JP2023104622A - 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】発光素子が配置された基板上に容易に実装することができる光束制御部材を提供すること。【解決手段】本発明の光束制御部材は、第１方向に沿って配置された複数の発光素子上に配置されたときに、前記複数の発光素子から出射された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制御するための、前記第１方向に沿って配置された複数の光束制御部と、前記第１方向において前記複数の光束制御部を接続するフランジ部と、前記フランジ部の裏面に配置された少なくとも１つの脚部と、を有し、前記光束制御部材の中央部における前記フランジ部の裏面に対する前記脚部の面積の占有率は、前記光束制御部材の中央部以外の部分における前記フランジ部の裏面に対する前記脚部の面積の占有率よりも大きい。【選択図】図２

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、当該光束制御部材を有する発光装置、当該発光装置を有する面光源装置、および当該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、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ている。また、発光素子は広い範囲に光を照射するために数多く配置されることがある。

光束制御部材は様々な形状を有し、この形状で発光素子からの光を制御し、所望の配光特性を実現する。このような光束制御部材の１つとして、特許文献１は、光源からの光を入射させるための、裏側に配置された入射面を有する光束制御部材を開示している。

特開２０１０－２７８４２６号公報

上記のような光束制御部材は、複数の発光素子のそれぞれの上に一つずつ配置する必要がある。そのため、実装に手間がかかり、実装コストが高くなってしまうことがある。

本発明は、複数の発光素子が配置された基板上に容易に実装することができる光束制御部材を提供することを目的とする。

本発明の光束制御部材は、第１方向に沿って配置された複数の発光素子上に配置されたときに、前記複数の発光素子から出射された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制御するための、前記第１方向に沿って配置された複数の光束制御部と、前記第１方向において前記複数の光束制御部を接続するフランジ部と、前記フランジ部の裏面に配置された少なくとも１つの脚部と、を有し、前記光束制御部材の中央部における前記フランジ部の裏面に対する前記脚部の面積の占有率は、前記光束制御部材の中央部以外の部分における前記フランジ部の裏面に対する前記脚部の面積の占有率よりも大きい。

本発明の発光装置は、基板上に配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子の上に配置された、上記の光束制御部材と、を有する。

本発明の面光源装置は、上記の発光装置と、前記発光装置から出射された光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、を有する。

本発明の表示装置は、上記の面光源装置と、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、複数の発光素子が配置された基板上に容易に実装することができる光束制御部材を提供することができる。

また、本発明によれば、上記の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ができる。

図１Ａ、Ｂは、実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図である。 図２は、実施の形態に係る面光源装置の内部の構成を示す図である。 図３Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る光束制御部材を示す図である。 図４Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材を示す図である。 図５Ａ～Ｄは、実施の形態３に係る光束制御部材を示す図である。 図６Ａ～Ｄは、実施の形態４に係る光束制御部材を示す図である。 図７Ａは傾斜面を有する光束制御部材を示す図であり、図７Ｂは凸部を有する光束制御部材を示す図である。

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。これらの面光源装置は、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、１Ｂは、本発明の実施の形態に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、平面図であり、図１Ｂは、正面図である。図２は、図１ＢのＡ－Ａ線より下側の、面光源装置の内部の構成を示す斜視図である。

図１Ａ～図２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１２０を有する。複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上に複数の列を形成するように配置されている。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。光拡散板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、特に限定されないが、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍである。

図２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。また、発光素子２２０の種類は、特に制限されないが、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）などが、本実施の形態に係る発光装置２００において好適に用いられる。発光素子２２０のサイズは、特に制限されないが、０．１ｍｍ～０．６ｍｍであることが好ましい。また、０．１ｍｍ～０．３ｍｍであることがより好ましい。本発明において、より小さいＬＥＤを用いる方が、より適切に配光でき、色むらの少ない面光源装置１００を得ることができる。

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する光学部材であり、基板２１０上に脚部３５０を介して固定されている。この後説明するように光束制御部材３００は複数の光束制御部３１０を有する。複数の光束制御部３１０は、フランジ部３２０によって接続されている。これにより、複数の発光素子２２０上に複数の光束制御部３１０を配置することが容易になり、実装が容易になる。

光束制御部材３００は、一体成形により形成されていることが好ましい。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特に限定されない。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）などの光透過性樹脂、またはガラスである。

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、光拡散板１２０は、液晶パネルなどの表示部材とほぼ同じ大きさである。たとえば、光拡散板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、光拡散板１２０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板１２０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、光束制御部材３００の光束制御部３１０により光拡散板１２０の広範囲を照らすように拡げられる。各光束制御部３１０から出射された光は、さらに光拡散板１２０により拡散される。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）を均一に照らすことができる。

図２に示されるように、本実施の形態において、複数の発光素子２２０は、格子状にかつ互いに離間して配置されている。そして、光束制御部材３００において、光束制御部３１０は、この発光素子２２０の配置に合わせて配置されている。

（光束制御部材の構成）
図３Ａは実施の形態１に係る光束制御部材３００の平面図であり、図３Ｂは正面図であり、図３Ｃは側面図であり、図３Ｄは底面図である。以下、実施の形態１に係る光束制御部材３００の構成について説明する。

図３Ａ～Ｄに示されるように、本実施の形態において、光束制御部材３００は、複数の光束制御部３１０と、複数の光束制御部３１０を接続するフランジ部３２０と、少なくとも１つの脚部３５０とを有する。光束制御部材３００は、基板２１０上に配置される。本実施の形態では、基板２１０は第１方向に延在しており、複数の発光素子２２０は基板２１０に第１方向に沿って配置されている。これに合わせて光束制御部材３００も第１方向に細長い形状を有する。

複数の光束制御部３１０は、それぞれ発光素子２２０上に位置するように第１方向に沿って配置されており、発光素子２２０からの光を制御する。１つの光束制御部材３００において、光束制御部３１０の数は２以上であれば特に限定されない。本実施の形態において、光束制御部３１０の数は４つである。

複数の光束制御部３１０は、それぞれ、入射面３３０と、出射面３４０とを有する。

入射面３３０は、光束制御部３１０の裏側に配置され、発光素子２２０から出射された光を、その進行方向を制御しつつ光束制御部３１０の内部に入射させる。入射面３３０の形状は、特に制限されず、入射面３３０で入射した光が出射面３４０に向かうように設定される。本実施の形態では、入射面３３０は、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。また、入射面３３０は、発光素子２２０の光軸と交わり、発光素子２２０の光軸に対して回転対称（円対称）である。図３Ｄに示されるように、底面視したとき、入射面３３０の形状は円形である。

出射面３４０は、光束制御部３１０の表側に配置され、入射面３３０で入射した光を、その進行方向を制御しつつ外部に出射させる。出射面３４０の形状は、特に制限されず、入射面３３０で入射した光が適切に広がりつつ光拡散板１２０に向かうように設定される。本実施の形態では、出射面３４０は、光拡散板１２０に向かう凸曲面である。また、出射面３４０は、光軸と交わり、光軸に対して回転対称（円対称）である。図３Ａに示されるように、平面視したとき、出射面３４０の形状は円形である。

フランジ部３２０は、複数の光束制御部３１０の間に配置され、第１方向において複数の光束制御部３１０を接続する。フランジ部３２０によって複数の光束制御部３１０が接続されることで、複数の光束制御部３１０を一体として（１つの光束制御部材３００として）取り扱うことが可能となり、基板２１０への実装が容易になる。

フランジ部３２０の構成は、光束制御部３１０を接続させることができれば特に制限されないが、光束制御部３１０による光の制御への影響が少ないことが好ましい。この観点から、本実施の形態において、フランジ部３２０は、入射面３３０と出射面３４０の外側に配置され、基板２１０に沿う方向って延びる部材であることが好ましい。

フランジ部３２０の形状および幅（第１方向に垂直な方向の長さ）は、光束制御部３１０を接続できれば特に制限されないが、後述する脚部３５０の配置も考慮して設定されることが好ましい。本実施の形態においては、図３Ａに示されるように、フランジ部３２０の平面視形状は、長円（長方形と２つの半円を合わせた形状）であり、フランジ部３２０の幅は、光束制御部３１０の出射面３４０の直径より僅かに大きい。フランジ部３２０の厚みも、特に制限されず、必要な強度に応じて適宜設定される。

脚部３５０は、フランジ部３２０の裏面に配置され、光束制御部材３００を支持する。光束制御部材３００は、１つまたは２つ以上の脚部３５０を介して基板に実装される。脚部３５０の数は、特に制限されず、１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。光束制御部材３００が１つの脚部３５０のみを有する場合、脚部３５０は基板２１０に固定されることが好ましい。光束制御部材３００が複数の脚部３５０を有する場合、複数の脚部３５０のうち少なくとも一部の脚部３５０は基板２１０に固定されることが好ましく、残部の脚部３５０は基板２１０に固定されなくてもよい。本実施の形態では、光束制御部材３００は、８つの脚部３５０を有する。これらの脚部３５０のうち、中央部の４つの脚部３５０は、基板２１０に接着剤により接着され、光束制御部材３００の固定部材および支持部材として機能する。一方、両端部の４つの脚部３５０は、基板２１０に接着されず、光束制御部材３００が基板２１０に対して傾くことを防止する部材として機能する。

脚部３５０は、光束制御部材３００の裏面の中央部付近に配置されることが好ましい。より具体的には、光束制御部材３００の中央部におけるフランジ部３２０の裏面に対する脚部３５０の面積の占有率が、光束制御部材３００の中央部以外の部分における前記フランジ部の裏面に対する脚部３５０の面積の占有率よりも大きくなるように、脚部３５０は配置されることが好ましい。なお、これには、中央部以外の部分における脚部３５０の面積の占有率が０の場合（中央部以外の部分に脚部３５０がない場合）も含まれる。

脚部３５０の面積の占有率が上記のようであることで、主に、中央部にある脚部３５０を介して光束制御部材３００を基板２１０に実装することができ、実装が容易になる。また、光束制御部材３００と基板２１０との線膨張係数の違いによる、剥がれやクラックの発生を抑制することができる。

なお、ここで、上記の「光束制御部材の中央部におけるフランジ部」とは、光束制御部３１０が偶数個あるときは、複数の光束制御部３１０のうち中央にある２つの光束制御部３１０の中心間にあるフランジ部３２０を意味する。一方、光束制御部３１０が奇数個あるときは、複数の光束制御部３１０のうち中央にある１つの光束制御部３１０と、その両隣の２つの光束制御部３１０との間にあるフランジ部３２０において、中央にある１つの光束制御部３１０の付近を意味する。本実施の形態においては、図３Ｄに示されるように、中央部におけるフランジ部３２０に配置された脚部３５０の数は４つであり、中央部以外の部分におけるフランジ部３２０に配置された脚部３５０の数も４つである。

脚部３５０の形状も、上記の面積の関係を満たす限り特に制限されない。形状の例には、円柱状、円筒状等が含まれる。本実施の形態においては、図３Ｂ～Ｄに示されるように脚部３５０の形状は円柱状であり、底面視したときには円形である。

脚部３５０の配置も、上記の面積の占有率の関係を満たす限り特に制限されないが、脚部３５０は、底面視したときの光束制御部材３００の中心（重心）を通り、かつ第１方向に垂直な直線に対して線対称に配置されることが好ましい。

光束制御部材３００が複数の脚部３５０を有する場合、複数の脚部３５０の高さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。異なる場合は、中央部に配置された脚部３５０の高さが、中央部以外の部分に配置された脚部３５０の高さよりも高いことが好ましい。すなわち、中央部以外の部分に配置された脚部３５０の高さは、中央部に配置された脚部３５０の高さ以下であることが好ましい。このようにすることで、主に、中央部にある脚部３５０を介して光束制御部材３００を基板２１０に実装することができ、実装が容易になる。また、光束制御部材３００と基板２１０との線膨張係数の違いによる、剥がれやクラックの発生を抑制することができる。

光束制御部材３００の基板への具体的な実装方法としては、以下の態様が挙げられる。すなわち、中央部にある脚部３５０およびそれ以外の部分にある脚部を基板２１０に対して固定してもよいし、または、中央部にある脚部３５０のみを基板２１０に対して固定してもよい。固定の態様には、接着、溶着等が含まれる。具体的には、接着には接着剤による接着が含まれ、溶着には基板２１０に存在する貫通孔に脚部３５０を挿入し、熱溶着することが含まれる。

（効果）
光束制御部材３００によれば、複数の発光素子が配置された基板への光束制御部材の実装が容易になる。

［実施の形態２］
図４Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材４００を示す図である。図４Ａは光束制御部材４００の平面図であり、図４Ｂは正面図であり、図４Ｃは側面図であり、図４Ｄは底面図である。

光束制御部材４００は、光束制御部４１０の形状が異なる点で、実施の形態１に係る光束制御部材３００と異なる。光束制御部材４００において、光束制御部材３００と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

具体的には、光束制御部材４００において、入射面４３０の形状は、図４Ｄに示されるように、底面視したときに楕円形である。この楕円形は、第１方向に長い楕円形である。

また、図４Ａに示されるように、出射面４４０の形状は、図４Ａに示されるように、平面視したときに楕円形である。この楕円形は、第１方向に垂直な方向に長い楕円形である。

（効果）
実施の形態２に係る光束制御部材４００によれば、実施の形態１に係る光束制御部材３００と異なる配光特性を実現できる。

［実施の形態３］
図５Ａ～Ｄは、実施の形態３に係る光束制御部材５００を示す図である。図５Ａは光束制御部材５００の平面図であり、図５Ｂは正面図であり、図５Ｃは側面図であり、図５Ｄは底面図である。

実施の形態３に係る光束制御部材５００は、本発明の光束制御部材に適用できるリブ５１０を有する点で、実施の形態１、２に係る光束制御部材３００、４００と異なる。光束制御部材５００において、実施の形態２に係る光束制御部材４００と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

リブ５１０は、第１方向に長い光束制御部材５００の強度を増大させるための部材である。強度を増大させるという観点から、リブ５１０は第１方向に延在することが好ましい。本実施の形態において、リブ５１０は第１方向に延在する直方体形状である。また、リブ５１０は、光束制御部４１０による光の制御に影響を与えないことが好ましい。この観点から、リブ５１０は、フランジ部３２０に配置されることが好ましい。リブ５１０は、フランジ部３２０の表側の面に配置されても裏側の面に配置されてもよい。本実施の形態において、リブ５１０は、フランジ部３２０の表側の面に配置されている。また、本実施の形態において、リブ５１０は、平面視したときに第１方向に垂直な方向の長さ（光束制御部材５００の幅）の中点を通るように、第１方向に延在する。また、本実施の形態において、リブ５１０の両端は各光束制御部４１０の出射面４４０に接触している。

（効果）
実施の形態３に係る光束制御部材５００によれば、光束制御部材の強度を大きくすることができる。

［実施の形態４］
図６Ａ～Ｄは、実施の形態４に係る光束制御部材６００を示す図である。図６Ａは光束制御部材６００の平面図であり、図６Ｂは正面図であり、図６Ｃは側面図であり、図６Ｄは底面図である。

実施の形態４に係る光束制御部材６００は、実施の形態３に係る光束制御部材５００より多くのリブ６１０を有する点で、光束制御部材５００と異なる。光束制御部材６００において、光束制御部材５００と同様の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

リブ６１０は、図６Ａに示されるように、平面視したときに、光束制御部材６００の２つの外縁のそれぞれに沿うように、かつ第１方向に延在するように配置されている。このようにリブ６１０が配置されることで、光束制御部材６００の強度がより大きくなる。リブ６１０のその他の構成は、リブ５１０と同様でよい。

（効果）
実施の形態４に係る光束制御部材６００によれば、光束制御部材の強度をより大きくすることができる。

［その他の構成１］
図７Ａは、本発明の光束制御部材に適用できる、フランジ部３２０の端の構成が適用された光束制御部材７００を示す図である。図７Ａに示されるように、本実施の形態において、フランジ部３２０は、第１方向における光束制御部材７００の端に近づくにつれて表側に向かうように傾斜する傾斜面３２１を有する。

光束制御部材７００が、このような傾斜面３２１を有することで、図７に示されるように複数の光束制御部材７００を基板２１０上に隣接するように配置したときに、基板２１０上に空間を作り出すことができる。このような空間は、基板２１０上に任意の部品Ａを実装するための空間として利用することができる。

また、傾斜面３２１の少なくとも一部は、光束制御部材３００を平面視したときに、複数の光束制御部３１０のうち端に配置された光束制御部３１０の少なくとも一部と重なることが好ましい。傾斜面３２１がこのように配置されることで、広い空間を基板２１０上に作り出すことができる。

（効果）
光束制御部材７００によれば、隣接する光束制御部材の間に空間を作り出すことができる。

［その他の構成２］
図７Ｂは、本発明の光束制御部材に適用できる、光束制御部３１０よりも高い凸部３６０を有する光束制御部材８００を示す。凸部３６０は、光束制御部３１０よりも高いことで、光束制御部材８００上に配置される光拡散板１２０と、光束制御部３１０とが接触することを防ぐことができる。なお、凸部３６０は、光拡散板１２０と接触して光拡散板を支持してもよい。

凸部３６０は、光束制御部３１０による光の制御に影響を与えないようにフランジ部３２０上に配置されることが好ましい。また、凸部３６０は、平面したときの光束制御部材８００の中心（重心）の近傍に配置されることが好ましく、中心（重心）に配置されることがさらに好ましい。また、凸部３６０は、前述した中央部のフランジ部３２０に配置されることが好ましい。

凸部３６０が中心近傍に配置されることで、光拡散板の荷重が凸部３６０にかかったときに、光束制御部材８００が傾いたり、基板２１０から脱落したりすることを防ぐことができる。

（効果）
光束制御部材８００によれば、光束制御部３１０と光拡散板１２０との接触を防ぐことができる。

本発明の光束制御部材は、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。

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
１２０ 光拡散板
２００ 発光装置
２１０ 基板
２２０ 発光素子
３００、４００、５００、６００、７００、８００ 光束制御部材
３１０、４１０ 光束制御部
３２０ フランジ部
３２１ 傾斜面
３３０、４３０ 入射面
３４０、４４０ 出射面
３５０ 脚部
３６０ 凸部
５１０、６１０ リブ
Ａ 部品

Claims (11)

1. 第１方向に沿って配置された複数の発光素子上に配置されたときに、前記複数の発光素子から出射された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制御するための、前記第１方向に沿って配置された複数の光束制御部と、
   前記第１方向において前記複数の光束制御部を接続するフランジ部と、
   前記フランジ部の裏面に配置された少なくとも１つの脚部と、
   を有し、
   前記光束制御部材の中央部における前記フランジ部の裏面に対する前記脚部の面積の占有率は、前記光束制御部材の中央部以外の部分における前記フランジ部の裏面に対する前記脚部の面積の占有率よりも大きい、
   光束制御部材。
2. 前記中央部以外の部分に配置された脚部の高さは、前記中央部に配置された脚部の高さ以下である、請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記フランジ部の表面または裏面において前記第１方向に沿って延在するリブをさらに有する、請求項１または２に記載の光束制御部材。
4. 前記フランジ部は、前記第１方向における前記光束制御部材の端に近づくにつれて、表側に向かうように傾斜する傾斜面を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
5. 前記光束制御部材を平面視したとき、前記複数の光束制御部のうち端に配置された光束制御部の少なくとも一部と前記傾斜面の少なくとも一部とは重なる、請求項４に記載の光束制御部材。
6. 前記フランジ部の表面に配置された、前記複数の光束制御部よりも高い凸部をさらに有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の光束制御部材。
7. 前記複数の光束制御部のそれぞれは、
   前記光束制御部の裏側に配置された、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、
   前記光束制御部の表側に配置された、前記入射面で入射した光を出射させる出射面と、
   を有する、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の光束制御部材。
8. 基板上に配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に配置された、請求項１～７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。
9. 前記光束制御部材は、前記中央部に配置された脚部のみが前記基板に固定されている、請求項８に記載の発光装置。
10. 請求項８または９に記載の発光装置と、
    前記発光装置から出射された光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、
    を有する、面光源装置。
11. 請求項１０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。