JP2018120677A - 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】光束制御部材における輝度分布に対する脚部の影響を緩和できる光束制御部材を提供する。
【解決手段】光源２から出射された光の配光を制御する光束制御部材１であって、光源側に位置する底面１１に、光束制御部材の中心軸ＣＡ側から周縁側に向かって上向きに傾斜した傾斜部１６を少なくとも有し、傾斜部に光源側に突出した脚部１４が配置され、脚部の側面の中心軸に対する裏側の少なくとも一部において、平面、中心軸側に突出した曲面又は周縁側に突出した曲面であって中心軸を中心として脚部の側面と裏側で接する中心外接円の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含む。
【選択図】図１

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、光束制御部材を有する発光装置、発光装置を有する面光源装置、および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。

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（拡散レンズ）及び光拡散部材（拡散板）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。

面光源装置に使用される発光素子としては、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）が採用されている。特に、近年、半導体製造ラインから取り出したＬＥＤダイを直接基板上に実装するチップ・スケール・パッケージ（Chip Scale Package:以下「ＣＳＰ」という）が開発され、光源として利用されている。ＣＳＰは、小型化、軽量化が可能であり、発光効率も高い。一部のＣＳＰは、４つの側面と上面の５つの面から発光するものであり、通常のＬＥＤに比べて側方方向への出射光が多かった。

例えば、図１１は、特許文献１に開示された直下型の面光源装置の断面図である。図１１の面光源装置は、回路基板１００、発光素子２００及びレンズ３００（光束制御部材）を有する。配線基板１００の上には反射シート１１０が設けられており、発光素子２００が実装されている。レンズ３００は、底面３１０、上面３５０、フランジ３７０、支持部３８０及び脚部３９０を有している。底面３１０は、中心に凹部３２０が形成され、その周囲に平坦面３１０ａを有し、さらにその周囲に傾斜面３１０ｂが形成されている。図１１のレンズでは、底面３１０の平坦面３１０ａは回路基板１００又は反射シート１１０に密着され、レンズ３００の下面からの光損失を防止している。傾斜面３１０ｂは、平坦面３１０ａに対して上方に傾斜しており、レンズ３００の側面、例えばフランジ３７０の側面まで延在している。なお、特許文献１では、脚部を底面３１０の平坦面３１０ａ又は傾斜面３１０ｂに配置すると、脚部の高さが制限され、脚部に付けた接着剤が底面に付着してレンズの性能を低下させるため、脚部３９０をフランジ３７０の外側に設けられた支持部３８０に配置することによって、脚部３９０の長さを比較的長くし、接着剤が底面３１０に付着するのを防止できるとされている。

米国特許第９１２１５５５号明細書

５面発光のＣＳＰのように、側方方向への出射光が多い光源の場合は、光束制御部材と基板との間に隙間があると、側方方向への出射光の一部が隙間を通過してしまい光束制御部材に入射する光の量が減り、光の利用効率が悪くなってしまう。この点、特許文献１に記載されたレンズ３００では、底面３１０に形成された凹部３２０の周囲の平坦面３１０ａが回路基板１００又は反射シート１１０に密着されているため、凹部３２０内にＬＥＤを配置すれば、ＬＥＤから側方方向に出射した光は、凹部３２０の側面からレンズ３００内部に入射するので、光損失を防止できる。

しかし、特許文献１のレンズでは、フランジ３７０の外側に支持部３８０を設け、支持部３８０に脚部３９０を配置しているが、レンズ３００内部に入射した内部入射光が支持部３８０や脚部３９０に入射することにより、レンズからの出射光の配光に影響し、所望の配光を得ることができなかった。これは、光束制御部材の内部に入射した光の一部が脚部３９０に入射し、脚部の側面から出射すると、脚部の側面が凸レンズとして機能し、脚部の外側において集光して異常な輝点を発生させることが原因であると推測される。この問題は、図６及び図７を用いて後述するが、光束制御部材の底面における傾斜面に脚部を設けた場合も、光束制御部材の内部に入射した光のうち側方方向に進み、脚部の側面から出射した光が集光して輝点を生じさせる現象が観察された。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、かかる問題を解決することができる光束制御部材などを提供することを目的とする。具体的には、本発明は、光束制御部材における輝度分布に対する脚部の影響を緩和できる光束制御部材を提供することを目的の一つとする。また、本発明は、かかる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。

前述した課題を解決するため、本発明の光束制御部材は、光源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、前記光源側に位置する底面に、前記光束制御部材の中心軸側から周縁側に向かって上向きに傾斜した傾斜部を少なくとも有し、前記傾斜部に前記光源側に突出した脚部が配置され、前記脚部の側面の前記中心軸に対する裏側の少なくとも一部において、平面、前記中心軸側に突出した曲面又は前記周縁側に突出した曲面であって前記中心軸を中心として前記脚部の側面と前記裏側で接する中心外接円の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含むことを特徴とする。

さらに、上記光束制御部材において、前記底面の中心に底面凹部を有し、前記底面凹部の周囲に前記傾斜部が配置されていてもよく、前記底面に、前記傾斜部の周縁側に中心軸側から周縁側に向かって下向きに傾斜した第２の傾斜部を有していてもよく、前記第２の傾斜部の底面は、前記中心軸から放射状に延びるプリズムが形成されていてもよく、前記底面には、前記中心軸に対して垂直な平坦部を含んでいてもよい。

さらに、上記光束制御部材において、前記脚部は、前記底面側に基底部と、前記基底部の前記光源側に前記基底部よりも細い先端部とを有し、前記基底部の側面の前記中心軸に対する裏側の少なくとも一部において、平面、前記中心軸側に突出した曲面又は前記周縁側に突出した曲面であって前記中心軸を中心として前記脚部の側面と前記裏側で接する中心外接円の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含んでいてもよい。また、前記光源とは反対側に位置する出射面に出射面凹部を有していてもよい。

また、本発明の発光装置は、光源と、前記底面が前記光源と対向し、前記中心軸が前記光源から出射される光の光軸と平行となるように配置された上記光束制御部材と、を有することを特徴とする。さらに、上記発光装置において、複数個の前記光源及び前記光束制御部材が基板上に配置されていてもよい。

また、本発明の光源装置は、上記発光装置と、前記光束制御部材の光の出射面側に光拡散部材と、を有することを特徴とし、本発明の表示装置は、かかる光源装置と、前記光源装置からの光が照射される被照明部材と、を有することを特徴とし、本発明の電子機器は、かかる表示装置を表示部として備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光束制御部材の中心軸側から周縁側に向かって上向きに傾斜した傾斜部に配置された脚部の側面の中心軸に対する裏側の少なくとも一部において、平面、中心軸側に突出した曲面又は周縁側に突出した曲面であって中心軸を中心として脚部の側面と裏側で接する中心外接円の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含むことにより、従来よりも出射光による輝点の発生を抑制することができる。

（Ａ）は本発明の実施例１の発光装置を用いた表示装置の断面図、（Ｂ）は実施例１の光束制御部材の斜視図 （Ａ）〜（Ｃ）は、各々、実施例１の光束制御部材の平面図、正面図及び底面図 実施例１の底面の拡大図 （Ａ）は本発明の実施例２の光束制御部材の底面図、（Ｂ）はその拡大図 （Ａ）は本発明の実施例３の光束制御部材の底面図、（Ｂ）はその拡大図 （Ａ）は比較例の光束制御部材の底面図、（Ｂ）は底面から見た光路図、（Ｃ）は側断面における光路図 実施例１〜３及び比較例の光束制御部材による輝度分布のシミュレーション結果 （Ａ）は本発明の変形例１の光束制御部材の断面図、（Ｂ）はその斜視図 （Ａ）は本発明の変形例２の光束制御部材の断面図、（Ｂ）はその斜視図 （Ａ）〜（Ｄ）は、各々、本発明の変形例３の光束制御部材の平面図、断面図、底面図及び斜視図 従来の光束制御部材の構成を説明するための図。

［本発明の概要］
本発明の光束制御部材は、底面に光束制御部材の中心軸側から周縁側に向かって上向きに（底面と反対側の上面（出射面）に近づくように）傾斜した傾斜部を少なくとも有し、傾斜部に光源側に突出した脚部が配置され、脚部の側面の中心軸に対する裏側（光束制御部材の径方向外側。以下「脚部裏側」という）に脚部出射面を有し、脚部出射面の少なくとも一部は、平面、中心軸側に突出した曲面又は周縁側に突出した曲面であって中心軸を中心として脚部の側面と裏側で接する円（以下「中心外接円」という）の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含むものである。本発明の光束制御部材は、底面に中心軸側から周縁側に向かって上向きに傾斜した傾斜部を有していることから、中心軸側では、底面が実装基板により近づくように構成されており、中心軸側に配置された光源から出射した側方方向の光をより多く入射させることができる。さらに、内部に入射した側方方向に進む内部入射光が傾斜部に配置された脚部の内部に到達し、脚部裏側の脚部出射面から出射しても、脚部出射面の少なくとも一部が平面、中心軸側に突出した曲面又は中心外接円の曲率半径以上の曲面を含んでおり、従来に比べて、輝点の発生を抑制し、平面視における輝度分布の均一性を高めることができた。なお、光束制御部材の脚部は、位置決め用のボスとして使用することもできる。

本発明の光束制御部材は、適当な光源と組み合わせて発光装置を構成することができる。光源は、特に限定されず、ＬＥＤ発光素子、電球、キセノンランプ、半導体レーザー、有機ＥＬ素子、超小型蛍光管などを採用することができる。特に、小型化、軽量化が可能であり、発光効率も高いＣＳＰ型のＬＥＤであることが好ましい。光束制御部材と光源（例えば、ＬＥＤ発光素子）とを組み合わせると、各種の用途に利用可能な発光装置を構成することができる。光束制御部材は、ＬＥＤ発光素子等の光源が配置された電子回路基板などに実装することもできるし、ＬＥＤ発光素子等の光源が基板を有している場合には、光源の表面に直接実装することもできる。ＬＥＤ発光素子に直接実装する場合、小型（例えば、１０ｍｍ角以下）の表面実装型の発光装置を実現することができる。以下、光源として発光素子を採用した場合で説明する。

また、本発明の発光装置を配置し、光束の出射面側に光拡散部材を設けると、各種の用途に利用可能な光源装置を構成することができる。光拡散部材の発光装置側に位置する面（光源装置の内側面）は発光装置からの光が照射される被照射面となり、発光装置が一つの場合、一つの光源による比較的狭い面積の面光源装置となるが、複数の発光装置を相互に隣接するように列状、マトリクス状、千鳥格子状等に配置した場合、液晶表示装置のバックライトなどに適する大面積の面光源装置を構成することができる。さらに、かかる光源装置と、光源装置からの光が受ける被照明部材（例えば、液晶パネル）とを組み合わせることで、表示装置を構成することができる。被照明部材は、例えば、液晶表示パネル、電飾看板、内照式標識等である。また、本発明の電子機器は、かかる表示装置を表示部として備えている。電子機器としては、携帯電話、カーナビゲーションシステム用の表示装置や、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、モバイルコンピューター、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、車載機器、オーディオ機器、携帯用ゲーム機、信号機等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本明細書において、光束制御部材の中心軸ＣＡに対して垂直な平面を「基準面」といい、基準面において、中心軸ＣＡに近い位置を「中心軸側」、遠い位置を「周縁側」又は「外側」という。さらに、中心軸ＣＡに沿った方向について、光源側を下、光源とは反対側を上とする。また、光束制御部材の内部に入射した光を「内部入射光」という。

［発光装置及び光束制御部材の実施例１］
図１（Ａ）は、本発明の光束制御部材１及び発光素子２を含む発光装置４の実施例の一例（実施例１）を用いた表示装置７を示す中心軸ＣＡを含む断面図（図２のＡ−Ａ断面）であり、（Ｂ）は、本発明の光束制御部材１の実施例を発光素子２側から見た場合の斜視図である。図２（Ａ）は光束制御部材１の平面図であり、（Ｂ）は正面図（側面図とほぼ同じ）であり、（Ｃ）は底面図である。図３は、図２（Ｃ）の底面の一部を拡大した図である。

表示装置７は、発光装置４と、その上に発光装置４から離間して配置された光拡散部材５と、光拡散部材５の上に被照明部材６とが配置されている。また、表示装置７は、発光装置４と光拡散部材５とを組み合わせた光源装置の上に被照明部材６を配置した構造ともいえる。発光装置４は、基板３上に発光素子２が実装され、発光素子２を覆って中心軸ＣＡが発光素子２の光軸と一致するように光束制御部材１が配置される。光束制御部材１は、脚部によって基板３に固定されている。

光束制御部材１は、発光素子２から出射された光の配光を制御するものであり、所望の波長の光を通過させ得る透光性の部材である。特に、面光源装置として利用する場合には、光束制御部材１は、発光素子２から出射された光を内部に入射させ、光の進行方向を基板の面方向に拡げるように構成される。光束制御部材１は、面方向の対称性を維持するため、基本的な形状が中心軸ＣＡを軸とする回転体で構成されていることが好ましい。光束制御部材１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１の材料は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材１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。

光束制御部材１は、図１及び図２に示すように、発光素子２側に面する底面１１と、発光素子２とは反対側（光拡散部材５側）に面する出射面１２と、フランジ１３とを有しており、底面１１には中心軸側から周縁側に向かって上向きに傾斜した第１の傾斜部１６が形成され、第１の傾斜部１６に発光素子２側に突出した脚部１４が設けられている。さらに、図１及び図２の光束制御部材１は、底面１１に底面凹部１５、第２の傾斜部１７及び平坦部１８が形成されており、出射面１２に出射面凹部１９及び出射面凸部２０が形成されている。

底面１１は、光束制御部材１の発光素子２側に面しており、その一部において発光素子２から出射された光を光束制御部材１の内部に入射させる。底面１１には、少なくとも第１の傾斜部１６が形成されている。底面１１には、その中心に底面凹部１５が形成され、その内部に発光素子２を配置できるように構成されていることが好ましい。また、底面１１には、第１の傾斜部よりも周縁側に中心軸側から周縁側に向かって下向きに傾斜した第２の傾斜部１７が形成され、出射面１２で反射した内部入射光をさらに側方に向けて反射するように構成されていることが好ましい。さらに、底面１１には、底面凹部１５と第１の傾斜部１６との間、第１の傾斜部１６内、第１の傾斜部１６と第２の傾斜部１７との間、第２の傾斜部１７内、及び第２の傾斜部１７の周縁側の少なくとも一部において、基準面と平行な平面部が形成されていてもよい。図１及び図２の光束制御部材１においては、中心軸ＣＡを含む中心部に底面凹部１５が形成され、その周囲に、底面凹部１５の下端を中心軸側の始点とし、周縁側に向かって上向きに傾斜した第１の傾斜面１６が形成され、第１の傾斜面１６の周縁側の端（頂点）を始点とし、周縁側に向かって下向きに傾斜した第２の傾斜面１７が形成され、第２の傾斜面１７の周縁側の端（下端）に平坦部１８が形成されている。

出射面１２は、光束制御部材１の発光素子２とは反対側に面しており、光束制御部材１の内部に入射した光を上方から側方へ所望される配光分布となるように出射する。出射面１２の形状は、特に限定されず、基準面に平行な平面であってもよいし、傾斜面であってもよいし、曲面であってもよいし、これらを組み合わせた形状でもよい。図１及び図２の出射面１２は、中心軸ＣＡが下端となるように下側に凸の出射面凹部１９が形成され、その周囲に上側に凸の出射面凸部２０が出射面凹部１９から連続的に形成されている。

フランジ１３は、出射面１２の外周部と底面１１の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。フランジ１３の形状は、略円環状である。フランジ１３は、必須の構成要素ではないが、フランジ１３を設けることで、光束制御部材１の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。フランジ１３の厚みは、出射面１２の必要面積やフランジ１３の成形性などを考慮して決定され得る。

脚部１４は、光束制御部材１を実装基板３に固定するためのものであり、光束制御部材１の底面１１から光学素子２側に突出して設けられている。脚部１４は、底面１１の第１の傾斜部１６に設けられており、通常、光束制御部材１と同じ材質で形成されている。脚部１４の数は、光束制御部材１を安定して支持できる数とし、３以上であることが好ましい。底面１１の第１の傾斜部１６に設けられた脚部１４には、光学素子２から入射した光のうち側方方向に進む光が入射する可能性があり、脚部１４内に入射した側方方向に進む内部入射光は脚部の側面の中心軸に対する裏側（脚部裏側）の脚部出射面１４ａから出射する。本発明の脚部１４は、基本的な形状は柱状であり、脚部裏側の脚部出射面の少なくとも一部に、平面、中心軸側に突出した曲面又は中心外接円の曲率半径以上の曲面が含まれるが、それ以外の形状は特に限定されるものではない。例えば、脚部裏側の一部を除き、脚部の長さ方向に同一径の円柱状であってもよいし、径が異なる円柱状が多段に連結された形状でもよいし、径が連続的に増加又は減少する円錐台形でもよい。

図３は、図２（Ｃ）の底面の一部を拡大した図である。図３に示すように、中心軸ＣＡから脚部１４の側面と接する接線Ｌ１、Ｌ２を引いたときに、接線Ｌ１、Ｌ２との接触点Ｂ１とＢ２との間であって、中心軸ＣＡに面していない領域が脚部裏側である。本実施形態の脚部１４は、底面１１側に幅広の基底部１４１が設けられ、その発光素子側に基底部１４１よりも細い円柱状の先端部１４２が設けられている。基底部１４１は、先端部１４２の約２倍の直径の仮想円形（点線）を基本とし、その脚部裏側において、仮想円形の中心と中心軸ＣＡとを結ぶ直線Ｌ３と交差する点Ｃを中心軸に向かって点Ｄまで移動させることによって変形させた形状であり、基底部１４１の脚部裏側に中心軸側に突出した曲面１４１ａが形成されている。先端部１４２は、円形であり、先端部１４２の中心が直線Ｌ３上に位置し、基底部１４１の中心よりも中心軸ＣＡ側に配置されている。基底部１４１の脚部裏側の点Ｄは、曲面１４１ａの最も中心軸側に位置しており、先端部１４２の近傍まで配置させることができる。図２（Ｃ）に示すように、複数の脚部１４は、それぞれ中心軸ＣＡに対して回転対称となるように配置されている。なお、先端部１４２の脚部裏側にも平面、中心軸側に突出した曲面又は中心外接円の曲率半径以上の曲面を形成してもよく、例えば、点Ｄが先端部１４２内に位置するように配置し、先端部１４２の脚部裏側も点Ｄまで変形させて中心軸に向かって突出した曲面を形成してもよい。

従来は脚部が円柱状であったため、脚部出射面は脚部の幅を直径とする円の曲率半径の曲面であり、脚部出射面から出射した光を屈折させて、出射光による輝点を発生させる要因となっていた（後述図６（Ｂ）及び（Ｃ）参照）。この点、本発明では、脚部出射面の少なくとも一部が、平面、中心軸側に突出した曲面又は中心外接円の曲率半径以上の曲面を含むように構成したことにより、従来よりも出射光による輝点の発生を抑制することができる。

底面凹部１５は、底面１１の中心軸ＣＡを含む中央部に形成されている。底面凹部１５の内面の一部又は全部は、入射面として機能する。入射面は、発光素子２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１の内部に入射させる。底面凹部１５は、光束制御部材１の中心軸ＣＡと最も上方の位置において交わり、中心軸ＣＡを軸として回転対称（円対称）である。底面凹部１５の形状は、図１（Ａ）のように、中心軸ＣＡと交差する曲線を回転させた回転体の形状に底面１１をくり抜いた上向きに凸の曲面とすることができるが、かかる形状に限定されない。例えば、底面１１を円柱、円錐、円錐台、球欠（ドーム形）又はこれらを組み合わせた形状にくり抜いた形状とすることができる。

第１の傾斜部１６は、底面凹部１５の周縁側に回転対称に円環状に形成されており、底面が中心軸側から周縁側に向かって上向きに傾斜している。第１の傾斜部１６の傾斜角（中心軸と平行な軸となす角度）は、側方方向に進む内部入射光の少なくとも一部を反射させる角度である。本発明の光束制御部材１の底面１１は、中心軸側の方が基板３に接近しており、発光素子２から出射した側方方向の光を効率よく内部に入射させることができ、さらに内部に入射した側方方向に進む内部入射光を第１の傾斜部１６によって上向きに反射させることができる。加えて、第１の傾斜部１６の周縁側では基板３との間に十分な隙間が形成され、脚部１４を基板３に固定する際に使用した接着剤等が光束制御部材１に付着する可能性を低減できる。

第２の傾斜部１７は、第１の傾斜部１６の周縁側に回転対称に円環状に形成されており、底面が中心軸側から周縁側に向かって下向きに傾斜している。第２の傾斜部１７の傾斜角（中心軸と平行な軸となす角度）は、内部入射光が出射面１２で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、出射面１２で反射して第２の傾斜部１７に到達した光の少なくとも一部を第２の傾斜部１７で反射させることができ、内部入射光が基板２側に出射して基板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。さらに、第２の傾斜部１７は、放射状のプリズム１７ａが形成されていてもよい。プリズム１７ａは、中心軸ＣＡを中心とした放射状に延びており、下側に突出した略三角形状の断面を有している。プリズム１７ａは、第２の傾斜部１７に到達した光をより反射させることができ、光の損失をより抑制することができる。

平坦部１８は、第２の傾斜部１７の周縁側に回転対称に円環状に形成されており、基準面と平行な平面で構成されている。平坦部１８は、第２の傾斜部１７の周縁側の端部とフランジ１３とを連結している。平坦部１８を設けずに第２の傾斜部１７の周縁側の端部を直接フランジ１３と連結させるように構成してもよい。

出射面凹部１９は、出射面１２の中心軸ＣＡを含む中央部に形成されており、下向きに凸の曲面である。また、出射面凸部２０は、出射面凹部１９の周縁側に連続して回転対称に円環状に形成されており、上向きに凸の曲面である。出射面１２は、出射面凹部１９の最下点において中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸として回転対称（円対称）である。

発光素子２は、小型化、軽量化が可能であり、発光効率も高いＣＳＰ型のＬＥＤであることが好ましい。ＣＳＰ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２が、ＣＳＰ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、発光素子２の側面方向に出射する光をより多く光束制御部材１に入射させる観点から、発光素子２が、光束制御部材１の底面１１に設けられた底面凹部１５（後述）内に配置されることが好ましい。例えば、底面凹部１５（後述）の下端が基板表面に接していれば、基板３上に実装された発光素子２は、底面凹部１５内に配置される。また、基板３における発光素子２を実装する部分に台座を設け、基板３の他の表面よりも上に位置する台座上に発光素子２を実装すれば、底面凹部１５内に発光素子２を配置することができる。

基板３は、発光素子２を実装し、光束制御部材１の脚部１４が固定される。基板３には、発光素子２に電力等を供給するための配線が設けられている。基板３の形状は特に限定されるものではないが、平板状であることが好ましく、複数の光束制御部材１及び発光素子２を実装できるように構成されていてもよい。さらに、基板３は、光束制御部材１の脚部１４を位置決めするための基板凹部を有していてもよい。脚部１４を基板３に固定する方法は特に限定されるものではないが、例えば、脚部１４の先端と基板３の表面とを接着剤で接着してもよいし、基板３の表面に脚部１４の先端と嵌合させる構造を設け機械的に固定してもよい。脚部１４の先端までの突出高さは、第１の傾斜部１６の中心軸ＣＡ側の下端とほぼ同じとすると、第１の傾斜部１６の下端が基板３表面に近接させることができる。脚部１４の先端までの突出高さが第１の傾斜部１６の中心軸ＣＡ側の下端よりも長いと、第１の傾斜部１６の下端と基板３表面との間に隙間を設けることができる。脚部１４の突出高さは、光束制御部材１による配光特性、発光素子２の出射光の配光特性等を考慮して設計される。

図１（Ａ）に示す発光装置４では、光束制御部材１の底面１１における底面凹部１５の下端が基板３と近接して配置され、その内部に発光素子２が配置されている。発光素子２から出射した光の大部分は、光束制御部材１の底面凹部１５の内面（入射面）を介して光束制御部材１内部に入射する。発光素子から出射した側方方向に進む光（中心軸ＣＡから垂直に近い光）は、底面凹部１５の側面から入射し、側方方向に進む内部入射光の大部分は第１の傾斜部１６によって出射面１２側へ反射され、出射面１２から外部に出射される。しかし、底面凹部１５の側面から入射し側方方向に進む内部入射光の一部は、脚部１４内に進み基底部１４１の脚部裏側の中心軸に向かって突出した曲面１４１ａが形成されている脚部出射面１４ａから出射する。曲面１４１ａが中心軸に向かって突出した形状であることから、脚部出射面１４ａから出射した光は集光しにくく、その後、その一部又は全部が第２の傾斜部１７から再び光束制御部材１の内部に入射し、上方の出射面１２から出射しても、輝点ムラが生じにくい構成となっている。なお、上方に進む内部入射光はそのまま出射面１２において屈折して出射したり、出射面１２で内部反射した光の一部は第２の傾斜面１７によって再び出射面１２やフランジ１３へ向けて内部反射し、出射面１２やフランジ１３から出射する。

光拡散部材５は、発光装置４の上方において、発光装置４から離間して配置され、通常は、発光装置４の中心軸ＣＡに対して垂直に配置される。光拡散部材５は、光透過性に優れたＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やＰＣ（ポリカーボネート）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ることが好ましい。光拡散部材５は、表面に微細な凹凸が形成されたり、内部に拡散材が混入され、発光装置４から出射した光を透過しながら拡散し、光を均一化する。光拡散部材５としては、さらにプリズムシートなどの光学制御部材が一体的又は別部材として組み合わされてもよい。また、被照明部材６は、例えば、液晶表示パネル、電飾看板、内照式標識等である。

［実施例２］
図４（Ａ）は、脚部２４の形状を変更した光束制御部材２１（実施例２）の底面図であり、図４（Ｂ）は、（Ａ）の点線で囲んだ部分の脚部２４を拡大した図である。図４（Ｂ）において曲線Ｃ１は、中心軸を中心として脚部２４と裏側で接する中心外接円である。光束制御部材２１の底面１１の底面凹部１５、第１の傾斜部１６、第２の傾斜部１７及び平坦部１８は図１の光束制御部材１と同じ構造である。光束制御部材２１の脚部２４は、底面１１の第１の傾斜部１６に設けられており、底面１１側に幅広の基底部２４１が設けられ、その発光素子側に基底部２４１よりも細い円柱状の先端部２４２が設けられている。基底部２４１は、基本的な形状は正方形であるが、脚部裏側だけ中心外接円Ｃ１の曲率半径の曲面となっている。

［実施例３］
図５（Ａ）は、脚部３４の形状を変更した光束制御部材３１（実施例３）の底面図であり、図５（Ｂ）は、（Ａ）の点線で囲んだ部分の脚部３４を拡大した図である。図５（Ｂ）において直線Ｌ４は、中心軸と脚部３４の中心とを結ぶ直線であり、直線Ｌ５は、直線Ｌ４と直交し、脚部３４の裏側と接する直線である。光束制御部材３１の底面１１の底面凹部１５、第１の傾斜部１６、第２の傾斜部１７及び平坦部１８は図１の光束制御部材１と同じ構造である。光束制御部材３１の脚部３４は、底面１１の第１の傾斜部１６に設けられており、底面１１側に幅広の基底部３４１が設けられ、その発光素子側に基底部３４１よりも細い円柱状の先端部３４２が設けられている。基底部３４１は、略正方形であり、脚部裏側において直線Ｌ５と接する平面となっている。

［比較例］
図６（Ａ）は、脚部４４の形状が円形の光束制御部材４１（比較例）の底面図であり、（Ｂ）は、底面側から見た光路図であり、（Ｃ）は断面から見た光路図である。光束制御部材４１の底面１１の底面凹部１５、第１の傾斜部１６、第２の傾斜部１７及び平坦部１８は図１の光束制御部材１と同じ構造である。光束制御部材４１の脚部４４は、底面１１の第１の傾斜部１６に設けられており、底面１１側に幅広の円柱状の基底部４４１が設けられ、その発光素子側に基底部４４１よりも細い円柱状の先端部４４２が設けられている。基底部４４１の中心と先端部４４２の中心とは一致している。図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、発光素子２から側方方向に出射した光は、底面凹部１５の側面から入射し、内部を進み脚部４４内を通過し、脚部裏側の側面から外部に出射する。その際、円柱状の基底部４４１の側面によって出射された光は屈折している。その後、出射された光は第２の傾斜部１７から再度内部に入射し、出射面１２から上方に出射する。出射面１２から出射した光は、図６（Ｂ）に示すように、平面方向において円柱状の基底部４４１の側面によって屈折されており、光束制御部材４４を出射した後に集光し、輝点を発生させる。

［輝度分布］
図７は、実施例１〜３及び比較例の光束制御部材による輝度分布のシミュレーション結果である。いずれの光束制御部材も直径１７ｍｍの大きさであり、図７は、中心に配置した光束制御部材によって３００ｍｍ×３００ｍｍの範囲における輝度の面分布のシミュレーション結果を示している。参考として、図７（Ｄ）の比較例の結果において、比較例の光束制御部材４１の位置を点線で示した。図７（Ｄ）に示すように、比較例においては、幅広の円柱状の基底部４４１が存在するために、光束制御部材の外側に輝点５０が強く観察され、輝度ムラが大きいものとなっている。図７（Ａ）の実施例１の光束制御部材１の結果では、図７（Ｄ）で観察された輝点５０は殆ど発生しておらず、輝度ムラを解消できた。図７（Ｂ）の実施例２の光束制御部材２１の結果及び図７（Ｃ）の実施例３の光束制御部材３１の結果では、図７（Ｄ）で観察された輝点５０は弱くなっており、輝度ムラを低減することができた。

［変更例１］
図８（Ａ）は、光束制御部材６０の底面６１の形状を変形した変形例１の断面図であり、図８（Ｂ）は、変形例１の発光素子２側から見た場合の斜視図である。変形例１の光束制御部材６０の底面６１は、底面凹部１５、第１の傾斜部１６、第２の傾斜部６７及び平坦部１８が形成されており、実施例１とは第２の傾斜部６７の底面にプリズムが形成されておらず、平坦な傾斜面である点で異なるが、その他の構造は同じである。変形例１では、実施例１よりも第２の傾斜部６７による内部入射光の利用効率が下がる可能性があるが、製造が容易となり、コスト低減や光束制御部材間のバラツキを低減する効果がある。

［変更例２］
図９（Ａ）は、光束制御部材７０の底面７１の形状を変形した変形例２の断面図であり、図９（Ｂ）は、変形例２の発光素子２側から見た場合の斜視図である。変形例２の光束制御部材７０の底面７１は、第２の傾斜部を設けず、底面凹部１５の下端から周縁側に向かって上向きの第１の傾斜部７６が形成され、第１の傾斜部７６の上端において平坦部１８が連続して形成された形状である。実施例１と比べて第１の傾斜部７６の傾斜角は緩やかとなり、第１の傾斜部７６の領域が広くなっている。その他の構造は実施例１と同じである。第１の傾斜部７６の傾斜角が緩やかであるため、底面凹部１５より入射し光束制御部材７０内で底面７１近くを伝播する光線が、第１の傾斜部７６に当たる割合を抑制することができ、第１の傾斜部７６を経由せずにフランジ７３の側面や出射面１２の外縁近傍から出射するため、発光素子２からの出射光を光束制御部材７０によって効率よく広げて所望の配光分布を得ることができる。

［変更例３］
図１０（Ａ）は、光束制御部材８０のフランジ８３の形状を変形した変形例３の平面図であり、（Ｂ）は断面図（図１０（Ａ）（Ｃ）のＦ−Ｆ断面）であり、（Ｃ）は平面図であり、（Ｄ）は発光素子２側から見た場合の斜視図である。変形例３の光束制御部材８０のフランジ８３は、等間隔に配置された３つのタブ８４と、１つのゲート８５とが形成されている。タブ８４は光束制御部材８０の中心軸を軸とした回転方向における位置決め用途や、基板３上に配置された反射シート（図示せず）を基板３とタブ８４とで挟みこみ、反射シートが基板から浮き上がるのを防止したりする用途等、様々な用途で形成され得る。ゲート８５は射出成形時に光束制御部材８０を形成するため金型キャビティ内への樹脂注入口の役割を果たす。金型から取り出してゲートカットした後に光束制御部材８０側に残ったゲート凸部にタブ８４と同様の役割を担わせてもよい。タブ８４の有無、形状、位置や数は本変形例に限定されない。

１ 光束制御部材
２ 発光素子
３ 基板
４ 発光装置
５ 光拡散部材
６ 被照明部材
７ 表示装置
１１ 底面
１２ 出射面
１３ フランジ
１４ 脚部
１５ 底面凹部
１６ 第１の傾斜部
１７ 第２の傾斜部
１８ 平坦部
１９ 出射面凹部

Claims (12)

1. 光源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、
   前記光源側に位置する底面に、前記光束制御部材の中心軸側から周縁側に向かって上向きに傾斜した傾斜部を少なくとも有し、
   前記傾斜部に前記光源側に突出した脚部が配置され、
   前記脚部の側面の前記中心軸に対する裏側の少なくとも一部において、平面、前記中心軸側に突出した曲面又は前記周縁側に突出した曲面であって前記中心軸を中心として前記脚部の側面と前記裏側で接する中心外接円の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含むことを特徴とする光束制御部材。
2. 前記底面の中心に底面凹部を有し、
   前記底面凹部の周囲に前記傾斜部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記底面に、前記傾斜部の周縁側に中心軸側から周縁側に向かって下向きに傾斜した第２の傾斜部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光束制御部材。
4. 前記第２の傾斜部の底面は、前記中心軸から放射状に延びるプリズムが形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光束制御部材。
5. 前記底面には、前記中心軸に対して垂直な平坦部を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の光束制御部材。
6. 前記脚部は、前記底面側に基底部と、前記基底部の前記光源側に前記基底部よりも細い先端部とを有し、
   前記基底部の側面の前記中心軸に対する裏側の少なくとも一部において、平面、前記中心軸側に突出した曲面又は前記周縁側に突出した曲面であって前記中心軸を中心として前記脚部の側面と前記裏側で接する中心外接円の曲率半径以上の曲率半径を有する曲面を含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光束制御部材。
7. 前記光源とは反対側に位置する出射面に出射面凹部を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光束制御部材。
8. 光源と、
   前記底面が前記光源と対向し、前記中心軸が前記光源から出射される光の光軸と平行となるように配置された請求項１乃至７の何れか１項に記載の光束制御部材と、
   を有することを特徴とする発光装置。
9. 複数個の前記光源及び前記光束制御部材が基板上に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
10. 請求項８又は９に記載の発光装置と、
    前記光束制御部材の光の出射面側に光拡散部材と、
    を有することを特徴とする光源装置。
11. 請求項１０に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光が照射される被照明部材と、
    を有することを特徴とする表示装置。
12. 請求項１１に記載の表示装置を表示部として備えたことを特徴とする電子機器。