JP2017129784A - 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】出射す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。
【解決手段】光束制御部材３００は、その中心軸と交わるように裏側に形成された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３１０と、中心軸と交わるように表側に形成され、入射面で入射した光を外部に出射する出射面３２０と、入射面を取り囲むように裏側に形成された環状溝部３３０と、を有する。環状溝部は、中心軸側の第１内面３３１と、中心軸に対して第１内面より離れた第２内面３３２とを含む。第２内面は、中心軸を含む断面において、第２内面の任意点における接線が中心軸となす２つの角度のうち環状溝部側の角度を、第２内面の任意点における傾斜角度としたとき、内側端部における傾斜角度は、外側端部における傾斜角度より小さく、第２内面の傾斜角度は、中心軸から離れるにつれて大きくなる。
【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、前記光束制御部材を有する発光装置、面光源装置および表示装置に関する。

液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されるようになってきている。

たとえば、直下型の面光源装置は、基板と、複数の発光素子と、複数の光束制御部材（レンズ）と、光拡散部材とを有する。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２０の構成を示す図である。図１Ａは、光束制御部材２０を裏側から見た斜視図であり、図１Ｂは、光束制御部材２０を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。図１Ａ〜Ｃ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線の光路図である。ここで「出射角」とは、発光素子１０の光軸ＯＡ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２Ａ、Ｂ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で内部反射し（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、発光装置から出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３０の構成を示す図である。図３Ａは、光束制御部材３０を裏側から見た斜視図であり、図３Ｂは、光束制御部材３０を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、Ｂでは、裏側に設けられた脚部を省略している。図３Ａ〜Ｃ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に対して略平行な平行面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、図４Ａ、Ｂでも、裏側に設けられた脚部を省略している。図４Ａ、Ｂ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ったり、基板に吸収されたりしにくい。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に記載の光束制御部材３０において、出射面２４で内部反射した光のうち、多くの光を側方方向へ反射させるためには、傾斜面３２の面積を大きくする必要がある。しかしながら、傾斜面３２の面積を大きくするためには、平行面３４の高さを高くすることとなる。このように、平行面３４の高さを高くすると、発光素子１０から大きい出射角で出射された光が平行面３４に到達してしまう。平行面３４に到達した光は、平行面３４を透過するとともに、平行面３４の表面状態によっては散乱する。さらに、平行面３４を透過した光は、傾斜面３２で屈折して、光束制御部材３０の上部近傍に向かう方向へ進行してしまい、輝度ムラを生じさせてしまう。また、発光素子１０として、ＣＯＢ型のＬＥＤを用いた場合、ＬＥＤの側方方向に出射された光のうち、一部の光が平行面３４に到達してしまう。平行面３４に到達した光は、前述のとおり、散乱するか、光束制御部材３０の上部近傍に向かう方向へ進行してしまい、輝度ムラを生じさせてしまう。

一方、平行面３４の高さを高くすることなく、傾斜面３２の面積を大きくするためには、中心軸ＣＡに対する傾斜面３２の傾斜角度を大きくすることが考えられる。このように、中心軸ＣＡに対する傾斜面３２の傾斜角度を大きくすると、出射面２４から傾斜面３２に対して略垂直に入射した光が、発光装置の上部近傍に向かって反射してしまい、輝度ムラを生じさせてしまう。

このように、従来の光束制御部材３０では、平行面３４での散乱および傾斜面３２での屈折、または傾斜面３２での反射により、光束制御部材３０の上部近傍に向かう光が過剰になってしまい、輝度ムラが生じてしまう。

本発明の目的は、出射す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、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も目的とする。

本発明の光束制御部材は、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形成された凹部の内面であって、前記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、前記入射面で入射した光を外部に出射する出射面と、前記入射面を取り囲むように裏側に形成された環状溝部と、を有し、前記環状溝部は、前記中心軸側に配置された第１内面と、前記中心軸に対して前記第１内面より離れて配置された第２内面と、を含み、前記中心軸を含む断面において、前記第２内面は、外側端部および内側端部を繋ぐ仮想直線より前記環状溝部の開口部側に突出しており、前記中心軸を含む断面において、前記第２内面の任意点における接線が前記中心軸となす２つの角度のうち前記環状溝部側の角度を、前記第２内面の任意点における傾斜角度としたとき、前記第２内面の前記内側端部における傾斜角度は、前記第２内面の前記外側端部における傾斜角度より小さく、前記第２内面の傾斜角度は、前記中心軸から離れるにつれて連続的にまたは段階的に大きくなる。

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、前記中心軸は、前記発光素子の光軸と一致している。

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。

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。

本発明の光束制御部材は、出射す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、輝度ムラを生じさせにくい光束制御部材を含むため、出射す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５Ａ、Ｂは、本発明に係る面光源装置の構成を示す図である。 図６Ａ、Ｂは、本発明に係る面光源装置の断面図である。 図７は、図６Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図８は、本発明に係る光束制御部材を裏側から見た斜視図である。 図９Ａ〜Ｄは、本発明に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１０は、光束制御部材の光路図である。 図１１は、実施の形態１の他の光束制御部材の断面図である。 図１２は、実施の形態１の変形例１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１３は、比較例に係る光束制御部材を裏側から見た斜視図である。 図１４Ａ、Ｂは、光路のシミュレーション結果を示す図である。 図１５は、面光源装置の輝度分布のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１６Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１７は、発光素子の側面から出射された光の光束制御部材における光路図である。 図１８は、他の実施の形態に係る光束制御部材の断面図である。 図１９は、反射面で内部反射した光の集光位置を調整した光束制御部材における光路図である。

以下、本発明の光束制御部材、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。

［実施の形態１］
（面光源装置および発光装置の構成）
図５〜図７は、本発明の実施の形態１に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図５Ａは、面光源装置１００の平面図であり、図５Ｂは、正面図である。図６Ａは、図５Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図６Ｂは、図５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。図７は、図６Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。なお、図７では、脚部を省略している。

図５〜図７に示されるように、面光源装置１００は、筐体１１０と、複数の発光装置２００と、光拡散部材１２０とを有する。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である。

図６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７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。発光素子２２０は、実装が容易であり、かつ、発光効率が高い観点から、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の上面は、光束制御部材３００の凹部３６０（後述）の下端よりも鉛直方向上側にあってもよいし、鉛直方向下側にあってもよい。本実施の形態では、発光素子２２０の上面は、光束制御部材３００の凹部３６０（後述）の下端よりも鉛直方向下側に位置している。

図７に示されるように、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、発光素子２２０から出射された光を拡げるように制御する。光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＯＡに一致するように、発光素子２２０の上に配置されている。なお、後述する光束制御部材３００の入射面３１０および出射面３２０はいずれも回転対称（円対称）である。また、光束制御部材３００の入射面３１０の回転軸と、出射面３２０の回転軸とは一致する。ここで、「中心軸ＣＡ」とは、入射面３１０および出射面３２０の回転軸を意味する。また、「光軸ＯＡ」とは、発光素子２２０からの立体的な出射光束のうち、中心の光線を意味する。

光束制御部材３００は、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８および図９は、本実施の形態に係る光束制御部材３００の構成を示す図である。図８は、光束制御部材３００を裏側（基板２１０側）から見た斜視図である。図９Ａは、光束制御部材３００の平面図であり、図９Ｂは、底面図であり、図９Ｃは、正面図であり、図９Ｄは、図９Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図８および図９に示されるように、光束制御部材３００は、入射面３１０、出射面３２０、環状溝部３３０および鍔部３５０を有する。また、特に図示しないが、光束制御部材３００は、複数の脚部を有していてもよい。

入射面３１０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わるように裏側（発光素子２２０側）の中央部に形成された凹部３６０の内面である。入射面３１０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３１０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸とした回転対称（円対称）である。

出射面３２０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３２０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３２０は、中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸とした回転対称（円対称）である。

出射面３２０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３２０ａと、第１出射面３２０ａの周囲に連続して形成される第２出射面３２０ｂと、第２出射面３２０ｂと鍔部３５０とを接続する第３出射面３２０ｃとを有する（図９Ｄ参照）。第１出射面３２０ａは、裏側に凸の曲面である。第２出射面３２０ｂは、第１出射面３２０ａ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３２０ｂの形状は、円環状の凸形状である。第３出射面３２０ｃは、第２出射面３２０ｂの周囲に位置する曲面である。図９Ｄに示される断面において、第３出射面３２０ｃ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。

環状溝部３３０は、凹部３６０（入射面３１０）を取り囲むように光束制御部材３００の裏側に形成されている。環状溝部３３０は、中心軸ＣＡを軸とした回転対称である。環状溝部３３０は、中心軸ＣＡ側に配置された第１内面３３１と、中心軸ＣＡに対して第１内面３３１より離れて配置された第２内面３３２と、を含む。また、入射面３２０（凹部３６０）および環状溝部３３０の間の領域には、裏面３７０が配置されている。裏面３７０は、光束制御部材３００の裏側（基板２１０側）に位置し、凹部３６０の開口縁部から径方向に延在している。

第１内面３３１は、中心軸ＣＡと平行となるように配置されていてもよいし、中心軸ＣＡから離れるにつれて表側に近づくように配置されていてもよい。本実施の形態では、第１内面３３１は、中心軸ＣＡと平行となるように配置されていている。すなわち、第１内面３３１は、円筒状である。

第２内面３３２は、第１内面３３１を取り囲むように光束制御部材３００の裏側に形成されている。中心軸ＣＡに対する第２内面３３２の傾斜角度は、中心軸ＣＡから離れるにつれて連続的にまたは段階的に大きくなる。第２内面３３２は、１つの曲面であってもよいし、複数の曲面を有していてもよい。本実施の形態では、第２内面３３２は、複数の曲面を有する。より具体的には、第２内面３３２は、中心軸ＣＡ側に配置された内側第２内面３３３と、中心軸ＣＡに対して内側第２内面３３３より離れて配置された外側第２内面３３４と、を含む。中心軸ＣＡを含む断面において、第２内面３３２は、外側端部および内側端部を繋ぐ仮想直線より環状溝部３３０の開口部側に突出している。

第１内面３３１および第２内面３３２は、連続して形成されてもよい。第１内面３３１および第２内面３３２が連続して形成されるとき、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝部３３０の断面形状は、略Ｖ字状である。また、第１内面３３１と第２内面３３２との間には、第３内面が形成されてもよい。第１内面３３１および第２内面３３２の間に第３面が形成されるとき、中心軸ＣＡを含む断面における環状溝部３３０の断面形状は、たとえば、上底（より表側に位置する辺）が短い略台形状である。

中心軸ＣＡを含む断面における内側第２内面３３３および外側第２内面３３４の形状は、直線状であってもよいし、裏側に向かって凸の曲線状であってもよい。本実施の形態では、中心軸ＣＡを含む断面における内側第２内面３３３および外側第２内面３３４の形状は、いずれも直線状である。すなわち、本実施の形態では、内側第２内面３３３および外側第２内面３３４は、いずれも円錐台の側面の形状をしている。

内側第２内面３３３および外側第２内面３３４は、いずれも中心軸ＣＡに対して傾斜している。内側第２内面３３３および外側第２内面３３４は、いずれも中心軸ＣＡから離れるにつれて、裏側に近づくように傾斜している。中心軸ＣＡに対する内側第２内面３３３の傾斜角度は、中心軸ＣＡに対する外側第２内面３３４の傾斜角度より小さい。ここで、中心軸ＣＡを含む断面における内側第２内面３３３の形状が直線状であるとき、「傾斜角度」とは、中心軸ＣＡを含む断面において、内側第２内面３３３の延長線が中心軸ＣＡとなす２つの角度のうち、小さい角度である環状溝部３３０側の角度をいう。また、中心軸ＣＡを含む断面における内側第２内面３３３の形状が曲線状であるとき「傾斜角度」とは、曲線における接線が中心軸ＣＡとなす２つの角度のうち、小さい角度である環状溝部３３０側の角度をいう。

内側第２内面３３３の傾斜角度および外側第２内面３３４の傾斜角度は、入射面３１０で光束制御部材３００に入射して出射面３２０で内部反射（フレネル反射）した光の少なくとも一部を側方方向へ反射させる角度である。内側第２内面３３３または外側第２内面３３４の中心軸ＣＡに対する傾斜角度が２５°未満の場合、出射面３２０で内部反射した光が側方方向へ進行せずに、基板２１０に向けて反射してしまうおそれがある。また、出射面３２０で内部反射した光のうち、多くの光が到達できないおそれがある。一方、内側第２内面３３３または外側第２内面３３４中心軸ＣＡに対する傾斜角度が５０°超の場合、内側第２内面３３３に到達した光が透過してしまうおそれがある。

前述したように、中心軸ＣＡに対する内側第２内面３３３の傾斜角度は、中心軸ＣＡに対する外側第２内面３３４の傾斜角度より小さい。

このように、中心軸ＣＡに対する内側第２内面３３３の傾斜角度と、中心軸ＣＡに対する外側第２内面３３４の傾斜角度とに差異を設けることにより、内側第２内面３３３に到達した光と、外側第２内面３３４に到達した光とを別々の方向に反射させることができる。これにより、出射面３２０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。

第２内面３３２は、より多くの光を側方方向へ向かわせる観点から、例えば、入射面３１０で光束制御部材３００に入射し、出射面３２０で内部反射（フレネル反射）した光が到達する領域に設けられる。入射面３１０で入射した光が出射面３２０で内部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１０は、光束制御部材３００の光路図である。図１０では、出射角が３０°、４５°および６０°で発光素子２２０の発光中心から出射された光線の光路を示している。また、図１０では、光路を示すため、ハッチングを省略している。図１０に示されるように、光束制御部材３００では、出射面３２０で反射した光は、光束制御部材３００の裏側の所定の領域に到達する。入射面３１０で光束制御部材３００に入射した光が出射面３２０で内部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。

鍔部３５０は、出射面３２０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ており、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３２０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。

任意に形成される複数の脚部は、光束制御部材３００の裏側から突出している。脚部の形状は特に限定されないが、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おいて光束制御部材３００を支持する。

なお、図１１に示されるように、中心軸ＣＡを含む断面における内側第２内面３３３の形状は、裏側に向かって凸の曲線状であってもよい。すなわち、中心軸ＣＡに対する第２内面３３２の傾斜角度は、中心軸ＣＡから離れるにつれて連続的に大きくなってもよい。

（変形例１）
実施の形態１の光束制御部材４００は、第２内面３３２に光の反射光率を高めるためのプリズム構造（凸条）がさらに設けられていてもよい。

図１２は、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４００の斜視図である。実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４００は、第２内面４３２に複数の凸条４３３、４３４が配置されている点において、光束制御部材３００と異なる。そこで、光束制御部材３００と同様の構成については同じ符番を付してその説明を省略する。

図１２に示されるように、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４００の内側第２内面４３３には、複数の内側凸条４３３ａが配置されている。複数の内側凸条４３３ａは、平面状の内側第１反射面４３３ｂと、平面状の内側第２反射面４３３ｃと、内側第１反射面４３３ｂと内側第２反射面４３３ｃとの交線である内側稜線４３３ｄとを有する。内側凸条４３３ａは、内側稜線４３３ｄに垂直な断面が略三角形状である、また、特に図示しないが、内側稜線４３３ｄを含む仮想直線は、内側稜線４３３ｄよりも表側の位置で中心軸ＣＡと交わる。内側凸条４３３ａは、全反射プリズムのように機能して、出射面３２０で内部反射して第２内面３３２に到達した光を光束制御部材４００の側方方向にさらに反射させる。

また、外側第２内面４３４には、複数の外側凸条４３４ａが配置されている。複数の外側凸条４３４ａは、平面状の外側第１反射面４３４ｂと、平面状の外側第２反射面４３４ｃと、外側第１反射面４３４ｂと外側第２反射面４３４ｃとの交線である外側稜線４３４ｄとを有する。外側凸条４３４ａは、外側稜線４３４ｄに垂直な断面が略三角形状である、また、特に図示しないが、外側稜線４３４ｄを含む仮想直線は、外側稜線４３４ｄよりも表側の位置で中心軸ＣＡと交わる。外側凸条４３４ａは、全反射プリズムのように機能して、出射面３２０で内部反射して第２内面４３２に到達した光を光束制御部材４００の側方方向にさらに反射させる。

（シミュレーション）
次に、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材４００における光路と、光束制御部材４００を用いた面光源装置１００における輝度分布と、についてシミュレーションを行った。比較のため、図１３に示される光束制御部材（以下、「比較例に係る光束制御部材」ともいう）５００における光路と、比較例に係る光束制御部材５００を用いた面光源装置（以下「比較例に係る面光源装置」ともいう）についても同様にシミュレーションした。

図１３は、比較例に係る光束制御部材を裏側から見た斜視図である。図１３に示されるように、比較例に係る光束制御部材５００の第２内面５３２は、複数の凸条５３４を有する。また、中心軸ＣＡに対する第２内面５３２（凸条５３４）の傾斜角度は、一定である。より具体的には、中心軸ＣＡを含む断面において、第２内面５３２（凸状５３４）を含む仮想直線と、中心軸ＣＡとがなす角度は、一定である。なお、その他の構成は、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材３００と同様である。

図１４Ａ、Ｂは、発光素子２２０から出射された光の光束制御部材４００、５００における光路図である。図１４Ａは、比較例に係る光束制御部材５００における光路を示しており、図１４Ｂは、本実施の形態に係る光束制御部材４００における光路を示している。

図１４Ａに示されるように、実施の形態１の比較例に係る光束制御部材５００では、第２内面５５２の表面に対して大きな角度で到達した光のうち、一部の光は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）の直上部（上方）に向かって反射していることが分かる。一方、図１４Ｂに示されるように、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材４００では、比較例に係る光束制御部材５００と比較して、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）の直上部に向かう光が減少していることがわかる。これは、比較例に係る光束制御部材５００の第２内面５５２の表面に対して大きな角度で到達した光に相当する光は、内側第２内面４３３または外側第２内面４３４に到達する。内側第２内面４３３または外側第２内面４３４に到達した光は、内側第２内面４３３および外側第２内面４３４の中心軸ＣＡに対する傾斜角が異なるため、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）の直上部（上方）に向かってせずに、様々な方向に向かって反射したためであると考えられる。

図１５は、面光源装置における輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。図１５のグラフにおける実線は本実施の形態に係る面光源装置における輝度分布のシミュレーション結果を示しており、破線は比較例に係る面光源装置における輝度分布のシミュレーション結果を示している。また、図１５におけるグラフの縦軸は、輝度（ｌｕｘ）を示しており、横軸は中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）からの距離（ｍｍ）を示している。

図１５の破線に示されるように、比較例に係る面光源装置では、中心軸ＣＡに対する第２内面５３４の傾斜角が一定であるため、被照射面上（光拡散部材１２０）における中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）近傍において明部が生じていた。一方、図１５の実線に示されるように、本実施の形態に係る面光源装置では、被照射面上（光拡散部材１２０）において、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）近傍における明部の発生を抑制できることが示唆された。これは、出射面３２０で内部反射した光の一部が、内側第２内面４３３または外側第２内面４３４に到達することにより、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）近傍に向かって反射することなく、側方または中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）から離れる方向に向かって反射するためだと考えられる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る面光源装置では、出射面３２０で内部反射した光の一部が、内側第２内面３３３、４３３または外側第２内面３３４、４３４で反射し、様々な方向に反射するため、光束制御部材３００、４００（発光装置）の直上に向かう光が少なくなり、被照射面上（光拡散部材１２０）において明部の発生を抑制できる。

なお、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材４００では、傾斜角度を大きくしても（中心軸ＣＡに直交する線となす角度が小さな緩い傾斜で第２内面を形成しても）、放射状プリズム形状による再帰反射効果で、出射面３２０で内部反射した光が基板２１０へ漏れてしまうことを抑制することができる。例えば、内側第２内面４３３の傾斜角度６０°、外側第２内面４３４の傾斜角度８６°というように大きな傾斜角度で浅めの環状溝部３３０を形成しても、出射面３２０で内部反射した光が基板２１０へ漏れてしまうことを適切に抑制することができる。

［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６００の形状が実施の形態１に係る光束制御部材３００と異なる。そこで、実施の形態１の変形例に係る面光源装置と同様の構成については同じ符番を付してその説明を省略する。

（光束制御部材の構成）
図１６は、実施の形態２に係る光束制御部材６００の構成を示す図である。図１６Ａは、実施の形態２に係る光束制御部材６００を裏側から見た斜視図であり、図１６Ｂは、中心軸ＣＡを含む平面で切断した断面図である。図１７は、発光素子２２０の側面から出射された光の光束制御部材６００における光路図である。なお、図１７では、光路を示すため、ハッチングを省略している。

図１６Ａ、Ｂに示されるように、実施の形態２に係る光束制御部材６００は、入射面３１０、出射面３２０、環状溝部６３０および鍔部３６０を有する。

実施の形態２における環状溝部６３０は、第１内面６３１および第２内面４３２を有する。第１内面６３１は、中心軸ＣＡから離れるにつれて表側に近づくように配置されている。第１内面６３１は、１つの曲面であってもよいし、複数の曲面であってもよい。本実施の形態では、第１内面６３１は、１つの曲面である。中心軸ＣＡを含む断面における第１内面６３１の形状は、直線状であってもよいし、裏側に向かって凸の曲線状であってもよい。本実施の形態では、中心軸ＣＡを含む断面における第１内面６３１の形状は、直線状である。すなわち、本実施の形態では、第１内面６３１は、逆円錐台の側面の形状をしている。

従来、環状溝部の第１内面は、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の平行面３４）。そのため、中心軸ＣＡに略直交する方向に進行する光は、平行面３４（第１内面）および傾斜面３２（第２内面）により、光束制御部材の上方に向かって散乱していた。これにより、従来の光束制御部材を用いた面光源装置では、輝度ムラが発生していた。一方、本実施の形態では、第１内面６３１を中心軸ＣＡから離れるにつれて表側に向かうように形成している。よって、中心軸ＣＡに略直交する方向に進行する光は、第１内面６３１および第２内面４３２により、光束制御部材の上方に向かって散乱することがない。本実施の形態では、中心軸ＣＡに略直交する方向に進行する光は、第１内面６３１で反射または屈折されて光束制御部材６００の側方方向に進行する（図１７参照）。このように、第１内面６３１は、光束制御部材６００の上方への光の進行を抑制し、輝度ムラを発生しにくくする。第１内面６３１は、前述の理由による輝度ムラをより発生しにくくする観点から、入射面３１０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配置することが好ましい。

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、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６００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。なお、ＬＥＤの側面方向に出射する光をより多く光束制御部材６００に入射させる観点から、発光素子２２０の上面は、光束制御部材６００が有する凹部３６０の下端よりも鉛直方向上方にあることが好ましい。

第１内面６３１は、中心軸ＣＡと直交する方向に進行するする光を、光束制御部材６００の側方に向けて反射させる角度で、中心軸ＣＡと直交する仮想直線に対して傾斜していることが好ましい。また、第１内面６３１は、第１内面６３１に到達する光を全反射させる角度で当該仮想直線に対して傾斜していることが好ましい。

なお、本実施の形態では、光束制御部材３００の裏側の全面を環状溝部３３０としているが、第１内面６３１および第２内面４３２が上記領域に形成される限り、環状溝部６３０は光束制御部材６００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６００の裏側の残りの領域には、裏面が形成される。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る面光源装置は、実施の形態１の効果に加えて、発光素子２２０の側面から出射された光を側方に向かって反射するため、さらに被照射面上（光拡散部材１２０）において明部の発生を抑制できる。

なお、本実施の形態においても、図１８に示されるように、中心軸ＣＡを含む断面における内側第２内面３３３の形状は、裏側に向かって凸の曲線状であってもよい。

また、前述した実施の形態１、２に係る面光源装置では、出射面３２０で内部反射（フレネル反射）した光は、第２内面３３２、４３２の近傍で集光してしまうことがある（図１４参照）。この場合、第２内面３３２、４３２の近傍で集光した光は、内側第２内面または外側第２内面のいずれかに到達してしまうことが考えられる。このため、実施の形態１、２に係る面光源装置における光束制御部材３００、４００、６００では、第２内面３３２、４３２に到達する光を様々な方向に反射させるために、第２内面３３２、４３２を適切に設計することが困難な場合がある。そこで、図１９に示されるように、出射面３２０で内部反射（フレネル反射）した光が集光する位置を調整してもよい。図１９は、反射面３２０で内部反射した光の集光位置を調整した光束制御部材における光路図である。なお、図１９では、光路を示すため、ハッチングを省略している。図１９に示されるように、入射面３１０や出射面３２０の形状を調整して、出射面３２０で内部反射した光が集光する位置を調整してもよい。本実施の形態では、第２内面４３２に到達する前に一旦光が集光するように調整されている。これにより、出射面３２０で内部反射した光は、第２内面４３２の広い範囲にわたって到達する。第２内面４３２に到達した光は、様々な方向に向かって反射されるため、さらに光拡散部材１２０上において輝度ムラを生じさせにくい。

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 平行面
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、４００、５００、６００ 光束制御部材
３１０ 入射面
３２０ 出射面
３２０ａ 第１出射面
３２０ｂ 第２出射面
３２０ｃ 第３出射面
３３０、６３０ 環状溝部
３３１、６３１ 第１内面
３３２、４３２、５３２ 第２内面
３３３、４３３ 内側第２内面
３３４、４３４ 外側第２内面
３５０ 鍔部
３６０ 凹部
３７０ 裏面
４３３ａ 内側凸条
４３３ｂ 内側第１傾斜面
４３３ｃ 内側第２傾斜面
４３３ｄ 内側稜線
４３４ａ 外側凸条
４３４ｂ 外側第１傾斜面
４３４ｃ 外側第２傾斜面
４３４ｄ 外側稜線
５３４ 凸条
ＣＡ 中心軸
ＯＡ 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形成された凹部の内面であって、前記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、前記入射面で入射した光を外部に出射する出射面と、
   前記入射面を取り囲むように裏側に形成された環状溝部と、
   を有し、
   前記環状溝部は、前記中心軸側に配置された第１内面と、前記中心軸に対して前記第１内面より離れて配置された第２内面と、を含み、
   前記中心軸を含む断面において、前記第２内面は、外側端部および内側端部を繋ぐ仮想直線より前記環状溝部の開口部側に突出しており、
   前記中心軸を含む断面において、前記第２内面の任意点における接線が前記中心軸となす２つの角度のうち前記環状溝部側の角度を、前記第２内面の任意点における傾斜角度としたとき、
   前記第２内面の前記内側端部における傾斜角度は、前記第２内面の前記外側端部における傾斜角度より小さく、
   前記第２内面の傾斜角度は、前記中心軸から離れるにつれて連続的にまたは段階的に大きくなる、
   光束制御部材。
2. 前記第２内面は、前記中心軸側に配置された内側第２内面と、前記中心軸に対して前記内側第２内面より離れて配置された外側第２内面と、を有し、
   前記中心軸を含む前記内側第２内面の断面および前記中心軸を含む前記外側第２内面の断面は、いずれも直線であり、
   前記中心軸に対する前記内側第２内面の傾斜角度は、前記中心軸に対する前記外側第２内面の傾斜角度より小さい、
   請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記第１内面は、前記中心軸から離れるに連れて、表側に向かうように傾斜している、請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。
4. 発光素子と、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光束制御部材と、を有し、
   前記中心軸は、前記発光素子の光軸と一致している、
   発光装置。
5. 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４に記載の発光装置。
6. 請求項４または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。