JP5677558B2 - 面光源装置、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源装置、及び表示装置に関する。

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。

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する。面光源装置は、ＬＥＤから出射された光を光束制御部材の内部に入射させ、光束制御部材から光を出射させる際に光の進行方向を制御する。そして、面光源装置は、光束制御部材から出射された光を光拡散部材により拡散した後、液晶表示パネルを背面側から面状に照明する。

特許文献１には、光学素子を透過した光が平面に対して略垂直に出射する平面光源が記載されている。図１は、特許文献１記載のＬＥＤを光源とした面光源装置を模式的に示す図である。

図１に示すように、面光源装置１００には、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が配置される。マイクロレンズアレイ１０２が、ＬＥＤ１０１から出射された光の進行方向を制御することにより、面光源装置１００は、基板平面に垂直な方向（上方）に光を出射する。

特許文献２には、レンズケースの凸部の内部に空洞部が形成され、空洞部より外周に、発光素子から横方向に出射する光を凸部の方に反射させる傾斜面を有する空隙部が形成された表示装置が記載されている。

図２は、特許文献２記載の表示装置を示す構成図である。図２に示すように、マトリックス表示装置１３０には、表示パネル基板１３１上に発光素子１３２がマトリックス状に配列され、発光素子１３２の表面側にレンズケース１３３が配置される。レンズケース１３３には、表示パネル基板１３１上に密着するように載置される。レンズケース１３３は、発光素子１３２に対応する位置に略半球状の凸部１３４と、凸部１３４の内部に発光素子１３２を内包する空洞部１３５とが形成される。空洞部１３５の側壁は、発光素子１３２から出射された光を正面側（図２の上方側）へ向かうように屈折させて取り込む。発光素子１３２から出射された光の入射面は、空洞部１３５の側壁のみである。また、レンズケース１３３には、発光素子１３２を内包する空洞部１３５の周囲に空隙部１３６が形成される。空隙部１３６は、発光素子１３２から横方向に出射された後にレンズケース１３３内に取り込まれた光を空隙部１３６の傾斜面１３７及び絶縁基板１３８によって正面側へ向けて全反射する。これにより、マトリックス表示装置１３０の正面側の照明光輝度が大きくなる。

特開２００２−４９３２６号公報 特開２００１−２５０９８６号公報

しかしながら、このような従来の面光源装置には、光束制御部材の裏面（基板に対向する面）に、発光素子から出射された光が入射され、光束制御部材がこの光を集光して出射してしまうため、被照射面に照度ムラが発生するという課題があった。照度ムラは、均一な面状照明の妨げとなり、照明品質を低下させる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、照度ムラを抑制することができる面光源装置、及び表示装置を提供することを目的とする。

本発明の面光源装置は、基板と、前記基板上に配列された、光を出射する発光素子と、前記基板上に配置された反射シートと、前記発光素子から出射された光の進行方向を制御する光制御出射面と、前記光制御出射面の反対側に位置する凹みと、前記凹みの開口縁部から径方向に延在する裏面と、を有する光束制御部材と、前記光束制御部材から出射された光を拡散・透過する光拡散部材と、を有し、前記裏面には、複数の線条の凸部を格子状に配置した格子状凸部、または、複数の線条の凹部を格子状に配置した格子状凹部が形成されており、前記線条の凸部または前記線条の凹部は、線条の延在方向に対して直交する断面形状が、三角形状、頂部にＲ面取を施した三角形状、または半円形状であり、前記裏面と対向する位置以外の前記基板の表面は、前記反射シートで覆われており、前記基板および前記裏面は、前記反射シートを挟むことなく互いに対向している、構成を採る。

本発明の表示装置は、上記面光源装置と、前記面光源装置からの光が照射される被照明部材と、を有する構成を採る。

本発明によれば、発光素子から出射される光のうち光束制御部材の裏面に入射される光を散乱させることができる。その結果、照度ムラを抑制して、光束制御部材から光が照射される被照射面の照度を均一にすることができ、高品位な照明品質を得ることができる。

従来のＬＥＤを光源とした面光源装置を模式的に示す図 従来の表示装置を示す構成図 本発明の基本原理を説明する図 本発明の実施の形態１に係る表示装置を構成する面光源装置の平面図 図４のＸ１−Ｘ１線に沿って切断して示す表示装置の断面図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の平面図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の断面図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の底面図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凸部の構造を模式的に示す斜視図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面に格子状凸部が形成された光束制御部材の作用を説明する図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面が平滑面である光束制御部材の作用を説明する図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の照射面の光の照度分布を示す図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面に形成される凸部を説明する図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面に形成される凸部と散乱光を説明する図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面に形成される凸部と散乱光を説明する図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の光束制御部材の裏面に形成される凸部と散乱光を説明する図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の光束制御部材の断面図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の裏面の一部を切り取って格子状凸部の構造を模式的に示す斜視図 本発明の実施の形態３に係る発光装置の光束制御部材の断面図 本発明の実施の形態３に係る発光装置の光束制御部材の裏面において光が再帰反射される様子を説明する図 本発明の実施の形態３に係る発光装置の光束制御部材の裏面において光が再帰反射される様子を説明する図 本発明の実施の形態３に係る発光装置の効果を検証するために行ったシミュレーションの結果を示す図 本発明の実施の形態３に係る発光装置の光束制御部材のバリエーションを示す図 本発明の実施の形態４に係る発光装置の光束制御部材の断面図 本発明の実施の形態５に係る発光装置のバリーション１の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凸部の構造を模式的に示す図 本発明の実施の形態５に係る発光装置のバリーション２の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凹部の構造を模式的に示す図 本発明の実施の形態５に係る発光装置のバリーション３の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凸部の構造を模式的に示す図

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。

（原理説明）
本発明の基本的な考え方を説明する。

図３は、本発明の基本原理を説明する図である。

従来は、光束制御部材の裏面から入射する光については配慮されていなかった。本発明者らの実験により、光束制御部材の裏面から、光束制御部材内部にこのような光が入射すると、光束制御部材がこの光を集光して出射することにより被照射面に照度ムラが発生することが判明した。但し、光束制御部材の裏面を単に粗面にするだけでは、照度ムラの発生を防止することができない知見が得られた。

そこで、本発明者らは、発光素子から光束制御部材の裏面に入射される光を散乱させるために、光束制御部材の裏面に複数の凸部または複数の凹部を格子状に形成する構成を見出した。この構成は、以下の特徴を有する。

図３は光束制御部材を配置する際の目安となる座標軸を示す。ＸＹＺ直交座標の原点Ｏに発光素子の出射面上の１点である発光点を配置し、原点Ｏから離れたＸＹ平面と平行な面Ｓ上に光束制御部材の裏面を光束制御部材の基準光軸がＺ軸と一致するように配置する。そして、光束制御部材の基準光軸と面Ｓとの交点を点Ｐ０とした場合に、原点Ｏを頂点とする仮想錘形状の錘面と前記面Ｓとの交線上の点Ｐ１、及びＺ軸を回転軸として点Ｐ１をθ１＝４５度回転させた点Ｐ２を原点Ｏから出射した光の入射点とする。例えば、光束制御部材の裏面に、線Ｐ０−Ｐ１と直交方向に稜線が延びるように、複数の線条の凸部（突条）または線条の凹部（溝）を格子状に形成すれば、原点Ｏから出射される光を異方的に屈折させることができる。そして、点Ｐ１から入射した光が面Ｓと平行な被照射面Ｓ’へ到達する点の基準光軸からの距離Ｌ１と、点Ｐ２から入射した光が被照射面Ｓ’へ到達する点の基準光軸からの距離Ｌ２とが異なる。これにより、円環状の特異的な明部が被照射面上に発生することを抑制することができる。

（実施の形態１）
〔面光源装置の全体形状〕
図４は、上記基本的な考え方に基づく実施の形態１に係る表示装置を構成する面光源装置の平面図である。なお、図４では、液晶表示パネル等の被照明部材を図示していない。図５は、図４の表示装置をＸ１−Ｘ１線に沿って切断した断面図である。なお、本実施の形態の面光源装置は、液晶表示パネルに適用した例である。

図４に示すように、面光源装置１は、板状の光拡散部材２と、点光源としての発光素子３と、光束制御部材４と、を備える。光拡散部材２は、液晶表示パネル等の被照明部材の背面に配置され、被照明部材とほぼ同形状である。発光素子３は、光拡散部材２の裏面側にほぼ等間隔のピッチＰで複数配置される。光束制御部材４は、発光素子３から出射された光束の進行方向を制御する。

上記発光素子３及び光束制御部材４は、発光装置５を構成する。

図５に示すように、表示装置６は、面光源装置１と、光拡散部材２の出射面８（裏面９と反対側の面）側に配置された被照明部材７とから構成される。

光拡散部材２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。光拡散部材２は、液晶表示パネル，広告表示パネル，標識表示パネル等の被照明部材の平面形状とほぼ同様の大きさに形成される。

光拡散部材２の表面には、微細な凹凸（プリズム状突起、エンボス加工やビーズコートによる拡散処理で形成される凹凸）が形成される、又は、光拡散部材２の内部に拡散材が混入される。

この加工により、光拡散部材２は、光束制御部材４の光制御出射面１１（図６参照）から出射した光を透過しながら拡散し、被照明部材に照射される光を均一化する。

発光素子３は、例えばＬＥＤである。発光素子３は、光拡散部材２の裏面側にマトリックス状に配置される。

光束制御部材４は、発光素子３から出射された光の進行方向を制御する拡散レンズであり、例えば非球面レンズである。光束制御部材４は、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、又は透明なガラスにより形成される。

〔光束制御部材４の全体形状〕
図６乃至図８は、上記光束制御部材４の詳細な構成を示す図である。図６は、その平面図、図７（ａ）は図６のＡ−Ａ’矢視断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ部拡大図、図８は上記光束制御部材４の底面図である。

図７は、発光素子３の基準光軸Ｌを含む光束制御部材４の形状を説明する図である。基準光軸Ｌとは、光束の代表となる仮想的な光線であって、発光素子３から出射される立体的な光束の中心における光の進行方向をいう。本実施の形態では、発光素子３の光軸（発光素子３の光学的な中心軸）と基準光軸Ｌが一致している場合を例に説明する。

図６乃至図８に示すように、光束制御部材４は、光制御出射面１１と、裏面１２と、凹み１４と、を有する。光制御出射面１１は、発光素子３から出射され、光束制御部材４の内部に入射された光を出射する際の出射方向を制御する。凹み１４は、発光素子３から出射された光のうち基準光軸方向に対して所定の角度の範囲内に出射された光である主光線を内部へ入射させる。裏面１２は、凹み１４の開口縁部から径方向に延在し、基準光軸に対して大きな角度で発光素子３から出射された、上記主光線以外の光である副光線を内部へ入射させる。裏面１２には、発光素子３から光束制御部材４の裏面１２に入射される光を散乱させる格子状凸部１３を形成する。

また、光束制御部材４は、光制御出射面１１の径方向外方側に突出する略円環状の鍔部１５と、光束制御部材４を基板１８（図５参照）に位置決めした状態で取り付ける丸棒状の脚１６と、脚１６の位置決めを案内する突起１７とを備える。

光制御出射面１１は、図７（ａ）に示すように、鍔部１５よりも上方（光拡散部材２側）へ向けて突出する。

脚１６は、鍔部１５の内周面の同心円周上に等間隔で３個形成されている。突起１７は、３個の脚１６位置に対応し、鍔部１５の径方向外方側に突出して形成されている。

光束制御部材４は、基板１８に対して位置決めされた状態で、脚１６が基板１８の表面１８ａ（図５参照）に接着されることにより、基板１８に取り付けられる。

光束制御部材４を基板１８に取り付ける際に、発光素子３の発光面と光束制御部材４の裏面１２（基準面）との間に隙間εが形成される（図５参照）。隙間εが形成される理由としては、例えば、凹み１４に発光素子３が収容されるように光束制御部材４を基板１８上へ載置する際の取付誤差のためという消極的理由や、発光素子３から発する熱を放熱する目的等の積極的理由がある。

〔光束制御部材４の光制御出射面１１〕
光束制御部材４の光制御出射面１１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１１ａと、第１の出射面１１ａの周囲に連続して形成される第２の出射面１１ｂと、第２の出射面１１ｂと鍔部１５とを接続する第３の出射面１１ｃとからなる。

図７（ａ）に示すように、第１の出射面１１ａは、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形成されている。また、第２の出射面１１ｂは、第１の出射面１１ａに連続して形成され、上に凸の滑らかな曲面形状であり、平面形状が第１の出射面１１ａを取り囲む略中空円板形状に形成されている。また、第３の出射面１１ｃは、第２の出射面１１ｂに連続して形成され、断面がほぼ直線状の傾斜面として形成されている。なお、第３の出射面１１ｃは、光束制御部材４からの広範囲かつ均一な出射を妨げる形状でなければ曲線状に形成されてもよい。

〔光束制御部材４の格子状凸部１３〕
上述したように、光束制御部材４は、基板１８上に脚１６により支持され、光束制御部材４の裏面１２と発光素子３の発光面との間には、放熱等を目的とした隙間εが形成されている。この隙間εが形成されているために、発光素子３の発光面から出射された光の一部が、光束制御部材４の裏面１２から、光束制御部材４内部に入射する。裏面１２が平滑面である場合、光束制御部材４の裏面１２すなわちレンズ底面に到達した光は、基準光軸Ｌ寄りに屈折されて光束制御部材４内部に入射し、光制御出射面１１から出射する。この出射光は、光束制御部材４にとって滑らかに広げて出射するように制御可能な光ではなく、平滑な裏面１２及び光制御出射面１１を経由することによって意図せず集光してしまい、被照射面に円環状の明部を生じさせ照度ムラとなる（図１２（ｂ）により後述する）。

本実施の形態は、光束制御部材４の裏面１２に格子状凸部１３を形成し、格子状凸部１３によって光束制御部材４の裏面１２に入射する光を散乱させる。すなわち、裏面１２上における任意の光入射点Ｐ１から入射した光線と、この光入射点を基準光軸Ｌを回転軸として４５度回転させて得られる光入射点Ｐ２から入射した光線とでは、各光入射点における裏面１２の法線に対する角度が異なる。したがって、基準光軸Ｌを回転軸として光入射点Ｐ１を３６０度回転させて得られる軌跡上の各点から入射する光によって得られる被照射部（被照射面に到達する光が被照射面に描く軌跡）は円環状にはならず、広い範囲に散乱する。

なお、格子状凸部１３の各線条の形状は、光束制御部材４の裏面１２に入射する光を十分に散乱することができるものであればよく、突条の延びる方向に対して直交する断面形状が、三角形状、頂部にＲ面取を施した三角形状、半円形状でもよく、更にこれら線条間の溝部にＲ形状を付加してもよい。また、光束制御部材４を金型から転写する転写性を考慮すると、格子状凸部１３の各突部は曲面であることが好ましいが、光を光軸方向に屈折させないという目的からすると断面三角形状が好ましい。また、本発明者らの実験により、光束制御部材４の裏面１２に入射する光を十分に散乱するには、凸部を格子状に配置することが好ましいことが判明した。

図７（ａ）及び図８に示すように、光束制御部材４の裏面１２には、格子状凸部１３が形成される。格子状凸部１３は、（１）凸部であること、（２）格子状であることのそれぞれに特徴がある。

（１）凸部
図７（ｂ）に示すように、格子状凸部１３は、光束制御部材４の裏面１２から外方に向かって突出した複数の線条の凸部１３ａを、それらの稜線が平行となるように並べ、これらと直交する複数の線条の凸部１３ｂ（後述する図９参照）をそれらの稜線が平行となるように並べることにより形成される。線条の延在方向に直交する凸部１３ａの断面形状は、半円に近い形であり、頂部をＲ形状で面取りした三角形状である。例えば、凸部１３ａの底面長さは０．５ｍｍ、線条を形成する傾斜面の底角は４５°、先端のＲは０．２ｍｍである。凸部１３ａの傾斜角度は、４５°より小さくてもよいが、光束制御部材４の裏面１２に入射する光を散乱させる目的からすると凸部１３ａの傾斜角度は４５°以上であることが好ましい。

格子状凸部１３は、光束制御部材４の裏面１２に、光束制御部材４本体と共に、ＰＭＭＡ，ＰＣ，ＥＰ等の透明樹脂材料を用いて、金型から転写されて一体形成される。このため、凸部１３ａの傾斜角度が大きい場合、成形時に必要な転写精度を得るためには、樹脂や金型を高温にして転写しやすくしたり、ヒケを抑制するために十分に保圧をかけたりする必要があるため、冷却時間や保圧時間に時間を要し、コスト増大を招く虞がある。

本実施の形態では、凸部１３ａの断面形状を略半円形とすることにより、格子状凸部１３は、光束制御部材４の裏面１２に入射する光を十分に散乱させることができ、かつ、光束制御部材４の形成の際の金型からの転写を容易にして製造コストを低減させることができる。

（２）格子状
図８に示すように、格子状凸部１３は、上記複数の凸部１３ａとこれらに直交する凸部１３ｂとによって形成される（後述する図９参照）。ここで、格子状凸部１３は、光束制御部材４の裏面１２の中心から外周面に向かって所定領域に設けられていればよい。図８では、格子状凸部１３が、脚１６の略内周面まで形成されている。格子状凸部１３は、光束制御部材４の裏面１２の全面に形成されてもよい。

図９は、格子状凸部１３の一部を切り取って模式的に構造を示す斜視図である。

図９に示すように、格子状凸部１３は、断面形状が略半円形の複数の凸部１３ａと複数の凸部１３ｂとを、格子状に直交させることにより形成される。凸部を格子状に形成することにより、発光素子３の発光面上の１点を頂点とする基準光軸Ｌに対称な円錐を、その円錐の底面が光束制御部材４の裏面１２と重なるように仮想配置した場合、円錐頂点から出射し錘面に沿うように進む光線と裏面１２との交点を結んだ形状は、円錐底面の周縁形状（円形状）に一致する。しかし、それら交点を経由した後に光束制御部材４を出射する光線と被照明部材７との交点によって被照明部材７の被照射面にできる形状は円形状にはならない。したがって、縦方向及び横方向のいずれの方向に対しても、光束制御部材４の裏面１２に入射する光を散乱させることができる。一方、上記凸部を、格子状に形成せずに、中心から放射状に形成する、あるいは円錐状の突起を均一なピッチで形成すると、却って規則性のある強い集光パターンが被照射面上に発生してしまう場合があり、被照射面上の狭い範囲に光が集光して特異的な明部を発生させる虞がある。

また、凸部を格子状に形成すると、明部の照度値も裏面１２が平滑な場合に比べて低いことが判明した。このように、凸部を格子状に形成すると、光を散乱させるのに十分な形状を射出成形等で転写するために必要な金型を容易に加工することができるため、製造コストを低減させることができる。

〔光束制御部材４の作用〕
以下、上述のように構成された光束制御部材４の作用について説明する。

図１０は、光束制御部材４の裏面１２に格子状凸部１３が形成された光束制御部材４の作用を説明する図である。図１１は、光束制御部材４の裏面１２が平滑面（すなわち格子状凸部１３を形成しない平滑面）である光束制御部材４の作用を説明する図である。図１２は、光束制御部材４から出射した光による照射面の光の照度分布を示す図であり、光拡散部材２の裏面（被照射面）における照度分布である。図１２（ａ）は図１０の格子状凸部１３が形成された光束制御部材４から照射された光による被照射面上の照度分布を示し、図１２（ｂ）は図１１の裏面１２が平滑面の光束制御部材４から照射された光による被照射面上の照度分布を本実施の形態１の比較例として示す。縦軸と横軸は、発光装置５の基準光軸Ｌからの寸法を表している。

まず、図１０及び図１１に示すように、発光素子３から出射した光のうち半値幅の範囲内にある光は、大部分が凹み１４から光束制御部材４に入射し、光束制御部材４の内部を伝播した後、第１の出射面１１ａ乃至第３の出射面１１ｃから外部（空気中）にスネルの法則に従って出射することになる。この際、光束制御部材４から出射される光束は、照射範囲内に向けて滑らかに拡がる。

ところが、光束制御部材４の裏面１２と基板１８（図５参照）との間には隙間εが形成されているために、発光素子３の発光面からこの隙間εに光が進入し、進入した光は光束制御部材４の裏面１２から、光束制御部材４内部に入射する。

図１１に示すように、光束制御部材４の裏面１２が平滑面である場合、すなわち光束制御部材４に格子状凸部１３を形成しない場合、光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）に入射した光は、基準光軸Ｌ寄りに屈折した状態で光束制御部材４内を進み、第２の出射面１１ｂ及び第３の出射面１１ｃから出射する。その結果、光束制御部材４への入射面における屈折と光束制御部材４の凸レンズ状の出射面における集光によって、被照射面には、光の集光した部分（輝部）が他の部分よりも明るく円環状に光る円環状の照度ムラ２１が発生する。円環状の照度ムラ２１は、光拡散部材２の出射面側から視認され、照明品質を低下させることになる。

これに対して、本実施の形態は、光束制御部材４の裏面１２に格子状凸部１３を形成することにより、光束制御部材４の裏面１２に入射する光を散乱させている。

図１０に示すように、光束制御部材４の裏面１２に格子状凸部１３が形成された場合、格子状凸部１３によって光を散乱させるために、光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）に入射した光は、基準光軸Ｌ寄りに集光されることなく、被照射面の広範囲に向けて光束制御部材４から出射する。その結果、図１２（ａ）に示すように、被照射面上の照度ムラ２２は大幅に低減される。図１２（ａ）では、説明の便宜上、照度ムラ２２と表現したが実際にはこの光の強度差は小さく、照度ムラ２２とは呼ばなくて良いレベルである。また、照度ムラ２２は、図１２（ｂ）の円環状の照度ムラ２１に対して光の強度差が格段に小さく抑制されているだけではなく、図１２（ａ）に示すように明部が離散的な形となっているため、光の集合した部分（明部）が分散されており、より照度ムラとして目立たない状態となっている。なお、図１２（ａ）の照度ムラ２２の形状が離散的な十字形状となっているのは、格子状凸部１３を、正方格子としたことによる。

ところで、光束制御部材４の裏面１２から入射する光の光路を散乱させることができれば、本実施の形態と同様の効果が得られると考えられる。しかしながら、本発明者らの実験等により、単なる拡散面では十分な効果が得られない場合があるということが判明した。

光を拡散する一般的な方法として、光束制御部材４の裏面１２に粗面を形成することが考えられる。粗面は、光束制御部材４の金型となる面をエッチング処理し表面を荒らすことで容易に作製することができる。

図１３は、光束制御部材４の裏面１２に形成される凹部を説明する図である。図１３（ａ）は格子状凹部１３の凹部を示す。また、図１３（ｂ）は粗面処理を施した裏面１２を示す。また、図１３（ｃ）は裏面１２に粗面を形成するための粗面化された金型表面とその形状が転写された裏面１２を示す。

図１３（ｃ）に示すように、一般的なエッチャントを用いた粗面処理では、金型に形成される転写面３１は非常に微細（μオーダ単位）である。このような微細加工処理を光束制御部材４の裏面１２に施しても、入射する光を十分に散乱させることはできない。但し、本実施の形態の格子状凸部１３にさらに、このような細かい凹凸を付けることは、光をより拡散するという効果を発揮する。この点については、実施の形態２により後述する。

また、金型の転写面３２から、射出成形等により光束制御部材４を転写形成する場合、樹脂及び金型の温度設定や保圧のかけ方が適当でないと、光束制御部材４の裏面１２は、図１３（ｃ）に示すように、金型の転写面３２の微細な凹凸よりも更になだらかな凹凸の加工面３１となってしまい、入射光を十分に散乱させることができなくなる。金型の転写面３２からより精度よく転写を行なおうとすれば、成形サイクルが長くなり、多大な時間と調整を要しコスト上昇となる。

なお、特殊エッチャント又はやすりなどを用いた粗面処理を行うことにより、図１３（ｂ）の粗面３３の高さｄを、図１３（ａ）の格子状凸部１３の凸部１３ａ程度とすれば、入射する光を散乱させることができる。しかし、本発明者らは、このような粗面処理ではコスト上昇となることに加えて、以下のような欠点があることを見出した。すなわち、光束制御部材４の裏面１２の粗面処理により、粗面３３の１つの凸部に十分な量の高低差ｄを得ることが必要であるのに対し、図１３（ｂ）に示す粗面３３の成形サイクルをやや短くすると転写が不十分となり、必要な量の高低差ｄを得ることができなくなってしまう。このような十分な高低差ｄが得られない粗面３３では、光束制御部材４の裏面１２が平滑面である場合と同様の理由により、発光素子３の発光面から照射された光が光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）において基準光軸Ｌ寄りに屈折する。したがって、その光が光束制御部材４から出射した後に、被照射面上で集光され、照度ムラが発生してしまう。

以上のように、一般的な粗面処理では、光束制御部材４の裏面１２から入射する光の光路を十分に散乱させることはできない。一般的な用途に使用される粗面処理では、凸部は形成できたとしても光学的に見た場合には、裏面１２が平滑面である場合と同様の照度ムラを生じさせる。

そこで、本実施の形態では、図１３（ａ）に示すように、エッチャントややすり等を用いた高低差の小さな処理面を形成する粗面加工ではなく、光束制御部材４の裏面１２に格子状凸部１３を精度よく形成する。

〔凸部と散乱光の説明〕
図１４乃至図１６は、光束制御部材４の裏面１２に形成される凸部１３ａとそこに入射する光の散乱光を説明する図である。図１４（ａ）は、凸部１３ａをＸＹＺ直交座標のＸ軸と平行となるように光束制御部材４の裏面１２に形成した場合の裏面１２へ入射される光線方向を裏面１２側から見た図を示す。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）を側面（Ｘ軸方向）から見た形状を模式的に示す。図１５（ａ）は、図１４（ａ）で示した光束制御部材４の裏面１２の凸部１３ａに直交方向から入射される光線方向を示す。また、図１５（ｂ）は、直交方向から入射される光線が受ける光束制御部材４の裏面１２の凸部１３ａの作用を示す。図１６（ａ）は、光束制御部材４の裏面１２の凸部１３ａに斜め４５°方向から入射される光線方向を示す。また、図１６（ｂ）は、斜め４５°方向から入射される光線が受ける光束制御部材４の裏面１２の凸部１３ａの作用を示す。なお、図１５（ｂ）に示した光線のうちの１つは、前記図３中の線Ｏ−Ｐ１で示す光線と一致し、図１６（ｂ）に示した光線のうちの１つは、前記図３中の線Ｏ−Ｐ２で示す光線と一致する。

図１４（ｂ）に示すように、光束制御部材４の裏面１２に凸部１３ａが形成されている。図１４（ａ）に示すように、凸部１３ａに平行な光線方向ｘと凸部１３ａに直交する光線方向をとる。

図１５（ａ）に示すように、光束制御部材４の裏面１２の凸部１３ａに直交方向から光が入射された場合、図１５（ｂ）に示すように、凸部１３ａに入射される光の入射角度はばらつく。このため、光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）に入射した光は、集光されることなく、散乱光として光束制御部材４の光制御出射面１１から出射される。

図１６（ａ）に示すように、光束制御部材４の裏面１２の凸部１３ａに斜め４５°方向から入射された場合も同様に、図１６（ｂ）に示すように、凸部１３ａに入射される光の入射角度はばらつく。また、凸部１３ａに対し角度（この場合斜め４５°）を持って光が入射しているため、図１６（ｂ）の紙面の高さ及び深さ方向にも光の入射角度はばらつく。このため、光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）に入射した光は、集光されることなく、散乱光として光束制御部材４の光制御出射面１１から出射される。

以上詳細に説明したように、本実施の形態では、光束制御部材４の裏面１２に、発光素子３から光束制御部材４の裏面に入射される光を散乱させる複数の線条からなる格子状凸部１３を形成した。これにより、光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）に入射された光は、集光されることなく、散乱され、光制御出射面１１から被照射面上の広範囲に向けて出射する。その結果、図１２（ａ）に示すように、被照射面において、照度ムラを抑制して、照度を均一にすることができ、高品位な照明品質を得ることができる。

また、本実施の形態は、光束制御部材４を基板１８に取り付けた際に、発光素子３の発光面と光束制御部材４の裏面１２との間に隙間εが形成される場合において、光束制御部材４の裏面１２（レンズ底面）に入射された光の基準光軸Ｌ寄りへの集光を抑制する。このように、本実施の形態は、発光素子３の発光面と光束制御部材４の裏面１２との間の隙間εを許容しているので、過度な取り付け精度を要求されることがない。したがって、本実施の形態は、発光素子３として凹み１４内に収容可能なサイズに小型化された高価なものではなく汎用のものを使用することができるなど、コスト低減を図ることができる。

同様の理由で、本実施の形態は、光束制御部材４の裏面１２の全領域が入射面となり得る場合においても高品位な照明品質を得ることができる。また、本実施の形態は、発光素子から所定寸法だけ離れた位置に光束制御部材を配置しても高品位な照射面が得られ、かつ、発光素子が発する熱に起因する悪影響を抑えることができる。

（実施の形態２）
〔光束制御部材の全体形状〕
図１７は、実施の形態２に係る発光装置の光束制御部材の断面図である。図１７（ａ）は光束制御部材の断面図であり、図１７（ｂ）は図１７（ａ）に示すＣ部の拡大図である。なお、図１７において、図７と共通する構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。

光束制御部材４０は、図４乃至図１１の光束制御部材４に代えて用いられる。

図１７（ａ）に示す光束制御部材４０は、図７（ａ）に示した光束制御部材４と比較して、格子状凸部４３の形状が、格子状凸部１３の形状と異なる。

格子状凸部４３は、光束制御部材４０の裏面１２に、光束制御部材４０本体と共に、ＰＭＭＡ，ＰＣ，ＥＰ等の透明樹脂材料を用いて、金型から転写されて一体形成される。

図１７（ｂ）、図１８に示すように、格子状凸部４３は、光束制御部材４０の裏面１２から外方に向かって突出した複数の線条の凸部４３ａを、それらの稜線が平行となるように並べ、これらと直交する複数の線条の凸部４３ｂをそれらの稜線が平行となるように並べることにより形成される。そして、隣り合う凸部４３ａと凸部４３ａ、凸部４３ｂと凸部４３ｂとの間に凹部が形成される。凸部４３ａ及び凸部４３ｂの表面は、微細な凹凸面４３ｃが形成されている。

図１８は、格子状凸部４３の一部を切り取って模式的に格子状凸部の構造を示す斜視図であり、図９に対応する図である。

図１８に示すように、格子状凸部４３は、断面形状が略半円形の複数の凸部４３ａ及び複数の凸部４３ｂを直交させることにより形成される。凸部を格子状に形成することにより、縦方向及び横方向のいずれの方向に対しても、光束制御部材４０の裏面１２に入射する光を散乱させることができる。

凸部４３ａの断面形状は、半円に近い形である。例えば、凸部４３ａの底面長さは０．５ｍｍ、底角は４５°、先端のＲは０．２ｍｍである。凸部４３ａの傾斜角度を４５°以上、又は４５°より小さくする形状でもよい。光束制御部材４０の裏面１２に入射する光を、適度に散乱させる目的からは凸部４３ａの傾斜角度は４５°以上であることが好ましい。

微細な凹凸面４３ｃは、凸部４３ａの表面に形成される７０μｍ程度の粗面である。微細な凹凸面４３ｃは、凸部４３ａを形成した金型をエッチング処理して荒らすことにより作製される。

このように、本実施の形態によれば、光束制御部材４０の裏面１２に格子状凸部４３を形成することにより、光束制御部材４０の裏面１２に入射する光を適度に散乱させることができ、かつ、凸部４３ａ及び凸部４３ｂの表面を微細な凹凸面４３ｃに形成することで、散乱性能を高め、より一層照度ムラを抑制することができる。

（実施の形態３）
〔光束制御部材の全体形状〕
上記実施の形態１、２では、光束制御部材４（４０）の裏面１２に格子状凸部１３（４３）を設けることにより、裏面１２に入射する光を散乱させる発明について説明した。

本発明者らは、さらに、格子状凸部１３の形状を工夫することにより、光拡散部材２で反射された光を再帰反射させること、および、その再帰反射される光の量を増大させることができるという効果も得られることを見出した。

実施の形態３では、再帰反射される光の量を増大させるための、格子状凸部１３の形状の発明について説明する。

図１９は、本実施の形態に係る発光装置の光束制御部材の断面図である。図１９（ａ）は光束制御部材の全体断面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）に示すＣ部の拡大図である。なお、図１９において、図７と共通する構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。

光束制御部材５０は、図４乃至図１１の光束制御部材４に代えて用いられる。

図１９（ａ）に示す光束制御部材５０は、図７（ａ）に示した光束制御部材４と比較して、格子状凸部５３の形状が、格子状凸部１３の形状と異なる。

格子状凸部５３は、光束制御部材５０の裏面１２に、光束制御部材５０本体と共に、ＰＭＭＡ，ＰＣ，ＥＰ等の透明樹脂材料を用いて、金型から転写されて一体形成される。

図１９（ｂ）に示すように、格子状凸部５３は、光束制御部材５０の裏面１２から外方に向かって突出した複数の線条の凸部５３ａを、それらの稜線が平行となるように並べ、これらと直交する複数の線条の凸部５３ｂをそれらの稜線が平行となるように並べることにより形成される。そして、隣り合う凸部５３ａと凸部５３ａ、凸部５３ｂと凸部５３ｂとの間に四角錐の凹部が形成される。線条の延在方向に直交する凸部５３ａ、凸部５３ｂの断面形状は二等辺三角形である。

なお、格子状凸部５３は、光束制御部材５０の裏面１２の中心から外周面に向かって所定領域に設けられていればよく、光束制御部材５０の裏面１２の全面に形成されてもよい。

〔格子状凸部５３の凸部５３ａと再帰反射光の説明〕
光束制御部材５０の光制御出射面１１から出射した光の一部は、光拡散部材２（図５参照）を透過せず、光拡散部材２で反射される。光拡散部材２で反射された光の一部は、光制御出射面１１に入射される。

図１９に示したように、格子状凸部５３の凸部５３ａの断面形状を二等辺三角形に形成することにより、光制御出射面１１に入射された光は、凸部５３ａで再帰反射され、光制御出射面１１から再び出射される。

図２０及び図２１は、光拡散部材２で反射されて光制御出射面１１に入射された光が、凸部５３ａで再帰反射される様子を説明する図である。図２０は、底面（基準面）と角錐面とのなす角度である傾斜角θが４５°の場合を示し、図２１は、傾斜角θが５５°の場合を示す。なお、図２０（ｂ）は図２０（ａ）のＣ部の拡大図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）のＣ部の拡大図である。

図２０に示すように、θ＝４５°の場合、光制御出射面１１に、基準面に垂直な方向から入射された光５４の一部は、１つの凸部５３ａ内で全反射して再び光制御出射面１１から出射される。

一方、図２１に示すように、θ＝５５°の場合、光制御出射面１１に、基準面に垂直な方向から入射された光５４の一部は、複数の凸部５３ａの間を反射や屈折しながら通過して再び光制御出射面１１から出射される。

１つの凸部５３ａ内で全反射した光の方が、複数の凸部５３ａの間を反射や屈折しながら通過して出射された光よりも明るい。すなわち、再帰反射される光の量が多いことになる。

ただし、θ＝４５°の場合に、基準面に垂直な方向以外の方向から入射された光の中には、複数の凸部５３ａの間を反射や屈折しながら通過して出射されるものもある。したがって、θ＝４５°の場合に再帰反射される光の量が最も多いとは一概には言えない。

〔シミュレーション結果〕
そこで、本発明者らは、本実施の形態の効果を検証するために、傾斜角θと再帰反射される光の量との関係についてシミュレーションを行った。図２２は、このシミュレーション結果を示す図である。

図２２の横軸は傾斜角θを示す。また、図２２の縦軸は、基板１８の表面１８ａ（受光面）に届く光量の、傾斜角が０°（裏面１２が平面）の場合に対する割合である。

すなわち、図２２の縦軸の値が小さいほど、再帰反射される光の量が多いことになる。図２２に示すように、シミュレーションによって、傾斜角θが略５５°のときに、再帰反射される光の量が最多となることが判明した。

〔バリエーション〕
なお、上記図１０に示したように、裏面１２に入射される光の量は、発光素子３に近いほど多くなる。

そこで、図２３に示すように、裏面１２の中心から所定距離の領域５５内に、主に光の散乱を目的とする加工（シボ加工等）を行い、裏面１２の他の領域５６に、主に再帰反射を目的とする加工（格子状凸部５３を設ける加工）を行っても良い。このように、発光素子３からの光が入射しやすい凹み１４の周縁近傍の領域５５（内側領域）に光散乱部を形成し、裏面１２上における凹み１４から離れた領域であって発光素子３からの光が届きにくい領域５６（外側領域）に再帰反射部を形成することにより、光散乱と再帰反射の２つの機能を効果的に発揮させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、光束制御部材５０の裏面１２に、断面形状が二等辺三角形の凸部５３ａ、凸部５３ｂにより格子状凸部５３を形成することにより、光拡散部材２で反射された光を再帰反射させて光拡散部材２に再び照射することで有効利用することができるので、表示面での輝度の低下量を少なくすることができる。

なお、表示面での輝度の低下量を少なくするために、表示装置の基板１８の表面１８ａ上に反射シートを設置する場合がある。本実施の形態によれば、光束制御部材５０で再帰反射させた光が光拡散部材２を透過して表示面（被照射面）に照射されるので、基板１８の、発光装置５の下の部分には反射シートを設置しなくても表示面の輝度ムラを抑制することができ、高品位な照明品質を得ることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、光束制御部材の裏面に複数の凹部を格子状に形成する場合について説明する。

図２４は、本実施の形態に係る発光装置の光束制御部材の断面図である。図２４（ａ）は光束制御部材の全体断面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）に示すＣ部の拡大図である。なお、図２４において、図１９と共通する構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。

光束制御部材６０は、図１９乃至図２３の光束制御部材５０に代えて用いられる。

図２４（ａ）に示す光束制御部材６０は、図１９（ａ）に示した光束制御部材５０と比較して、格子状凸部５３の代わりに、格子状凹部６３が形成される点が異なる。光束制御部材５０の凸部５３ａの代わりに凹部６３ａを、凸部５３ｂの代わりに凹部６３ｂを形成する。

格子状凹部６３は、光束制御部材６０の裏面１２に、複数の凹条の凹部６３ａを、それらの稜線が平行となるように並べ、これらと直交する複数の凹条の凹部６３ｂをそれらの稜線が平行となるように並べることにより形成される。そして、隣り合う凹部６３ａと凹部６３ａ、凹部６３ｂと凹部６３ｂとの間に四角錐の凸部６３ｃが形成される。

光束制御部材６０の裏面１２から外方に向かって突出した複数の四角錐の凸部６３ｃは、光束制御部材６０本体と共に、ＰＭＭＡ，ＰＣ，ＥＰ等の透明樹脂材料を用いて、金型から転写されて一体形成される。

なお、格子状凹部６３は、光束制御部材６０の裏面１２の中心から外周面に向かって所定領域に設けられていればよく、光束制御部材６０の裏面１２の全面に形成されてもよい。

本実施の形態によっても、発光素子から光束制御部材の裏面に入射される光を散乱させることができる。

（実施の形態５）
上記各実施の形態では、光束制御部材の裏面に複数の凹部あるいは複数の凸部を正方格子状に形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、複数の凹部あるいは複数の凸部を三方格子状や六方格子状に形成してもよい。

実施の形態５では、光束制御部材の裏面に複数の凹部あるいは複数の凸部を三方格子状や六方格子状に形成する場合について説明する。

〔バリエーション１〕
本実施の形態のバリエーション１は、光束制御部材の裏面に複数の凸部を三方格子状に形成する場合である。図２５は、本実施の形態に係る発光装置のバリーション１の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凹部の構造を模式的に示す図である。図２５（ａ）は斜視図、図２５（ｂ）は底面図、図２５（ｃ）は側面図である。

図２５に示すように、格子状凸部７３は、光束制御部材の裏面から外方に向かって突出した複数の線条の凸部７３ａを並べ、複数の凸部７３ｂを凸部７３ａに対して６０°を為すように並べ、凸部７３ｃを凸部７３ａ及び凸部７３ｂに対して６０°を為すように並べることにより形成される。そして、凸部７３ａ、凸部７３ｂ及び凸部７３ｃに囲まれた部分には三角錐の凹部が形成される。線条の延在方向に直交する凸部７３ａ、凸部７３ｂ、凸部７３ｃの断面形状は二等辺三角形である。

〔バリエーション２〕
本実施の形態のバリエーション２は、光束制御部材の裏面に複数の凹部を三方格子状に形成する場合である。図２６は、本実施の形態に係る発光装置のバリーション２の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凹部の構造を模式的に示す図である。図２６（ａ）は斜視図、図２６（ｂ）は底面図、図２６（ｃ）は側面図である。

図２６に示すように、格子状凹部８３は、光束制御部材の裏面から外方に向かって突出した複数の三角錐の凸部８３ｄが形成される。この三角錐の凸部８３ｄは、複数の線条の凹部８３ａと複数の凹部８３ｂと複数の凹部８３ｃとが６０°で交わるように形成された三方格子において、凹部８３ａ、凹部８３ｂ及び凹部８３ｃに囲まれた部分に形成される。

〔バリエーション３〕
本実施の形態のバリエーション３は、光束制御部材の裏面に複数の凸部を六方格子状に形成する場合である。図２７は、本実施の形態に係る発光装置のバリーション３の光束制御部材の裏面の一部を切り取って格子状凹部の構造を模式的に示す底面図である。

図２７に示すように、格子状凸部９３は、光束制御部材の裏面に、六角形の稜線（図２７の太線凸部９３ａ）を六方格子状に並べることによって形成される。そして、六角形の凸部９３ａに囲まれた六角錐の凹部が形成される。

〔バリエーション４〕
本実施の形態のバリエーション４は、光束制御部材の裏面に複数の凹部を六方格子状に形成する場合である。バリエーション４の光束制御部材は、前述のバリエーション３における六角形の凸部９３ａに変えて、六角形の溝（図２７の太線凹部１０３ａ）が形成される。

格子状凹部１０３は、光束制御部材の裏面に、六角形の溝（凹部）１０３ａを、六方格子状に並べることにより形成される。そして、六角形の凹部１０３ａに囲まれた六角錐の凸部が形成される。

本実施の形態の各バリエーションにおいても、発光素子から光束制御部材の裏面に入射される光を散乱させることができる。

なお、実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３および実施の形態５におけるバリエーション１のように、製品（光束制御部材）において線条を形成する場合には、金型の加工が容易である。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。

例えば、光拡散部材は、被照明部材の発光素子側の面に取り付けてもよいし、また、被照明部材とは別に分離した状態で、被照明部材の発光素子に対向する面側に配置するようにしてもよい。

また、光束制御部材は、光制御出射面にシボ面を形成し、光制御出射面から出射する光を拡散させるようにしてもよい。

また、光束制御部材は、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。

また、上記各実施の形態では、発光装置、面光源装置、及び表示装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、平面光源、表示素子等であってもよい。

本発明に係る発光装置、面光源装置、及び表示装置は、テレビモニタやパーソナルコンピュータのモニタのバックライト、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。

１ 面光源装置
２ 光拡散部材
３ 発光素子
４、４０、５０、６０ 光束制御部材
５ 発光装置
６ 表示装置
７ 被照明部材
１１ 光制御出射面
１２ 裏面
１３、４３、５３、７３、９３ 格子状凸部
１３ａ，１３ｂ，４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、９３ａ 凸部
１４ 凹み
１５ 鍔部
１６ 脚
１８ 基板
４３ｃ 凹凸面
６３、８３、１０３ 格子状凹部
６３ａ、８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、１０３ａ 凹部
９３ａ 稜線

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板上に配列された、光を出射する発光素子と、
   前記基板上に配置された反射シートと、
   前記発光素子から出射された光の進行方向を制御する光制御出射面と、前記光制御出射面の反対側に位置する凹みと、前記凹みの開口縁部から径方向に延在する裏面と、を有する光束制御部材と、
   前記光束制御部材から出射された光を拡散・透過する光拡散部材と、
   を有し、
   前記裏面には、複数の線条の凸部を格子状に配置した格子状凸部、または、複数の線条の凹部を格子状に配置した格子状凹部が形成されており、
   前記線条の凸部または前記線条の凹部は、線条の延在方向に対して直交する断面形状が、三角形状、頂部にＲ面取を施した三角形状、または半円形状であり、
   前記裏面と対向する位置以外の前記基板の表面は、前記反射シートで覆われており、
   前記基板および前記裏面は、前記反射シートを挟むことなく互いに対向している、
   面光源装置。
2. 前記発光素子は、点光源である、請求項１記載の面光源装置。
3. 前記格子は正方格子である、請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記格子は三角格子である、請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
5. 前記格子は六角格子である、請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
6. 前記格子状凸部または前記格子状凹部は、前記裏面と一体成形される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の面光源装置。
7. 前記線条の凸部は、線条間の溝部がＲ形状を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の面光源装置。
8. 前記線条の凸部または前記線条の凹部は、粗面加工されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の面光源装置。
9. 前記線条の凸部は、延在方向に対して直交する断面形状が三角形状であって、底辺と他の辺とのなす角度である傾斜角が略５５°である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の面光源装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の面光源装置と、
    前記面光源装置からの光が照射される被照明部材と、
    を有する、表示装置。

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