばらつきが目立つという問題点が指摘されていた。

そこで、本発明は、光源として用いられる発光装置、複数のＬＥＤを使用する面光源装置及びこの面光源装置を使用する表示装置において、各ＬＥＤの発光色のばらつきを目立ちにくくし、輝度ムラのない均一な面状照明を可能にすることを目的とする。また、本発明は、１個のＬＥＤを光源として使用するような場合でも、ＬＥＤからの光を効率よく、所望の範囲まで滑らかに拡げることができるようにすることを目的とする。

請求項１の発明は、発光素子からの光を光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置に関するものである。この発光装置において、前記光束制御部材は、前記発光素子を収容する凹みと、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面と、を備えている。また、前記光制御出射面は、前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度θ１と、前記光制御出射面から出射する光の出射角θ５が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明に係る発光装置に関するものである。この発光装置において、前記凹みを構成する凹面は、前記発光素子の光出射面に密接していることを特徴としている。

請求項３の発明は、請求項１記載の発明に係る発光装置に関するものである。この発光装置において、前記凹みを構成する凹面は、前記発光素子の光出射面に隙間をもって係合するようになっている。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明に係る発光装置に関するものである。この発光装置において、前記光制御出射面は、前記基準光軸近傍の第１の出射面とこの第１の出射面の周囲に位置する第２の出射面とを有し、これら第１の出射面と第２の出射面との接続部分が変曲点となっていることを特徴としている。

請求項５の発明は、前記請求項１乃至４のいずれかの発明に係る発光装置と、この発光装置からの光を拡散・透過する光拡散部材と、を備えたことを特徴とする面光源装置に関するものである。

請求項６の発明は、前記請求項５に記載の面光源装置と、この面光源装置からの光を照射する被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置に関するものである。

請求項７の発明は、発光素子からの光を封止部材と光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置に関するものである。この発光装置において、前記光束制御部材は、前記封止部材に封止された前記発光素子を収容する凹みと、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面と、を備えている。また、前記光制御出射面は、前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度θ１と、前記光制御出射面から出射する光の出射角θ５が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている。

請求項８の発明は、請求項７の発明に係る発光装置に関するものである。この発光装置において、前記凹みを構成する凹面は、前記封止部材に封止された前記発光素子の光出射面に密接するようになっている。

請求項９の発明は、請求項７の発明に係る発光装置に関するものである。この発光装置において、前記凹みを構成する凹面は、前記封止部材に封止された前記発光素子の光出射面に隙間をもって係合するようになっている。

請求項１０の発明は、前記請求項７乃至９のいずれかの発明に係る発光装置に関するものである。この発光装置において、前記光制御出射面は、前記基準光軸近傍の第１の出射面とこの第１の出射面の周囲に位置する第２の出射面とを有し、これら第１の出射面と第２の出射面との接続部分が変曲点となっていることを特徴としている。

請求項１１の発明は、請求項７乃至１０のいずれかの発明に係る発光装置と、この発光装置からの光を拡散・透過する光拡散部材と、を備えたことを特徴とする面光源装置に関するものである。

請求項１２の発明は、前記請求項１１の発明に係る面光源装置と、この面光源装置からの光を照射する被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置に関するものである。

請求項１３の発明は、発光素子または封止部材に封止された発光素子を収容する凹みと、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面と、を備えた光束制御部材に関するものである。この光束制御部材において、前記光制御出射面は、前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度θ１と、前記光制御出射面から出射する光の出射角θ５が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されている

本発明によれば、発光素子から発せられた光の光束は、光束制御部材の光制御出射面により、効率的に且つ広範囲に滑らかに拡げることができ、光束制御部材の出射面から広範囲に照明光を出射することができる。したがって、本発明によれば、複数の発光素子を光源として使用する場合、各発光素子からの光が混じり易くなり、各発光素子の発光色にばらつきがあったとしても、光束制御部材を介して出射される各発光素子の発光色のばらつきが目立ちにくくなると共に、出射光輝度も均一化し、高品質の照明が可能になる。

以下、本発明が適用可能な発光素子、面光源装置及び表示装置の最良の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［面光源装置及び表示装置の概略構成］
図１〜図３は、本実施の形態に係る表示装置１及びこの表示装置１を構成する面光源装置２を示すものである。なお、図１は被照明部材（例えば、液晶表示パネル）３等を取り外して示す表示装置１の平面図（面光源装置の平面図）である。また、図２は、表示装置１の概略を示す断面図であり、図１のＸ１−Ｘ１線に沿って切断して示す表示装置１の断面図である。また、図３は、発光素子４の基準光軸Ｌを含む表示装置１の一部断面図であり、光束制御部材５の光制御出射面６の形状を説明するために図２の一部を拡大して示す図である。ここで、基準光軸Ｌとは、発光装置からの立体的な出射光束の中心における光の進行方向をいう。なお、本実施の形態においては、発光素子４の光軸（発光素子４からの立体的な出射光束の中心における光の進行方向）と基準光軸Ｌが一致している場合を例にして説明する。したがって、以下の説明において、基準光軸Ｌを光軸Ｌと言い換えて説明する。

これらの図に示すように、本実施の形態の表示装置１は、平面形状が略矩形形状の光拡散部材７の裏面側にほぼ等間隔に（ピッチＰで）複数配置された点光源としての発光素子４もしくは封止部材９に封止された発光素子４（例えばＬＥＤ１９）と、光拡散部材７の出射面（裏面と反対側の面）側に配置された被照明部材３と、を備えている。なお、本実施の形態においては、発光素子４もしくは封止部材９で封止された発光素子４、光束制御部材５及び光拡散部材７によって面光源装置２が構成されている。また、発光素子４もしくは封止部材９で封止された発光素子４及び光束制御部材５によって発光装置２９が構成されている。

［光束制御部材］
（第１態様）
このような表示装置１を構成する光束制御部材５は、図１乃至図３に示すような形状をしており、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＥＰ（エポキシ樹脂）等の透明樹脂材料や透明なガラスで形成されている。

この光束制御部材５は、図１に示すように、平面形状が略円形形状である。また、この光束制御部材５は、図４（ａ）のＸ２−Ｘ２線に沿って切断して示す図４（ｂ）のように、裏面側（図４（ｂ）の下面側）に、発光素子４の光出射面８に密着する凹み１０が形成されている。この凹み１０は、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、光束制御部材５の裏面側の中心に位置し、発光素子４の半球状の光出射面８に密着するような半球状に形成されている。そして、このような光束制御部材５は、裏面側の平面部１１が発光素子４の取付基板１２に接着固定されると共に、その裏面側の凹み１０が発光素子４の光出射面８に接着固定されるようになっている。

また、この光束制御部材５は、その外表面側に光制御出射面６が形成されている。この光制御出射面６は、光軸Ｌを中心とする所定範囲に位置する第１の出射面６ａと、この第１の出射面６ａの周囲に連続して形成される第２の出射面６ｂと、からなっている。このうち、第１の出射面６ａは、図４（ｂ）の断面形状に示すように、下に凸の滑らかな曲面形状であり、球の一部を切り取ったような凹み形状になっている。また、第２の出射面６ｂは、図４（ｂ）の断面形状に示すように、第１の出射面６ａに連続して形成される上に凸の滑らかな曲面形状であり、その平面形状が第１の出射面６ａを取り囲む略中空円板形状に形成されている（図４（ａ）参照）。そして、これら第１の出射面６ａと第２の出射面６ｂが滑らかに接続され、その両出射面６ａ，６ｂの接続部分が変曲点Ｐｏになっている。また、光制御出射面６を構成する第２の出射面６ｂの外周側には、図４（ｂ）の断面形状に示すように、第２の出射面６ｂと裏面の平面部１１とを接続する第３の出射面６ｃが形成されている。なお、図４（ｂ）の断面形状では、ほぼ直線状の傾斜面からなる第３の出射面６ｃを示したが、これに限られず、光束制御部材５からの広範囲且つ均一な出射を妨げる形状でなければ曲線でもよい。ここで、光軸Ｌから出射面６ｂと６ｃの接続点Ｐａまでの角度をδ１とし、光軸Ｌから変曲点Ｐｏまでの角度をδ２とする。

このような光束制御部材５の光制御出射面６の詳細を図３に基づき説明する。この図３において、発光素子４の光軸Ｌに直交する水平面を基準面Ｃとすると、発光素子４から出射して光束制御部材５内を伝播した光Ｈが光制御出射面６から出射する位置（図３の断面における光制御出射面６と光Ｈとの交点Ｐｘ）で基準面Ｃに平行に引いた線をＡとする。また、この図３において、発光素子４からの光Ｈが光制御出射面６から出射する位置Ｐｘにおける光制御出射面６の輪郭線に対する接線Ｂと線Ａとのなす角をθ３とする。そして、この図３において、光束制御部材５の内部を伝播した発光素子４からの光Ｈが光束制御部材５の光制御出射面６から出射する出射角（光制御出射面６から出射する光Ｈと光軸Ｌとのなす角）をθ５とする。

この図３に示す光制御出射面６は、発光素子４から出射される光のうちで、少なくとも最大強度の光が出射される方向（光軸Ｌに沿った方向であって、基準面Ｃの法線方向に沿った方向）から最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲を含む所定の範囲内（図５において、θ１＜δ１の角度範囲内）において、法線（図３における光軸Ｌ）の近傍の光を除き、θ１とθ５の関係が（θ５／θ１）＞１となるように形成されており、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に減少させるような形状に形成されている（図５の曲線１４参照）。なお、図５において、点線で示す線１５は、（θ５／θ１）＝１の線である。ここで、光束制御部材５の拡散度合いの係数をαとすると、θ１＜δ１の範囲内において、θ５は数１のように表すことができ、θ３は数２のように表すことができる。また、上述の法線（図３における光軸Ｌ）の近傍は、例えば、θ１が±５°以内程度とされることが好ましい。

このようにして求められたθ３は、図６の曲線１６に示すように、光軸Ｌの近傍からθ１＝δ２となるまでは、θ３はθ１の増加とともに徐々に減少し、θ１＞δ２の範囲では、θ３はθ１の増加とともに徐々に増加するようになっている。そして、θ１がδ１に合致すると、θ３＝θ１となる。

次に、図２及び図３に基づいて、光束制御部材５の光制御出射面６による作用を説明する。これらの図に示すように、発光素子４からの光Ｈは、光束制御部材５の内部を伝播した後、光制御出射面６から外部（空気中）にスネルの法則にしたがって出射することになる。この際、本発明に係る光束制御部材５から出射される発光素子４からの光束は、図１５に示す従来の半球状の光束制御部材１２３から出射される光束に比較し、発光素子４の直上などで局部的に出射されず、照射範囲内に向けて均一に且つ滑らかに拡げて出射させられる。

（第１態様の実施例）
次に、本発明の第１態様に係る光束制御部材５を用いた発光装置２９の実施例を図１乃至図４を参照しつつ説明する。これらの図に示した光束制御部材５の光制御出射面６は、発光素子４の発光特性（発光素子４からの出射光束の広がり角度であって、特に出射光の強度が最大強度の半分の値の光の出射角）、光束制御部材５の光軸Ｌ方向の厚さｄ（特に、発光素子４の発光部４ａから光制御出射面６までの光軸Ｌ方向の距離ｄ１）、各発光素子４のピッチ間距離ｐ、光束制御部材５の外径寸法Ｄｏ、光制御出射面６から光拡散部材７までの光軸Ｌ方向の距離Ｌ１、光束制御部材５の屈折率ｎ、光束制御部材５の入射面凹部形状（凹み１０を構成する凹面形状）、発光素子４から出射した光が光束制御部材５に入射するまでの間に通過する部材（隙間）の屈折率に応じて、第１の出射面６ａ及び第２の出射面６ｂの形状等が決定されるようになっている。例えば、光束制御部材５は、入射面凹部形状が半球状で、屈折率ｎ＝１．４９の透明樹脂材料で形成されており、Ｌ１＝１３．８９ｍｍ、ｐ＝２４．２５ｍｍ、ｄ＝３．３１ｍｍ、ｄ１＝２．１１ｍｍ、Ｄｏ＝７．８５ｍｍに設定されている。また、光束制御部材５と発光素子４の間は、光束制御部材５と屈折率の等しい材質で構成されている。この光束制御部材５は、第１の出射面６ａと第２の出射面６ｂの接続部分におけるθ１が、θ１＝δ２＝１６°となるように、また、第２の出射面６ｂと第３の出射面６ｃの接続部分におけるθ１が、θ１＝δ１＝８５°となるように形成されている。そして、第３の出射面６ｃは、第２の出射面６ｂの外周端の接線を光軸Ｌの周りに３６０°回転させて形成されるようになっている。ここで、図４（ｂ）において、θ１≦δ２の範囲が第１の出射面６ａの範囲であり、δ２≦θ１≦δ１の範囲が第２の出射面６ｂの範囲であり、δ１≦θ１の範囲が第３の出射面６ｃの範囲である。

なお、本態様において、発光素子４側の封止部材９が透明樹脂又は透明ガラスで形成されている場合には、光束制御部材５の材料も発光素子４の封止部材９側と同様のものが使用される。このようにすれば、発光素子４から出射した光Ｈが光制御出射面６にそのまま到達する。しかしながら、この態様に限定されるものでなく、発光素子４の封止部材９となる材料と光束制御部材５側の材料を、それぞれ屈折率の異なる材料を使用し、材料の屈折率の違いによる光束制御を行うようにしてもよい。

（第２態様）
図７は、本発明に係る光束制御部材５を用いた発光装置２９の第２態様を示す図である。この第２態様の光束制御部材５は、発光素子４との係合構造を除き、第１態様の光束制御部材５と同様である。

すなわち、この第２態様の光束制御部材５は、図７に示すように、ＬＥＤ１９の断面が矩形形状の光出射面１７を有する場合に使用されるものであり、この矩形形状の光出射面１７に密接する矩形形状の凹み１８が裏面側の中央部に形成されている。そして、この光束制御部材５は、裏面側の平面部１１が発光素子４の取付基板１２に接着固定されると共に、その裏面側の凹み１８が発光素子４の光出射面１７に接着固定されるようになっている。このような構成の本態様に係る光束制御部材５は、第１態様の光束制御部材５と同様の作用効果を得ることができる。なお、図７では発光素子４を封止した封止部材９（ＬＥＤ１９）の断面形状が矩形の場合を示したが、これに限られず、ＬＥＤ１９の形状が半球状やその他異形形状でもよい。

（第３態様）
図８は、本発明に係る光束制御部材５の第３態様を示す図である。この第３態様の光束制御部材５は、発光素子４との係合構造を除き、第１態様の光束制御部材５と同様である。

すなわち、この第３態様の光束制御部材５は、図８に示すように、発光素子４と隙間をもって係合する半球状の光入射面（凹み２３の凹面）２０が基準面Ｃから図中上方側に形成されており、この半球状の光入射面２０の図中下方側に、発光素子４と隙間をもって係合する円筒状のＬＥＤ収容部２１が形成されている。そして、この光束制御部材５は、発光素子４にキャップを被せるようにして、発光素子４をＬＥＤ収容部２１内の所定位置に収容した後、発光素子４が取り付けられた基板２２上に下面側の平面部１１が接着固定される。

このような構成によれば、発光素子４から出射された光Ｈは、空気層を介して光束制御部材５の半球状の光入射面２０から光束制御部材５の内部に入射し、光束制御部材５の内部を伝播した後、光制御出射面６から外部に出射する。このような本態様の光束制御部材５は、空気層と光束制御部材５との屈折率の違い、及び光束制御部材５の入射面凹部形状を考慮して、光制御出射面６による光束制御を行うことで第１態様の光束制御部材５と同様の作用効果を得ることができる。

なお、前述の第２態様及び第３態様は、発光素子４と封止部材９を一体にしたＬＥＤ１９に換えて、発光素子４のみでもよい。また、第１及び第２態様の発光装置２９は、発光素子４、封止部材９及び光束制御部材５より構成される場合を示したが、これに限られず、封止部材９無し、あるいは封止部材９が光束制御部材５を兼ねてもよい。更に、封止部材９と光束制御部材５は、接着されても、接するだけの状態でもよい。

（その他の態様）
なお、上述の第１乃至第３態様の光束制御部材５において、光制御出射面６にシボ面を形成し、光制御出射面６から出射する光を拡散させるようにしてもよい。

また、上述の第１乃至第３態様の光束制御部材５は、光拡散物質（例えば、シリコーン粒子や酸化チタン）を含む材料で形成するようにしてもよい。

［光拡散部材］
図９は、本実施の形態に係る表示装置１の光拡散部材７を示すものである。この図において、（ａ）〜（ｆ）の各光拡散部材７は、光透過性に優れたＰＭＭＡやＰＣ等の樹脂材料によってシート状あるいは平板形状に形成されており、被照明部材（液晶表示パネル、広告表示パネル、標識表示パネル等）３の平面形状とほぼ同様の大きさ（面積）に形成されている。

図９（ａ）の光拡散部材７は、シート状母材７ａの表裏両面にエンボス加工或いはビーズコート等の拡散処理を施してあり、シート状母材７ａの表裏両面に微細な凹凸７ｂ，７ｂを形成してある。

また、図９（ｂ）の光拡散部材７は、シート状母材７ａに拡散材７ｃを混入すると共に、シート状母材７ａの表裏両面にエンボス加工或いはビーズコート等の拡散処理を施して、シート状母材７ａの表裏両面に凹凸７ｂ，７ｂを形成してある。

また、図９（ｃ）の光拡散部材７は、シート状母材７ａの光束制御部材５に面する側にエンボス加工或いはビーズコート等の拡散処理を施して凹凸７ｂを形成し、そのエンボス加工或いはビーズコート等の拡散処理を施した面と反対側のシート状母材７ａの表面に紙面の垂直方向に沿って延びるプリズム突起７ｄを多数連続して形成してある。

また、図９（ｄ）の光拡散部材７は、図９（ｃ）の光拡散部材７のシート状母材７ａに拡散材７ｃを混入した構造を呈しており、図９（ｃ）の光拡散部材７と同様に、シート状母材７ａの光束制御部材５に面する側にエンボス加工或いはビーズコート等の拡散処理を施して凹凸７ｂを形成し、そのエンボス加工或いはビーズコート等の拡散処理を施した面と反対側のシート状母材７ａの表面にプリズム突起７ｄを多数連続して形成してある。

なお、図９（ｃ），図９（ｄ）に示すプリズム突起７ｄは、断面形状が略二等辺三角形の突起になるように形成されているが、これに限られず、ほぼ三角形状を呈していればよい。

また、図９（ｅ）に示すように、光拡散部材７は、シート状母材７ａの出射面側に円錐形状の突起７ｅを複数形成し、この突起７ｅでシート状母材７ａを透過する光を拡散するようにしてもよい。

また、図９（ｆ）に示すように、光拡散部材７は、シート状母材７ａの出射面側に角錐（三角錐，四角錐，六角錐等の角錐）形状の突起７ｆを複数形成し、この突起７ｆでシート状母材７ａを透過する光を拡散するようにしてもよい。

このような構造の光拡散部材７は、光束制御部材５の光制御出射面６から出射した光を透過しながら拡散し、被照明部材３に照射される光を均一化する。

また、このような光拡散部材７は、被照明部材３の発光素子４側の面に取り付けても良いし、また、被照明部材３とは別に（分離した状態で）、被照明部材３の発光素子４側の面側に配置するようにしてもよい。

［光拡散部材から出射する光の出射光量］
図１０は、本発明が適用される表示装置１の被照明部材３に照射される光の出射光量分布を示す図である。

（ＬＥＤ単灯の場合）
この図１０において、線Ａは、本発明の光束制御部材５を使用した場合の出射光量を示しており、１個の光束制御部材５から出射した発光素子４の光が光拡散部材７を透過した後の光量を示している。また、この図１０において、線Ｂは、図１５に示す従来の光束制御部材１２３を使用した場合の出射光量を示しており、１個の光束制御部材１２３から出射したＬＥＤ１２４の光が光拡散部材１２６を透過した後の光量を示している。

この図１０に示すように、本発明の光束制御部材５を使用した場合の出射光量（線Ａ）と図１５で示す従来の光束制御部材１２３を使用した場合の出射光量（線Ｂ）とを比較すると、線Ａは光軸Ｌ近傍で急激に立ち上がる線Ｂに比較してなだらかな山形形状を呈しており、線Ａは光軸Ｌ近傍で線Ｂよりも出射光量が少なく、光軸Ｌから離れた位置まで分配される光量が増加（線Ａと線Ｂとの差Δだけ増加）することが分かる。すなわち、本発明の光束制御部材５を使用すると、発光素子４からの光を従来例よりも均一に分布させることができる。

（ＬＥＤ複灯の場合）
また、図１０において、線Ｃは、本発明の光束制御部材５を発光素子４に対応させて複数配置し、これら複数の光束制御部材５から出射した発光素子４からの光が光拡散部材７を透過した後に測定された光量を示している（図１乃至図２参照）。また、図１０において、線Ｄは、図１５に示す従来の光束制御部材１２３をＬＥＤ１２４に対応させて複数配置し、これら複数の光束制御部材１２３から出射したＬＥＤ１２４からの光が光拡散部材１２６を透過した後に測定された光量を示している。

この図１０に示すように、本発明の光束制御部材５を使用した場合の出射光量（線Ｃ）と図１５に示す従来の光束制御部材１２３を使用した場合の出射光量（線Ｄ）とを比較すると、線ＤがＬＥＤ１２４に対応して輝度のばらつきが波形形状に大きく繰り返して出現するのに対し、線Ｃは発光素子４に対応して出現する輝度のばらつきが極めて小さい。これは、図１０のＡ線で示すように、本発明の光束制御部材５を使用すると、発光素子４から発せられた光が光束制御部材５の光制御出射面６から出射する際に、光軸Ｌ近傍の出射光量が抑えられる一方、光軸Ｌから離れた位置の出射光量が増加させられるようになっているため、隣り合う発光素子４からの光が混ざり合い、光拡散部材７を透過した光の光量が光拡散部材７の出射面側において均一化するものと考えられる。

以上のように、本願発明に係る表示装置１によれば、光束制御部材５の光制御出射面６の作用により、光束制御部材５から出射する光が滑らかに且つ十分に拡がり、周囲の複数の発光素子４から発せられた光と混ざり合い、図１０のＣ線に示すような均一輝度の照明光が得られる。

また、本願発明の表示装置１は、各ＬＥＤ（例えば、白色発光するＬＥＤ）４の発生する光の色にばらつき（例えば、黄色味を帯びた色の濃淡）があったとしても、複数の発光素子４の光が広く混ざり合うため、発光素子４の発光色のばらつきが目立たなくなり、高品質の照明が可能になる。

［カラー用面光源装置及び表示装置］
図１１は、本発明を適用できるカラー発光用面光源装置２及びこれを備えた表示装置１を示すものである。このうち、図１１（ａ）は、カラー発光用面光源装置２及びこれを備えた表示装置１の平面図を示すものである。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸ４−Ｘ４線に沿って切断して示す断面図である。

この図１１に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂを交互に配置し、これら発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからの光を光束制御部材５の光制御出射面６から出射し、その出射光を光拡散部材７を介して被照明部材３に照射して、カラー照明を可能にしている。

このような構成によれば、発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂの全てを発光させた場合はもちろんのこと、発光素子４Ｒ，４Ｇ，４Ｂのうちのいずれかを単一発光させた場合でも、出射光が隣り合うＬＥＤを越えてさらに遠い距離にあるＬＥＤまで到達し、各ＬＥＤからの光が混ざり合い、輝度が均一化した高品質の照明が可能になる。

なお、本発明の発光装置２９に、第３の出射面６ｃの部分で、２つ以上の発光装置２９を繋ぎ合わせて一体化してもよい。ＬＥＤ１９（あるいは発光素子４）のピッチが短い場合には、面光源装置２とするための組立が容易になる。また、大型の発光装置２９を作製する場合には、１つの発光素子４に使用する光束制御部材５を、あらかじめ複数個のブロックに分割して各ブロックを個々に形成しておき、これらを組み立てることで１つの光束制御部材としてもよい。

また、上述の各実施形態の態様は、例えば、図３で例示したように、発光素子４から出射された光の光軸Ｌと法線方向とが一致する構成を示しているが、本願発明は、発光素子４の品質のばらつきや、発光素子４を含む各部品の組立誤差等により、発光素子４から出射される光の光軸Ｌと法線方向とが僅かにズレを生じる場合にも適用でき、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

この発明に係る発光装置は、テレビモニターやパーソナルコンピュータのモニターのバックライトに使用したり、室内表示灯や各種照明などの用途に広く使用することができる。

本発明が適用できる面光源装置及びこれを備えた表示装置を示すものであり、被照明部材及び光拡散部材を省略して示す平面図である。 図１のＸ１−Ｘ１線に沿って切断して示す表示装置の断面図である。 ＬＥＤの光軸を含む表示装置の一部断面図であり、図２の一部を拡大して示す図である。 光束制御部材の第１態様を示す詳細図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）のＸ２−Ｘ２線に沿って示す断面図、（ｃ）が光束制御部材とＬＥＤとを分解して示す図である。 光束制御部材のＬＥＤ出射角θ１と出射角θ５との関係を示す図である。 光束制御部材のＬＥＤ出射角θ１とレンズ面傾斜角θ３との関係を示す図である 本発明の第２態様に係る光束制御部材の詳細図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）のＸ３−Ｘ３線に沿って示す断面図、（ｃ）が光束制御部材とＬＥＤとを分解して示す図である。 本発明の第３態様に係る光束制御部材を使用した表示装置の断面図であり、図２に対応させて示す断面図である。 光拡散部材を拡大して示す側面図である。（ａ）は光拡散部材の第１例を示す側面図、（ｂ）は光拡散部材の第２例を示す側面図、（ｃ）は光拡散部材の第３例を示す側面図、（ｄ）は光拡散部材の第４例を示す側面図、（ｅ）は光拡散部材の第５例を示す側面図、（ｆ）は光拡散部材の第６例を示す側面図、（ｇ）は表示装置の一部拡大断面図である。 本発明が適用される表示装置の被照明部材に照射される光の出射光量分布を、第４従来例の出射光量分布と比較して示す図である。 本発明を適用できるカラー発光用面光源装置及びこれを備えた表示装置１を示す図である。（ａ）は、被照明部材を取り除いて示す面光源装置及びこれを備えた表示装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ４−Ｘ４線に沿って切断して示す断面図である。 第１従来例を示す模式的構造図である。 第２従来例を示す模式的構造図である。 第３従来例を示す模式的構造図である。 第４従来例を示す表示装置の断面図である。

符号の説明

１……表示装置、２……面光源装置、３……被照明部材（液晶表示パネル）、４……発光素子、５……光束制御部材、６……光制御出射面、６ａ……第１の出射面、６ｂ……第２の出射面、７……光拡散部材、８，１７……光出射面、９……封止部材、１０，１８、２３……凹み、１９……ＬＥＤ、２０……光入射面（凹面）、２９……発光装置、Ｌ……光軸（基準光軸）、Ｐｏ……変曲点

Claims (13)

1. 発光素子からの光を光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置において、
   前記光束制御部材は、前記発光素子を収容する凹みと、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面と、を備え、
   前記光制御出射面は、前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度θ１と、前記光制御出射面から出射する光の出射角θ５が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記凹みを構成する凹面は、前記発光素子の光出射面に密接していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記凹みを構成する凹面は、前記発光素子の光出射面に隙間をもって係合していることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記光制御出射面は、前記基準光軸近傍の第１の出射面とこの第１の出射面の周囲に位置する第２の出射面とを有し、これら第１の出射面と第２の出射面との接続部分が変曲点となっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記請求項１乃至４のいずれかに記載の発光装置と、この発光装置からの光を拡散・透過する光拡散部材と、を備えたことを特徴とする面光源装置。
6. 前記請求項５に記載の面光源装置と、この面光源装置からの光を照射する被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置。
7. 発光素子からの光を封止部材と光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置において、
   前記光束制御部材は、前記封止部材に封止された前記発光素子を収容する凹みと、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面と、を備え、
   前記光制御出射面は、前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度θ１と、前記光制御出射面から出射する光の出射角θ５が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されていることを特徴とする発光装置。
8. 前記凹みを構成する凹面は、前記封止部材に封止された前記発光素子の光出射面に密接していることを特徴とする請求項７の発光装置。
9. 前記凹みを構成する凹面は、前記封止部材に封止された前記発光素子の光出射面に隙間をもって係合していることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
10. 前記光制御出射面は、前記基準光軸近傍の第１の出射面とこの第１の出射面の周囲に位置する第２の出射面とを有し、これら第１の出射面と第２の出射面との接続部分が変曲点となっていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の発光装置。
11. 前記請求項７乃至１０のいずれかに記載の発光装置と、この発光装置からの光を拡散・透過する光拡散部材と、を備えたことを特徴とする面光源装置。
12. 前記請求項１１に記載の面光源装置と、この面光源装置からの光を照射する被照明部材と、を備えたことを特徴とする表示装置。
13. 発光素子または封止部材に封止された発光素子を収容する凹みと、前記発光素子からの光の出射を制御する光制御出射面と、を備えた光束制御部材であって、
    前記光制御出射面は、前記発光素子から出射した光のうち、少なくともその最大強度の光が出射される方向から出射光の強度が最大強度の半分の値となる光が出射される方向までの角度範囲内に出射される光について、前記光束制御部材に入射して前記光制御出射面に到達した前記角度範囲内の光とその到達点を通り前記発光装置の基準光軸と平行な線とのなす角度θ１と、前記光制御出射面から出射する光の出射角θ５が、前記発光素子から出射される光のうちの前記基準光軸近傍の光を除き、θ５／θ１＞１の関係を満足するとともに、このθ５／θ１の値をθ１の増加にしたがって徐々に小さくなる方向に変化させる形状に形成されていることを特徴とする光束制御部材。

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