JP2017017001A - 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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Abstract

【課題】COB型のLED等の、側方方向に光を多く出射する発光素子を用いた場合でも、発光装置から照射される光に輝度ムラをさせにくい光束制御部材を提供すること。【解決手段】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係る。この光束制御部材は、その中心軸と交わるように裏側に形成された第1の凹部の内面である入射面と、前記入射面で入射した光を外部に出射する出射面と、裏側に形成された第2の凹部と、を有し、第2の凹部は前記中心軸と直交する仮想直線に対して傾斜する第1の傾斜面および第2の傾斜面を有し、第2の傾斜面は、前記第1の傾斜面よりも前記中心軸に近い領域に形成され、第1の傾斜面は、前記入射面で光束制御部材に入射して前記出射面でフレネル反射した光の少なくとも一部を反射させる角度で傾斜する。【選択図】図9

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、前記光束制御部材を有する発光装置、前記発光装置を有する面光源装置、および前記面光源装置を有する表示装置に関する。

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(レンズ)および光拡散部材を有する。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。

図1は、従来の光束制御部材の構成を示す図である。図1Aは、裏側から見た斜視図であり、図1Bは、裏側から見た断面斜視図であり、図1Cは、断面図である。なお、図1Aおよび図1Bでは、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、従来の光束制御部材20は、発光素子から出射された光を入射する入射面22と、入射面22で入射した光を外部に出射する出射面24とを有する。入射面22は、発光素子に対して凹形状の面であり、発光素子の発光面と対向するように形成されている。

図2は、光束制御部材20の光路図である。図2Aは、出射角30°で発光素子10の発光中心から出射された光線の光路図であり、図2Bは、出射角40°で発光素子10の発光中心から出射された光光線の光路図である。ここで「出射角」とは、発光素子10の光軸LAに対する、出射された光線の角度(図2Aのθ)を意味する。なお、図2でも、裏側に設けられた脚部を省略している。

図2に示されるように、発光素子10から出射された光は、入射面22で光束制御部材20内に入射する。光束制御部材20内に入射した光は、出射面24に到達し、出射面24から外部に出射される(実線の矢印)。このとき、出射面24の形状により光が屈折するため、光の進行方向が制御される。その一方で、出射面24に到達した光の一部は、出射面24で反射し(フレネル反射)、発光素子10が実装されている基板と対向する裏面26に到達する(破線の矢印)。裏面26に到達した光が裏面26で反射した場合、光束制御部材20の直上に向かう光が過剰になってしまうため、発光装置から照射される光の輝度に不均一な分布(輝度ムラ)が生じてしまう。また、裏面26に到達した光が裏面26から出射された場合、光が基板に吸収されてしまうため、光の損失が大きい。そこで、特許文献1では、このような問題を解決できる光束制御部材が提案されている。

図3は、特許文献1に記載の光束制御部材の構成を示す図である。図3Aは、裏側から見た斜視図であり、図3Bは、裏側から見た断面斜視図であり、図3Cは、断面図である。なお、図3Aおよび図3Bでは、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、特許文献1に記載の光束制御部材30では、傾斜面32を外側に有し、中心軸CAに対して略平行な面34を内側に有する凹部が裏面26に形成されている。傾斜面32は、光束制御部材30の中心軸CAに対して回転対称(円対称)であり、かつ中心軸CAに直交する仮想直線に対して所定の角度(例えば45°)で傾斜している。

図4は、光束制御部材30の光路図である。図4Aは、出射角30°で発光素子10の発光中心から出射された光線の光路図であり、図4Bは、出射角40°で発光素子10の発光中心から出射された光線の光路図である。なお、これらの図でも、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、出射面24でフレネル反射した光は、裏面26上の所定の領域に到達する。上記所定の領域に傾斜面32を形成することで、傾斜面32に到達した光の少なくとも一部を反射させて、側方方向へ向かう光にすることができる(図4A、B参照)。

このように、特許文献1に記載の光束制御部材30では、出射面24で反射した光が、光束制御部材30の直上に向かう光になりにくく、また、基板に吸収もされにくい。したがって、特許文献1に記載の光束制御部材30を有する発光装置は、従来の光束制御部材20を有する発光装置に比べて、均一にかつ効率よく光を照射することができる。

また、近年、チップ・オン・ボード(COB)型のLEDが、実装の容易さ、および発光効率の高さから、照明用に用いられている。COB型のLEDは、上方への出射に加えて、従来のLEDよりも多くの光を側方方向へも出射することが知られている。

特開2011−23204号公報

特許文献1に記載の面光源装置の発光素子に前記COB型のLEDを用いるときは、LEDの側方方向に出射される光を入射面22から光束制御部材内へ多く入射させる観点から、光束制御部材の裏面と発光素子の上面との高さの差をより少なくする。このとき、発光素子の側方方向に出射され、光束制御部材に入射した光は、光束制御部材の内部を伝播し、前記凹部を形成する内側の面34に到達する。この光は、前記内側の面34を透過するとともに面の表面状態によっては散乱する。さらに面34を透過した光が傾斜面32で屈折して、発光装置の上部近傍に向かう方向へ多く進行する(図5参照)。この内側の面34での散乱および傾斜面32での屈折により、発光装置の上部近傍に向かう光が過剰になってしまうため、発光装置の上部近傍に円環状に輝度の高い領域ができて、輝度ムラが生じてしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、出射面で反射した光をさらに反射させる傾斜面を有する光束制御部材であって、COB型のLED等の、側方方向に光を多く出射する発光素子と組みあわせて用いた場合でも、光束制御部材から出射される光に輝度ムラを生じさせにくい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、この発光装置を有する面光源装置、およびこの面光源装置を有する表示装置を提供することも目的とする。

本発明の光束制御部材は、その中心軸と交わるように裏側に形成された第1の凹部の内面であって、発光素子から出射された光を入射する入射面と、前記中心軸と交わるように表側に形成された、前記入射面で入射した光を外部に出射する出射面と、前記入射面よりも外側で前記中心軸を取り囲むように裏側に形成された、光束制御部材の内部に陥入した第2の凹部と、を有し、前記第2の凹部は、前記中心軸と直交する仮想直線に対して傾斜する第1の傾斜面と、前記中心軸と直交する仮想直線に対して傾斜する第2の傾斜面と、を有し、前記第2の傾斜面は、前記第1の傾斜面よりも前記中心軸に近い領域に形成され、前記第1の傾斜面は、前記入射面で光束制御部材に入射して前記出射面でフレネル反射した光の少なくとも一部を反射させる角度で、前記中心軸から離れるほど、より裏側に向かう方向に傾斜し、前記第2の傾斜面は、前記中心軸から離れるほど、より表側に向かう方向に傾斜する、構成を採る。

本発明の発光装置は、発光素子と、本発明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、構成を採る。

本発明の面光源装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する、構成を採る。

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、構成を採る。

本発明の光束制御部材は、COB型のLED等の、側方方向に光を多く出射する発光素子と組み合わせた場合でも、出射される光に輝度ムラを生じさせにくい。

また、本発明の発光装置、面光源装置および表示装置は、上記輝度ムラを生じさせにくい光束制御部材を含むため、出射される光に輝度ムラを生じさせにくい。

図1A〜Cは、従来の光束制御部材の構成を示す図である。 図2A、Bは、図1に示される光束制御部材の光路図である。 図3A〜Cは、特許文献1に記載の光束制御部材の構成を示す図である。 図4A、Bは、図3に示される光束制御部材の光路図である。 図5は、図3に示される光束制御部材の別の光路図である。 図6A、Bは、本発明に係る面光源装置の構成を示す図である。 図7A、Bは、本発明に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 図8は、図7Bの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図9は、本発明に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図10A〜Cは、本発明に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図11A、Bは、本発明に係る光束制御部材の別の構成を示す図である。 図12A〜Cは、図10に示される光束制御部材の光路図である。 図13A、Bは、本発明に係る光束制御部材のさらに別の構成を示す図である。 図14は、本発明に係る光束制御部材のさらに別の構成を示す図である。 図15は、図10に示される光束制御部材の別の光路図である。 図16Aは、比較用の光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図16Bは、実施の形態1に係る光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図16Cは、図16Aおよび図16Bに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図17Aは、実施の形態1に係る別の光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図17Bは、図16Aおよび図17Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図18Aは、実施の形態1に係る別の光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図18Bは、図16Aおよび図18Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図19Aは、実施の形態2に係る光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図19Bは、図16Aおよび図19Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図20Aは、実施の形態2に係る別の光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図20Bは、図16Aおよび図20Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図21Aは、実施の形態2に係る別の光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図21Bは、図16Aおよび図21Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図22Aは、実施の形態2に係る別の光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図22Bは、図16Aおよび図22Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図23Aは、実施の形態3に係る光束制御部材の概略を示す部分断面図である。図23Bは、図16Aおよび図23Aに示す光束制御部材の直上領域における照度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図24A、Bは、本発明の他の実施形態に係る光束制御部材の構成を示す図である。

以下、本発明の光速制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の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。

[面光源装置および発光装置の構成]
図6〜図8は、本発明の面光源装置の構成を示す図である。図6Aは、平面図であり、図6Bは、正面図である。図7Aは、図6Bに示される7A−7A線の断面図であり、図7Bは、図6Aに示される7B−7B線の断面図である。図8は、図7Bの一部を拡大した部分拡大断面図である。

図6、図7に示されるように、本発明の面光源装置100は、筐体110、複数の発光装置200および光拡散部材120を有する。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、例えば約400mm×約700mmとすることができる。

図7、図8に示されるように、複数の発光装置200は、それぞれ基板210上に固定されている。複数の基板210は、それぞれ筐体110の底板112上の所定の位置に固定されている。図8に示されるように、複数の発光装置200は、それぞれ発光素子220および光束制御部材300を有している。

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。実装が容易であり、かつ、発光効率が高い観点からは、発光素子220はチップ・オン・ボード(COB)型のLEDであることが好ましい。

COB型のLEDは、従来のLEDよりも多くの光を側方方向に出射することが知られている。発光素子220が、COB型のLED等の、側方方向に多くの光を出射する素子であるとき、LEDの側面方向に出射する光をより多く光束制御部材に入射させる観点から、発光素子の上面は、光束制御部材が有する第1の凹部310(後述)の下端よりも鉛直方向上方にあることが好ましい。

光束制御部材300は、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、上記光の進行方向を基板の面方向に拡げる。光束制御部材300は、その中心軸CAが発光素子220の光軸LAに一致するように、発光素子220の上に配置されている(図8参照)。なお、後述する光束制御部材300の入射面320および出射面330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。この入射面320および出射面330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220からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。

光束制御部材300は、複数に駒割した金型などを用いて、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。

本発明に係る面光源装置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。

光拡散部材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。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により光拡散部材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、さらに光拡散部材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9および図10は、本発明に係る光束制御部材300の構成を示す図である。図9は、裏側(基板210側)から見た斜視図である。図10Aは、平面図であり、図10Bは、正面図であり、図10Cは、図10Aに示される10C−10C線の断面図である。

図9に示されるように、光束制御部材300は、第1の凹部310、入射面320、出射面330、第2の凹部340、および鍔部350を有する。光束制御部材300は、いずれも不図示の、裏面または複数の脚部を有していてもよい。

第1の凹部310は、光束制御部材300の裏側(発光素子220側)の中央部に形成されている。第1の凹部310の内面は、入射面320として機能する。入射面320は、発光素子220から出射された光の大部分またはすべてを、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320は、光束制御部材300の中心軸CAと交わり、中心軸CAを軸として回転対称(円対称)である。

出射面330は、光束制御部材300の表側(光拡散部材120側)に、鍔部350から突出するように形成されている。出射面330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330は、中心軸CAと交わり、中心軸CAを軸として回転対称(円対称)である。

出射面330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330aと、第1出射面330aの周囲に連続して形成される第2出射面330bと、第2出射面330bと鍔部350とを接続する第3出射面330cとを有する(図10C参照)。第1出射面330aは、裏側に凸の曲面である。第2出射面330bは、第1出射面330a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330bの形状は、円環状の凸形状である。第3出射面330cは、第2出射面330bの周囲に位置する曲面である。図10Cに示される断面において、第3出射面330c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。

第2の凹部340は、光束制御部材の裏側の、前記第1の凹部310よりも外側(中心軸CAからより遠い領域)に、中心軸CAを取り囲むように形成されている。第2の凹部340は、その外側に形成された第1の傾斜面342と、より内側(中心軸CAにより近い領域)に設けられた第2の傾斜面344とを有する。第2の凹部340は、後述する非傾斜面を有する非傾斜部をさらに有していてもよい。第1の傾斜面342および第2の傾斜面344は、いずれも中心軸CAに直交する仮想直線に対して傾斜している。第1の傾斜面342は、中心軸から離れるほど、より裏側に向かう方向に、傾斜する。第2の傾斜面344は、中心軸CAから離れるほど、より表側に向かう方向に、傾斜する。なお、傾斜面とは、中心軸CAに直交する仮想直線に対して傾斜する(所定の角度で交わる)面を意味し、非傾斜面とは、中心軸CAに直交する仮想直線と平行な平面を意味する。

また、中心軸CAに直交する仮想直線に対する、傾斜面の傾斜角(以下、単に「傾斜角」ともいう。)とは、中心軸CAを含む断面におけるその傾斜面が直線状であるときは、その直線と中心軸CAに直交する仮想直線とがなす角度を意味し、中心軸CAを含む断面におけるその傾斜面が曲線状であるときは、中心軸CAを含む断面におけるその傾斜面に含まれる、中心軸CAに最も近い点と中心軸CAから最も遠い点とを結ぶ直線と、中心軸CAに直交する仮想直線と、がなす角度を意味する。

第1の傾斜面342と第2の傾斜面344とは、連続して形成されてもよいし、第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との間に非傾斜部が形成されてもよい。第1の傾斜面342と第2の傾斜面344とが連続して形成されるとき、中心軸CAを含む断面において、第1の傾斜面342と第2の傾斜面344とは直接に接しており、第2の凹部340の断面形状は、上下を逆転させた略V字状である。第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との間に非傾斜部が形成されるとき、中心軸CAを含む断面において、第1の傾斜面342と第2の傾斜面344とは非傾斜部を介して接している。なお、非傾斜部を介して接するとは、断面における第1の傾斜面342を表す線分、および第2の傾斜面344を表す線分が、非傾斜面を介して(このとき、第2の凹部340の断面形状は、上底(より表側に位置する辺)が短い略台形から下底を除いた形状である。)、または頂面に非傾斜面が形成された凸状の非傾斜部を介して配置されて第2の凹部340の断面を形成していることを意味する。

上記第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との間に形成された非傾斜面は、駒割された複数の金型から光束制御部材300を成形するときの金型を、第1の傾斜面342を成形するための転写面を有する側の金型と、第2の傾斜面344を成形するための転写面を有する側の金型とに分割して形成するときに、中心軸CAを回転軸とした回転方向、および中心軸CAに沿った高さ方向の位置合わせするための基準として用いることができる。そのため、上記非傾斜面を有する光束制御部材300は、製造がより容易である。ただし、後述する図16B、図16Cと図17A、図17Bとの比較から明らかなように、非傾斜面を有さない光束制御部材は、輝度ムラがより生じにくい。そのため、上記製造の容易さと輝度ムラを抑制する効果とを両立させる観点からは、非傾斜面343を有する光束制御部材300の中心軸CAを含む断面図である図11Aおよびその裏側(基板210側)から見た斜視図である図11Bに示されるように、非傾斜部は、連続して形成された第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との接辺の一部にのみ配置されることが好ましい。このとき、光束制御部材300の、中心軸CAを含む一の断面では、第1の傾斜面342と第2の傾斜面344とは直接に接しており(図10C)、中心軸CAを含む他の断面では、第1の傾斜面342と第2の傾斜面344とは非傾斜部を介して接している(図11B)。このとき、上記第1の傾斜面342と上記非傾斜面343と、および、非傾斜面343と第2の傾斜面344とは、互いに接していてもよいし、他の面(たとえば、中心軸CAに略平行な面)を介して接していてもよい。

非傾斜面343の平面形状は、図11Bに示すような小判型であってもよいし、円形などの他の形状であってもよい。金型同士の位置合わせをより容易にする観点からは、光束制御部材300は、中心軸CAを挟んで略対向する2つの位置に非傾斜部を有することが好ましく、上記略対向する2つの非傾斜部の組み合わせを少なくとも1組有することが好ましい。また、非傾斜面343は、中心軸CAに沿った高さ方向について第1の傾斜面342および第2の傾斜面344の位置を正確に把握するための測定基準面として使用することもできる。その場合、測定を容易にし、且つ安定した測定結果を得るためには、非傾斜部を、中心軸CAを対称軸として回転対称な位置に2個以上有することが好ましい。ただし、輝度ムラの発生を最小限に抑制する観点からは、光束制御部材300が有する非傾斜部の数は少ない方が好ましく、位置合わせ効果および輝度ムラ抑制効果のバランスを考慮し、上記略対向する2つの非傾斜部の組み合わせを2組のみ有することが好ましい。

第1の傾斜面342の傾斜角は、入射面320で光束制御部材300に入射して出射面330でフレネル反射した光の少なくとも一部を反射させる角度である。このような構成とすることで、上記フレネル反射して第1の傾斜面342に到達した光の少なくとも一部は、第1の傾斜面342で反射して、側方方向へ向かう光となる。そのため、出射面330でフレネル反射した光が、基板210でさらに反射することによる輝度ムラの発生や、基板210に吸収されることによる光の損失を、抑制することができる(図4参照)。

より多くの光を側方方向へ向かわせる観点からは、第1の傾斜面342は、たとえば、入射面320で光束制御部材300に入射した光が出射面330でフレネル反射して到達する領域に設けることができる。入射面320で入射した光が出射面330でフレネル反射して光束制御部材300の裏側に到達するまでの光路は、シミュレーションで求めることができる。図12は、光束制御部材300の光路図である。図12Aは、出射角30°で発光素子220の発光中心から出射された光線の光路図であり、図12Bは、出射角40°で発光素子220の発光中心から出射された光線の光路図であり、図12Cは、出射角50°で発光素子220の発光中心から出射された光線の光路図である。これらの図に示されるように、光束制御部材300では、出射面330で反射した光は、光束制御部材300の裏側(これらの図では、裏面が形成されている)の所定の領域に到達する。前記入射面320で光束制御部材300に入射した光が前記出射面330でフレネル反射して到達する領域は、たとえば、複数の異なる角度について上記シミュレーションを行い、そのうち大部分の光路が到達した領域を含むように、設定することができる。

図13に示されるように、第1の傾斜面342は、稜線342cに垂直な断面が略三角形状であり、かつ中心軸CAに対して回転対称な、複数の凸条342dからなってもよい(図13A参照)。凸条342dは、平面状の第1反射面342aと、平面状の第2反射面342bと、第1反射面342aと第2反射面342bとの交線である稜線342cとを有している。また、図13Bに示すように、稜線342cを含む仮想直線は、稜線342cよりも表側の位置で中心軸CAと交わる。なお、説明を簡略化するため、図13Bでは第2の傾斜面344を省略している。このような凸条342dは、全反射プリズムのように機能して、上記フレネル反射して第1の傾斜面342に到達した光を光束制御部材300の側方方向にさらに反射させる。これにより、上記凸条342dは、第1の傾斜面342を通過して光束制御部材300直下の基板に到達する光による、輝度ムラの発生および光の利用効率の低下をさらに抑制する。

このときも、光束制御部材300の裏側(基板210側)から見た斜視図である図14に示されるように、金型同士の位置合わせをより容易にするため、光束制御部材300は、連続して形成された第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との接辺の一部に非傾斜面343を有する非傾斜部が形成されていてもよい。図14に示される非傾斜面343は、凸条342dの高さおよび第2の凹部340の深さ(第2の凹部340の底(第2の凹部340の表面のうち、最も表側にある点)と、第1の凹部310の下端(第1の凹部310の表面のうち、最も裏側にある点)を含んで中心軸CAに直交する仮想直線と、の間の距離)などを測定する際の基準面として用いることもできる。非傾斜面343の平面形状は、図14に示すような小判型であってもよいし、円形などの他の形状であってもよい。金型同士の位置合わせをより容易にする観点からは、光束制御部材300は、中心軸CAを挟んで略対向する2つの位置に非傾斜部を有することが好ましく、上記略対向する2つの非傾斜部の組み合わせを少なくとも1組有することが好ましい。また、非傾斜面343を、中心軸CAに沿った高さ方向について第1の傾斜面342および第2の傾斜面344の位置を正確に把握するための測定基準面として使用する観点からは、測定を容易にし、且つ安定した測定結果を得るためには、非傾斜部を、中心軸CAを対称軸として回転対称な位置に2個有することが好ましい。ただし、輝度ムラの発生を最小限に抑制する観点からは、光束制御部材300が有する非傾斜部の数は少ない方が好ましく、位置合わせ効果および輝度ムラ抑制効果のバランスを考慮し、上記略対向する2つの非傾斜部の組み合わせを2組のみ有することが好ましい。

第2の傾斜面344は、傾斜角が一定の、ひとつの円錐台面(後述する実施の態様1を参照)でもよいし、異なる傾斜角を有する複数の円錐台面を組み合わせてなるもの(後述する実施の態様2を参照)でもよいし、外側に向けて漸次変化する傾斜角を有する曲面(後述する実施の態様3を参照)であってもよい。なお、円錐台面とは、円錐台の側面の形状を有する面を意味する。

第2の傾斜面344が、傾斜角が一定である、ひとつの円錐台面状であるとき、中心軸CAを通る断面において第2の傾斜面344は直線状となる。第2の傾斜面344が、異なる傾斜角を有する複数の円錐台面の集合であるとき、中心軸CAを通る断面において第2の傾斜面344は途中で屈折した直線状となる。第2の傾斜面344が、外側に向けて漸次変化する傾斜角を有する曲面であるとき、中心軸CAを通る断面において第2の傾斜面344は、傾斜角が漸次変化する曲線状となる。

従来、第2の凹部340の内側の面は、中心軸CAに対して略平行に形成されていた(たとえば、図3および図4の面34)。そのため、上記中心軸CAに略直交する方向に進行する光は、上記内側の面および第1の傾斜面342により、光束制御部材の上方に散乱したり方向変換されたりしてしまい(たとえば、図5の光路図を参照)、このような光により、面光源装置から照射される光には、輝度ムラが発生していた。これに対し、上記内側の面を傾斜させ、第2の傾斜面344とすることで、図5に記載されるような光路を進行する光の量は、減少する。また、第2の傾斜面344は、上記中心軸CAに略直交する方向に進行する光を反射または屈折させて光束制御部材の側方方向に進行させる(図15参照。なお、図15では、第2の傾斜面344で反射した光のみが示されている。)。これらの理由により、第2の傾斜面344は、光束制御部材300の上方への光の進行を抑制し、上記輝度ムラを発生しにくくする。上記散乱および上方へ方向変換した光による輝度ムラをより発生しにくくする観点からは、第2の傾斜面344は、たとえば、入射面320で光束制御部材300に入射して中心軸CAに略直交する方向に進行する光が多く到達する領域に設けることができる。

特に、発光素子がCOB型のLEDであるとき、LEDの側方方向へ出射する光の量が従来のLEDよりも多いため、上記中心軸CAに略直交する方向に進行する光の量も多くなる。そのため、本発明の光束制御部材300は、発光素子がCOB型のLEDであるときに、従来の光束制御部材と比べて、輝度ムラをより発生しにくくすることができる。

第2の傾斜面344で反射した光が光束制御部材300の上方へ進行することによる輝度ムラを、より生じにくくする観点からは、第2の傾斜面344は、中心軸CAと直交する方向に進行し入射面320の縁部で光束制御部材に入射して、第2の傾斜面344に到達する光を、中心軸CAに平行な方向へ進行するように全反射させる角度より小さい角度で、中心軸CAと直交する仮想直線に対して傾斜することが好ましい。なお、第2の傾斜面344の傾斜角とは、中心軸CAを含む任意の断面において第2の傾斜面344を表す線分に含まれる、出射面330に最も近い点と出射面330から最も遠い点とを結ぶ直線と、中心軸CAに直交する仮想直線とがなす角度を意味する。後述する実施の形態2のように、第2の傾斜面344が傾斜角の異なる複数の傾斜面を含むときは、第2の傾斜面344の全表面積のうち、傾斜角が上記全反射させる角度より小さい角度である傾斜面の表面積が占める割合が、少なくとも半分以上であることがより好ましい。上記観点からは、第2の傾斜面344が傾斜角の異なる複数の傾斜面を含むときは、いずれの傾斜面の傾斜角も、上記全反射させる角度より小さい角度であることがさらに好ましい。

一方で、上記中心軸CAに略直交する方向に進行する光のほぼ全てを光束制御部材の側方方向に進行させ、上記上方への光の散乱をより抑制する観点からは、第2の傾斜面344の傾斜角は、上記光を全反射させる角度であることが好ましい。また、第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との間に、中心軸CAに対して略平行な面が形成されにくくする観点からは、第2の傾斜面344の傾斜角は、前記第2の凹部340の底と前記第1の凹部310の下端とを結ぶ直線と、中心軸CAに直交する仮想直線と、のなす角度以上の角度であることが好ましい。

後述する実施の形態2から明らかなように、より輝度ムラを少なくする観点からは、第2の傾斜面344は、裏側に凸となっていることが好ましい。このとき、第2の傾斜面344は、たとえば、異なる傾斜角を有する複数の円錐台面の組み合わせ、または外側に向けて漸次変化する傾斜角を有する曲面であり、中心軸CAを含む断面において、第2の傾斜面344は、それぞれ、いずれも裏側に凸な、複数の線分の組みあわせ(図19A、図21A参照)、または外側ほど傾斜角が大きい曲線状(図23A参照)となる。

一方で、成形の容易さの観点からは、第2の傾斜面344は、傾斜角が一定であることが好ましい。このとき、第2の傾斜面344は、ひとつの円錐台面状となり、中心軸CAを含む断面において、第2の傾斜面344は、直線状となる(図16B参照)。

なお、図9では、光束制御部材300の裏側の全面を第2の凹部340としているが、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344が上記領域に形成される限り、第2の凹部340は光束制御部材300の裏側の一部の領域にのみ形成されてもよい。このとき、光束制御部材300の裏側の残りの領域には、裏面が形成される。

また、光束制御部材300の裏側に複数(たとえば2つ)の第2の凹部340を形成して、そのうち一つの凹部が第1の傾斜面342を有し、他の凹部が第2の傾斜面344を有してもよい。このとき、上記中心軸CAに略直交する方向に進行する光の散乱による輝度ムラの発生をより抑制する観点からは、第2の傾斜面344は、複数の第2の凹部340のうち、最も入射面320に近い凹部の、入射面320側の面とすることが好ましい。ただし、第2の凹部340が2つ以上存在すると、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344以外に、中心軸CAに対して略平行な面が形成され、この面が前記上方への散乱をわずかに生じさせることがある。このわずかな上方への散乱を抑制する観点からは、第2の凹部340を一つのみ形成し、その外側の面を第1の傾斜面342とし、内側の面を第2の傾斜面344とすることが好ましい。

鍔部350は、出射面330の外周部と光束制御部材300の裏側の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。鍔部350の形状は、略円環状である。鍔部350は、必須の構成要素ではないが、鍔部350を設けることで、光束制御部材300の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部350の厚みは、出射面330の必要面積や鍔部350の成形性などを考慮して決定され得る。

任意に形成される裏面は、光束制御部材の裏側(基板210側)に位置する、上記中心軸CAに略直交する方向に延在する面であり、たとえば、第1の凹部310の開口縁部から径方向に延在する面である。

任意に形成される複数の脚部は、光束制御部材300の裏側から突出している略円柱状の部材である。複数の脚部は、発光素子220に対して適切な位置に光束制御部材300を支持する。

[照度分布のシミュレーション結果]
以下、第2の傾斜面344の形状ごとに、光束制御部材300の直上領域における照度分布をシミュレーションした結果を示す。また、比較のため、第1の傾斜面342は有するが、第2の傾斜面344は有さない比較用の光束制御部材について、同様に照度分布をシミュレーションした結果も示す。

図8に示されるように基板210の上に、底面以外の5面がランバーシアン配光で発光するCOB型のLEDである発光素子220、および光束制御部材300または上記比較用の光束制御部材を配置した場合の、光束制御部材300または上記比較用の光束制御部材の上部における光拡散部材120上の照度分布を調べた。なお、発光素子220は、その上面が、光束制御部材300または上記比較用の光束制御部材が有する第1の凹部310の下端よりも鉛直方向上方になるように、設置した。シミュレーションに用いた光束制御部材300および比較用の光束制御部材は、第2の傾斜面344を有するかどうかのみで相違する。光束制御部材300および比較用の光束制御部材のパラメーターを以下のように設定した。第2の傾斜面の傾斜角および内径を変更した複数の光束制御部材300による照度分布を求めて、それぞれを上記比較用の光束制御部材による照度分布と比較した。
(共通のパラメーター)
・光束制御部材の外径: 15.5mm
・出射面の外径: 15.0mm
・第1の凹部の開口径: 2.0mm
・基板表面から入射面縁部までの高さ: 0.02mm
・第1の傾斜面の内径: 9.4mm
・第1の傾斜面の外径: 15.5mm
・第1の傾斜面の内径部の高さ: 0.7mm
・発光素子の高さ: 0.35mm
・発光素子の大きさ: 1.5mm×1.5mm

(実施の形態1)
実施の形態1は、第2の傾斜面344が、ひとつの円錐台面状である態様に係る。このとき、中心軸CAを通る断面において、第2の傾斜面344は直線状となる。

図16Aは、シミュレーションに用いた光束制御部材のうち、第1の傾斜面342を有するが第2の傾斜面を有さない、比較用の光束制御部材の概略を示す、中心軸CAを通る断面における部分断面図である。図16Bは、シミュレーションに用いた光束制御部材のうち、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344をいずれも有する光束制御部材300の概略を示す、中心軸CAを通る断面における部分断面図である。図16Bにおいて、第2の凹部340は、光束制御部材300の裏側の全体に形成されており、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344は、連続して形成されている。図16Aおよび図16Bにおいて、縦軸は光束制御部材300の第1の凹部310の下端からの鉛直方向の距離を、横軸は光束制御部材300の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を、それぞれ示している。また、図16Aおよび図16Bにおいて、上記比較用の光束制御部材または光束制御部材300の形状は、太線で示されている。

図16Cは、図16Aに示す比較用の光束制御部材および図16Bに示す光束制御部材300の、直上領域における照度分布のシミュレーション結果である。図16Cにおいて、縦軸は照度(lx)を、横軸は光束制御部材の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を示している。図16Cにおいて、破線は上記比較用の光束制御部材のシミュレーション結果を、太線は光束制御部材300のシミュレーション結果を、それぞれ示す。

図16Cから明らかなように、上記比較用の光束制御部材では、発光装置の上部近傍に周囲よりも照度が高くなった部分(図中2つの矢印で示す。)が生じているが、本実施の形態に係る光束制御部材300では、上記照度が高くなった部分は生じなかった。また、本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の直上領域の照度が低くなり、逆に周辺領域の照度が高くなって、照度分布がより滑らかな山型になった。

図17Aは、シミュレーションに用いた光束制御部材のうち、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344をいずれも有する別の光束制御部材300の概略を示す、中心軸CAを通る断面における部分断面図である。図17Aにおいて、第2の凹部340は、光束制御部材300の裏側の全体に形成されており、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344との間には、中心軸CAに対して回転対称な非傾斜面が形成されている。図17Aにおいて、縦軸は光束制御部材300の第1の凹部310の下端からの鉛直方向の距離を、横軸は光束制御部材300の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を、それぞれ示している。また、図17Aにおいて、光束制御部材300の形状は、太線で示されている。

図17Bは、図16Aに示す比較用の光束制御部材および図17Aに示す光束制御部材300の、直上領域における照度分布のシミュレーション結果である。図17Bにおいて、縦軸は照度(lx)を、横軸は光束制御部材の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を示している。図17Bにおいて、破線は上記比較用の光束制御部材のシミュレーション結果を、太線は光束制御部材300のシミュレーション結果を、それぞれ示す。

図17Bから明らかなように、上記比較用の光束制御部材では、発光装置の上部近傍に周囲よりも照度が高くなった部分(図中2つの矢印で示す。)が生じているが、本実施の形態に係る光束制御部材300では、上記照度が高くなった部分は生じなかった。また、本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の直上領域の照度が低くなり、逆に周辺領域の照度が高くなって、照度分布がより滑らかな山型になった。

図18Aは、シミュレーションに用いた光束制御部材のうち、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344をいずれも有するさらに別の光束制御部材300の概略を示す、中心軸CAを通る断面における部分断面図である。図18Aにおいて、第2の凹部340は、光束制御部材300の裏側の一部の領域にのみ形成されており、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344は、連続して形成されている。図18Aにおいて、縦軸は光束制御部材300の第1の凹部310の下端からの鉛直方向の距離を、横軸は光束制御部材300の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を、それぞれ示している。また、図18Aにおいて、光束制御部材300の形状は、太線で示されている。

図18Bは、図16Aに示す比較用の光束制御部材および図18Aに示す光束制御部材300の、直上領域における照度分布のシミュレーション結果である。図18Bにおいて、縦軸は照度(lx)を、横軸は光束制御部材の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を示している。図18Bにおいて、破線は上記比較用の光束制御部材のシミュレーション結果を、太線は光束制御部材300のシミュレーション結果を、それぞれ示す。

図18Bから明らかなように、上記比較用の光束制御部材部材では、発光装置の上部近傍に周囲よりも照度が高くなった部分(図中2つの矢印で示す。)が生じているが、本実施の形態に係る光束制御部材300では、上記照度が高くなった部分は生じなかった。また、本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の直上領域の照度が低くなり、逆に周辺領域の照度が高くなって、照度分布がより滑らかな山型になった。

以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材300では、第1の傾斜面342を形成する凹部を形成する内側の面34に照射されて散乱する光による、凹部の上方に円環状に照度の高い領域が生じにくい。また、本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の直上領域の照度が低くなり、逆に周辺領域の照度が高くなって、照度分布がより滑らかな山型になる。したがって、本実施の形態に係る発光装置200は、上記比較用の光束制御部材を有する発光装置に比べて、効率よくかつより滑らかな山型に光を照射することができる。

上記効果は、中心軸CAを含む断面における第2の凹部340の断面形状が、上下を逆転させた略V字状であるとき(図16B)および上底が短い略台形から下底を除いた形状であるとき(図17A)、ならびに第2の凹部340が光束制御部材300の裏側の一部の領域にのみ形成されているとき(図18A)、のいずれにおいても奏される。

また、図16Cと図17Bおよび図18Bとの比較からも明らかなように、第2の傾斜面344の傾斜角は小さいほうがよい。これは、上記傾斜角を小さくすることで、中心軸CAに略平行に進行し、第2の傾斜面344で反射または散乱した光の多くを、光束制御部材300の側方方向に進行させやすくなるためと考えられる。ただし、第2の傾斜面344の傾斜角は、第2の凹部340の下端と第1の凹部310の下端とを結ぶ直線と、中心軸CAに直交する仮想直線と、がなす角度以上の角度であることが好ましい。

(実施の形態2)
実施の形態2は、光束制御部材300の第2の傾斜面344が、異なる傾斜角を有する複数(ここでは2つ)の円錐台面の集合である態様に係る。このとき、中心軸CAを通る断面において、第2の傾斜面344は途中で角度の異なる複数の直線からなる。

図19A、図20A、図21Aおよび図22Aは、シミュレーションに用いた光束制御部材のうち、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344をいずれも有するさらに別の光束制御部材300の概略を示す、中心軸CAを通る断面における部分断面図である。図19A、図20A、図21Aおよび図22Aにおいて、第2の傾斜面344は、異なる傾斜角を有する傾斜面344aおよび傾斜面344bを有する。図19A、図20A、図21Aおよび図22Aにおいて、縦軸は光束制御部材300の第1の凹部310の下端からの鉛直方向の距離を、横軸は光束制御部材300の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を、それぞれ示している。また、図19A、図20A、図21Aおよび図22Aにおいて、光束制御部材300の形状は、太線で示されている。

これらのうち、図19Aおよび図21Aは、第2の傾斜面344が裏側に凸となるように、異なる傾斜角を有する2つの円錐台面を組み合わせてなる、光束制御部材300を示す。逆に、図20Aおよび図22Aは、第2の傾斜面344が表側に凸となるように、異なる傾斜角を有する2つの円錐台面を組み合わせてなる、光束制御部材300を示す。

図19B、図20B、図21Bおよび図22Bは、それぞれ、図16Aに示す比較用の光束制御部材および図19A、図20A、図21Aおよび図22Aに示す光束制御部材300の、直上領域における照度分布のシミュレーション結果である。図19B、図20B、図21Bおよび図22Bにおいて、縦軸は照度(lx)を、横軸は光束制御部材の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を示している。図19B、図20B、図21Bおよび図22Bにおいて、破線は上記比較用の光束制御部材のシミュレーション結果を、太線は光束制御部材300のシミュレーション結果を、それぞれ示す。

図19B、図20B、図21Bおよび図22Bから明らかなように、上記比較用の光束制御部材では、発光装置の上部近傍に周囲よりも照度が高くなった部分(図中2つの矢印で示す。)が生じているが、本実施の形態に係る光束制御部材300では、上記照度が高くなった部分は生じなかった。また、本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の直上領域の照度が低くなり、逆に周辺領域の照度が高くなって、照度分布がより滑らかな山型になった。

また、図14B、図19B、図20B、図21Bおよび図22Bから明らかなように、第2の傾斜面344は、表側に凸となるように、異なる傾斜角を有する複数の円錐台面を組み合わせてなるときより(図20A、図22A)も、ひとつの円錐台面(図16B)であるほうが、照度分布がより滑らかな山型であり、裏側に凸となるように、異なる傾斜角を有する複数の円錐台面を組み合わせてなるとき(図19A、図21A)、照度分布がさらに滑らかな山型になった。

(実施の形態3)
実施の形態3は、光束制御部材300の第2の傾斜面344が、変化する傾斜角を有する、裏側に凸となるような、外側に向けて漸次変化する傾斜角を有する曲面である態様に係る。このとき、中心軸CAを通る断面において、第2の傾斜面344は略放物線状となる。

図23Aは、シミュレーションに用いた光束制御部材のうち、第1の傾斜面342および第2の傾斜面344をいずれも有するさらに別の光束制御部材300の概略を示す、中心軸CAを通る断面における部分断面図である。図23Aにおいて、第2の傾斜面344は、外側に向けて漸次変化する傾斜角を有する曲面である。図23Aにおいて、縦軸は光束制御部材300の第1の凹部310の下端からの鉛直方向の距離を、横軸は光束制御部材300の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を、それぞれ示している。また、図23Aにおいて、光束制御部材300の形状は、太線で示されている。

図23Bは、それぞれ、図16Aに示す比較用の光束制御部材および図23Aに示す光束制御部材300の、直上領域における照度分布のシミュレーション結果である。図23Bにおいて、縦軸は照度(lx)を、横軸は光束制御部材の中心軸CAからの水平方向の距離(mm)を示している。図23Bにおいて、破線は上記比較用の光束制御部材のシミュレーション結果を、太線は光束制御部材300のシミュレーション結果を、それぞれ示す。

図23Bから明らかなように、上記比較用の光束制御部材では、発光装置の上部近傍に周囲よりも照度が高くなった部分(図中2つの矢印で示す。)が生じているが、本実施の形態に係る光束制御部材300では、上記照度が高くなった部分は生じにくかった。また、本実施の形態に係る光束制御部材300では、光束制御部材300の直上領域の照度が低くなり、逆に周辺領域の照度が高くなって、照度分布がより滑らかな山型になった。

また、第2の傾斜面344が、傾斜角が一定の、ひとつの円錐台面状(図16B)であるときよりも、裏側に凸となるような、外側に向けて漸次変化する傾斜角を有する曲面(図23A)であるほうが、照度分布がより滑らかな山型であった。

[効果]
以上述べたように、本発明の光束制御部材300は、発光装置の上部近傍の照度が高まることを抑制し、かつ、光束制御部材300の直上領域の照度も低くし、逆に周辺領域の照度を高くして、光束制御部材300の直上における照度分布をより滑らかな山型にすることができる。また、このような光束制御部材300を有する発光装置200、面光源装置100および表示装置は、同様に、輝度ムラが発生しにくく、照度分布をより均一にしやすい。

[その他]
図24に示すように、第2の傾斜面344は、稜線344eに垂直な断面が略三角形状であり、かつ中心軸CAに対して回転対称な、複数の凸条344fからなっていてもよい。凸条344fは、平面状の第1反射面344cと、平面状の第2反射面344dと、第1反射面344cと第2反射面344dとの交線である稜線344eとを有している。このような凸条344fも、実施の形態1から3の第2の傾斜面と同様に上記中心軸CAに略直交する方向に進行する光を反射または屈折させ、輝度ムラの発生を抑制する。また、面光源装置100の系内に存在する迷光が、光束制御部材300の出射面330から入射し、第2の傾斜面344に到達して凸条344fによって再帰反射され、光束制御部材300直下の基板に到達することを抑制する効果が期待できる。これにより、光の利用効率の低下を抑制できる可能性もある。

光束制御部材300は、図24Aに示すように、複数の凸条344dのみを有してもよいし、図24Bに示すように、複数の凸条344dおよび複数の凸条342dを有していてもよい。

図24Aおよび図24Bに示すいずれの形態においても、金型同士の位置合わせをより容易にし、かつ、凸条342dの高さ、凸条344fの高さおよび第2の凹部340の深さなどを測定する際の基準面として用いるため、光束制御部材300は、連続して形成された第1の傾斜面342と第2の傾斜面344との接辺の一部に非傾斜面343を有する非傾斜部が形成されていてもよい。金型同士の位置合わせをより容易にする観点からは、光束制御部材300は、中心軸CAを挟んで略対向する2つの位置に非傾斜部を有することが好ましく、上記略対向する2つの非傾斜部の組み合わせを少なくとも1組有することが好ましい。また、非傾斜面343を、中心軸CAに沿った高さ方向について第1の傾斜面342および第2の傾斜面344の位置を正確に把握するための測定基準面として使用する観点からは、測定を容易にし、且つ安定した測定結果を得るためには、非傾斜部を、中心軸CAを対称軸として回転対称な位置に2個有することが好ましい。ただし、輝度ムラの発生を最小限に抑制する観点からは、光束制御部材300が有する非傾斜部の数は少ない方が好ましく、位置合わせ効果および輝度ムラ抑制効果のバランスを考慮し、上記略対向する2つの非傾斜部の組み合わせを2組のみ有することが好ましい。

本発明の光束制御部材、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。

10 発光素子
20、30 光束制御部材
22 入射面
24 出射面
26 裏面
32 傾斜面
34 中心軸に対して略平行な面
100 面光源装置
110 筐体
112 底板
114 天板
120 光拡散部材
200 発光装置
210 基板
220 発光素子
300 光束制御部材
310 第1の凹部
320 入射面
330 出射面
330a 第1出射面
330b 第2出射面
330c 第3出射面
340 第2の凹部
342 第1の傾斜面
342a 第1反射面
342b 第2反射面
342c 稜線
342d 凸条
343 非傾斜面
344 第2の傾斜面
344a 傾斜面
344b 傾斜面
344c 第1反射面
344d 第2反射面
344e 稜線
344f 凸条
350 鍔部
CA 光束制御部材の中心軸
LA 発光素子の光軸

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形成された第1の凹部の内面であって、発光素子から出射された光を入射する入射面と、
    前記中心軸と交わるように表側に形成された、前記入射面で入射した光を外部に出射する出射面と、
    前記入射面よりも外側で前記中心軸を取り囲むように裏側に形成された、光束制御部材の内部に陥入した第2の凹部と、
    を有し、
    前記第2の凹部は、前記中心軸と直交する仮想直線に対して傾斜する第1の傾斜面と、前記中心軸と直交する仮想直線に対して傾斜する第2の傾斜面と、を有し、
    前記第2の傾斜面は、前記第1の傾斜面よりも前記中心軸に近い領域に形成され、
    前記第1の傾斜面は、前記入射面で光束制御部材に入射して前記出射面でフレネル反射した光の少なくとも一部を反射させる角度で、前記中心軸から離れるほど、より裏側に向かう方向に傾斜し、
    前記第2の傾斜面は、前記中心軸から離れるほど、より表側に向かう方向に傾斜する、光束制御部材。
  2. 前記第2の傾斜面は、前記中心軸と直交する方向に進行し前記入射面の縁部で光束制御部材に入射して前記第2の傾斜面に到達する光を前記中心軸と平行な方向へ全反射させる角度より小さい角度で、前記中心軸と直交する仮想直線に対して傾斜する、請求項1に記載の光束制御部材。
  3. 前記第2の傾斜面は、裏側に凸となっている、請求項1または2に記載の光束制御部材。
  4. 前記第2の傾斜面は、傾斜角が一定である、請求項1または2に記載の光束制御部材。
  5. 前記第2の凹部は、前記中心軸に直交する仮想直線に対して平行な非傾斜面が形成された非傾斜部をさらに有し、
    前記中心軸を含む一の断面において、前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とは直接に接しており、前記中心軸を含む他の断面において、前記第1の傾斜面と前記第2の傾斜面とは前記非傾斜部を介して接している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光束制御部材。
  6. 発光素子と、請求項1〜5のいずれか1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位置に配置されている、発光装置。
  7. 前記発光素子はチップ・オン・ボード型(COB)の発光ダイオード(LED)である、請求項6に記載の発光装置。
  8. 請求項6または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。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018155676A1 (ja) * 2017-02-27 2018-08-30 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置および表示装置
WO2018159676A1 (ja) * 2017-03-03 2018-09-07 株式会社エンプラス 面光源装置および表示装置
WO2018174076A1 (ja) * 2017-03-21 2018-09-27 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置および面光源装置
WO2018207902A1 (ja) * 2017-05-11 2018-11-15 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017050246A (ja) * 2015-09-04 2017-03-09 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置および面光源装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5077942B2 (ja) 2007-11-07 2012-11-21 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、及び表示装置
JP4870826B2 (ja) * 2009-04-27 2012-02-08 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置、及び表示装置
JP2011023204A (ja) 2009-07-15 2011-02-03 Sharp Corp 発光装置、光束制御部材および当該発光装置を備える照明装置
JP2011044315A (ja) 2009-08-20 2011-03-03 Panasonic Electric Works Co Ltd 光学レンズおよびこれを用いた照明器具
JP5425220B2 (ja) * 2009-11-17 2014-02-26 シャープ株式会社 面発光ユニット、及びそれを備えた表示装置
JPWO2012164790A1 (ja) 2011-05-31 2014-07-31 パナソニック株式会社 面光源および液晶ディスプレイ装置
KR101491207B1 (ko) * 2012-07-18 2015-02-06 엘지이노텍 주식회사 표시 장치 및 발광 장치
US9255695B2 (en) * 2012-08-22 2016-02-09 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Illumination lens for LED backlights
JP6111110B2 (ja) * 2012-08-27 2017-04-05 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP5957364B2 (ja) * 2012-10-25 2016-07-27 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
CN103062705B (zh) 2012-12-19 2015-04-08 冠捷显示科技(厦门)有限公司 大角度扩散的光学透镜

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018155676A1 (ja) * 2017-02-27 2018-08-30 株式会社エンプラス 発光装置、面光源装置および表示装置
WO2018159676A1 (ja) * 2017-03-03 2018-09-07 株式会社エンプラス 面光源装置および表示装置
WO2018174076A1 (ja) * 2017-03-21 2018-09-27 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置および面光源装置
WO2018207902A1 (ja) * 2017-05-11 2018-11-15 株式会社エンプラス 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置

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