JP6345875B2 - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

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、面光源装置および表示装置に関する。

エッジライト方式の面光源装置の光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）を使用するものが知られている。このような面光源装置では、ＬＥＤから出射された光の配光を制御するために、ＬＥＤと棒状の光束制御部材を組み合わせた線状光源体を使用することがある（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１に記載の面光源素子（面光源装置）１０の構成を示す部分拡大平面図である。図１に示されるように、特許文献１に記載の面光源素子１０は、線状光源体２０と、板状の導光体（導光板）３０とを有する。線状光源体２０は、導光体３０の側面に対向するように配置される。線状光源体２０は、複数の発光素子２２と、複数の発光素子２２から出射された光を制御する透光性樹脂基板（光束制御部材）２４とを含む。透光性樹脂基板２４の導光体３０と対向する面には、複数の発光素子２２の光軸上に配置された複数の第１切り欠き部２６と、隣接する発光素子２２の光軸の間に配置された第２切り欠き部２８とがそれぞれ形成されている。導光体３０は、線状光源体２０から出射された光を導光する。導光体３０の線状光源体２０側の側面は、線状光源体２０側に凸の曲面と、線状光源体２０に対して凹の曲面とが連続して形成されており、全体として波形に形成されている。

特許文献１に記載の面光源素子１０では、第１切り欠き部２６および第２切り欠き部２８から光が出射される。すなわち、透光性樹脂基板２４は、複数の発光点を有する。このとき、発光素子２２から出射された光は、第１切り欠き部２６を透過して出射される直接光群Ｌａと、第２切り欠き部２８を透過して出射される間接光群Ｌｂとに分かれる。図１に示されるように、特許文献１に記載の面光源素子１０では、直接光群Ｌａと間接光群Ｌｂとの出射パターンが異なる。このため、特許文献１に記載の面光源素子１０では、導光体３０の側面の形状を波形に形成することで、導光体３０に入射する光の分布を均一にしている。そして、導光体３０に入射した光は、導光体３０の天面全体から均一に出射される。

特開２００９−２９５３３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の面光源素子１０では、前述したように、直接光群Ｌａと間接光群Ｌｂとの出射パターンが異なることから、導光体３０に対して均一に光を入射させるためには、導光体３０の側面の形状を特殊な形状にしなければならなかった。また、特許文献１に記載の面光源素子１０では、複数の発光素子２２の配列方向への光の配光は制御されるが、導光体３０の厚さ方向の配光は制御されておらず、発光素子２２から出射された光の利用効率が低いという問題があった。

そこで、本発明の目的は、複数の発光点を有する光束制御部材であって、導光板の形状を特殊な形状にする必要がない程度に各発光点から出射される光の出射パターンを同じにできるとともに、発光素子から出射された光の利用効率を向上させることができる光束制御部材を提供することである。また、本発明の目的は、こ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でもある。

本発明に係る光束制御部材は、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、前記発光素子から出射される光の光軸に沿う第１軸と交わり、前記発光素子に対向して配置される凹部の内面であって、前記凹部の内天面である第１入射面と、前記第１軸と直交する第２軸と交わり、前記第１軸を挟んで相対する位置に対向して配置された前記凹部の一部の内側面である一対の第２入射面と、前記第１軸および前記第２軸に直交する第３軸と交わり、前記凹部の他の一部の内側面である第３入射面とを含み、前記発光素子から出射された光を内部に入射させる入射面と、前記入射面を挟んで前記発光素子と反対側に配置され、前記第１入射面で入射した光の一部を前記第２軸の延在方向に反射させる一対の第１全反射面と、前記入射面および前記第１全反射面を挟んで相対する位置にそれぞれ配置され、主として前記第１全反射面で反射した光および前記第２入射面で入射した光を前記第２軸の延在方向に進行させる一対の第１導光部と、前記第２軸の延在方向において、前記第２入射面よりも前記第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、内部入射した光を前記光軸に対する角度が小さくなるように反射させる少なくとも一対の第２全反射面と、前記第２軸の延在方向において、前記第１全反射面よりも前記第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、前記第２全反射面で反射した光を外部に出射させる一対の第１出射面と、前記第３軸と交わるように配置され、前記第３入射面で入射した光の一部を、前記光軸に対する角度が小さくなるように反射させる第３全反射面と、前記一対の第１導光部の間に配置され、前記第３全反射面で反射した光を、主として前記第１軸の延在方向に進行させる第２導光部と、前記一対の第１出射面の間に配置され、前記第３全反射面で反射し、前記第２導光部を進行した光を外部に出射させる第２出射面と、を有する。

また、本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記第１入射面が前記発光素子と対向するように配置された本発明に係る光束制御部材と、を有する。

また、本発明に係る面光源装置は、本発明に係る発光装置と、前記発光装置からの光を導光させつつ出射させる導光板と、を有する。

また、本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、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、複数の発光点を有する光束制御部材であって、導光板の形状を特殊な形状にする必要がない程度に各発光点から出射される光の出射パターンを同じにできるとともに、発光素子から出射された光の利用効率を向上させることができる光束制御部材を提供できる。したがって、本発明によれば、単純な形状の導光板と組み合わせて光の利用効率が高い面光源装置および表示装置を提供できる。

図１は、特許文献１に記載の面光源素子の構成を示す部分拡大平面図である。 図２Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す図である。 図３は、図２Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図である。 図４Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の斜視図である。 図５Ａ〜Ｄは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図６Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の断面図である。 図７Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材における光路図である。 図８Ａは、シミュレーションを説明するための図であり、図８Ｂは、比較例に係る光束制御部材の正面図である。 図９Ａ、Ｂは、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１０Ａ〜Ｃは、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１１Ａ〜Ｄは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１２Ａ、Ｂは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材の断面図である。 図１３Ａ、Ｂは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材における光路図である。 図１４は、実施の形態２に係る面光源装置の部分拡大断面図である。 図１５Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の斜視図である。 図１６Ａ〜Ｄ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１７Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の断面図である。 図１８Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材における光路図である。

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。また、このような面光源装置は、液晶パネルなどの表示部材（被照射部材）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］
（面光源装置の構成）
図２Ａ、Ｂおよび図３は、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２Ａは、面光源装置１００の平面図であり、図２Ｂは、面光源装置１００の正面図である。図３は、図２Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図２Ａ、Ｂおよび図３に示されるように、面光源装置１００は、筐体１１０、基板１２０、発光装置１３０、導光板１５０、反射板１６０および光拡散部材１７０を有する。

筐体１１０は、その内部に基板１２０、発光装置１３０、導光板１５０および反射板１６０を収容するための、１つの面の少なくとも一部が開放した直方体状の箱である。筐体１１０は、天板と、天板に対向する底板と、天板および底板を繋ぐ４つの側板とから構成される。天板には、発光領域となる長方形状の開口部が形成されている。この開口部は、光拡散部材１７０により塞がれる。開口部の大きさは、光拡散部材１７０に形成される発光領域（発光面）の大きさに相当し、例えば４００ｍｍ×７００ｍｍ（３２インチ）である。底板と、光拡散部材１７０とは、平行に配置されている。底板の表面から光拡散部材１７０までの高さ（空間厚さ）は、特に限定されないが、１０〜２５ｍｍ程度である。筐体１１０は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂や、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属などから構成される。

基板１２０は、発光装置１３０を筐体１１０内に所定の間隔で配置するための矩形状の平板である。基板１２０は、筐体１１０の側板上に配置されている。基板１２０上に配置される発光装置１３０の数は、特に限定されない。基板１２０は、複数の発光装置１３０を固定してもよいし、１つの発光装置１３０を固定してもよい。本実施の形態では、基板１２０は、１０個の発光装置１３０を固定している。また、基板１２０の数も特に限定されない。基板１２０は、短辺または長辺のそれぞれ一対の側板のうち一方の側板に１つ配置されていてもよいし、対向する一対の側板にそれぞれ配置されていてもよいし、すべての側板にそれぞれ配置されていてもよい。本実施の形態では、基板１２０は、１つの側板に配置されている。

発光装置１３０は、発光素子１３１と、光束制御部材１３２とを有する。発光装置１３０は、発光素子１３１から出射される光の光軸が基板１２０の表面に対する法線と平行になるように基板１２０上に配置されている。

発光素子１３１は、面光源装置１００（および発光装置１３０）の光源である。発光素子１３１は、基板１２０上に配置されている。発光素子１３１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。

光束制御部材１３２は、発光素子１３１から出射された光の配光を制御する。より具体的には、光束制御部材１３２は、１つの発光素子１３１から出射された光を多点化するように光の配光を制御する。光束制御部材１３２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１３２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。本発明の特徴の一つは、光束制御部材１３２の形状であるため、光束制御部材１３２の詳細は後述する。

導光板１５０は、光束制御部材１３２から出射された光を導光しつつ、表面および／または裏面から出射する。導光板１５０の平面視形状は、光拡散部材１７０とほぼ同じである。また、光束制御部材１３２から出射された光の利用効率を高める観点から、導光板１５０の厚みは、後述するＹ軸方向における第１入射面１４２の長さよりも厚いことが好ましい。導光板１５０の表面から出射された光は、光拡散部材１７０に向かって進行する。一方、導光板１５０の裏面から出射した光は、反射板１６０に到達する。導光板１５０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。導光板１５０の材料は、光束制御部材１３２と同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。

反射板１６０は、筐体１１０の底板上に配置されている。反射板１６０は、導光板１５０の裏面から出射した光を反射させて、導光板１５０を介して光拡散部材１７０に向かわせる。

光拡散部材１７０は、筐体１１０の開口部を塞ぐように配置されている。光拡散部材１７０は、光拡散性を有する板状の部材であり、導光板１５０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１７０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１７０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。光拡散部材１７０には、光拡散性を付与するため、光拡散部材１７０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１７０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、１つの発光素子１３１から出射された光は、対応する光束制御部材１３２によって分割される。その結果、１つの光束制御部材１３２の複数（５つ）の発光点から、光が出射される。発光装置１３０の各発光点から出射された光は、導光板１５０の側面（入射面）で導光板１５０内に入射する。このとき、発光装置１３０の各発光点はほぼ等間隔であり、かつ各発光点から出射された光の光量および出射パターンも類似している。したがって、導光板１５０の入射面の形状が平面であっても、導光板１５０内にはほぼ均一に光が入射する。導光板１５０に入射した光は、導光板１５０内を進行しながら、表面および／または裏面から徐々に出射される。導光板１５０の裏面から出射した光は、反射板１６０によって導光板１５０の裏面に向かって反射され、導光板１５０を透過して光拡散部材１７０に向かう。導光板１５０の表面から出射された光も、光拡散部材１７０に向かう。光拡散部材１７０に到達した光は、光拡散部材１７０で拡散されつつ光拡散部材１７０を透過する。

（光束制御部材の構成）
図４Ａ、Ｂ、図５Ａ〜Ｄおよび図６Ａ、Ｂは、光束制御部材１３２の構成を示す図である。図４Ａは、光束制御部材１３２を導光板１５０側から見た場合の斜視図であり、図４Ｂは、光束制御部材１３２を発光素子１３１側から見た場合の斜視図である。図５Ａは、光束制御部材１３２の平面図であり、図５Ｂは、底面図であり、図５Ｃは、正面図であり、図５Ｄは、左側面図である。図６Ａは、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図６Ｂは、図５Ｃに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。

図４Ａ、Ｂ、図５Ａ〜Ｄおよび図６Ａ、Ｂに示されるように、光束制御部材１３２は、入射面１３３と、一対の第１全反射面１３４と、一対の第１導光部１３５と、二対の第２全反射面１３６と、一対の第１出射面１３８と、２つの第３全反射面１３９と、二対の第２導光部１４０と、一対の第２出射面１４１とを有する。なお、光束制御部材１３２は、光束制御部材１３２を基板１２０に固定するための脚部（図示省略）を有していてもよい。また、以下の説明では、図４Ａに示されるように、発光素子１３１の光軸ＯＡに沿う軸を第１軸（Ｚ軸）とし、第１軸に直交する軸を第２軸（Ｘ軸）とし、第１軸および第２軸に直交する軸を第３軸（Ｙ軸）として説明する。第２軸（Ｘ軸）は、複数の発光素子１３１の配列方向と一致する。第３軸（Ｙ軸）は、筐体１１０の深さ方向と一致する。また、第１軸、第２軸および第３軸の交点は、凹部１４５の内部に位置している。さらに、発光素子１３１の発光面の中心は、当該交点と同じ位置であってもよいし、当該交点より基板１２０側に位置していてもよい。なお、本実施の形態では、当該交点は、発光素子１３１の発光面の中心と一致する。

入射面１３３は、発光素子１３１から出射された光を光束制御部材１３２の内部に入射させる。入射面１３３は、発光素子１３１側に開口した凹部１４５の内面である。凹部１４５は、第１軸（発光素子１３１の光軸ＯＡ）と交わり、発光素子１３１に対向して配置される。本実施の形態では、凹部１４５の形状は、底面が開口した略直方体である。入射面１３３は、第１入射面１４２と、第２入射面１４３と、第３入射面１４４と、を含む。

第１入射面１４２は、第１軸と交わる凹部１４５の内天面である。第１入射面１４２は、発光素子１３１から出射された光のうち、発光素子１３１の光軸ＯＡ（第１軸、Ｚ軸）に対する出射角度が小さい光を入射させる。第１入射面１４２の形状は、発光素子１３１の発光面の大きさや配光特性および導光板１５０に求められる発光面の品位などに応じて設計される。第１入射面１４２の形状は、例えば、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、稜線が第３軸（Ｙ軸）の延在方向に沿った凸条であってもよいし、谷線が第３軸の延在方向に沿った凹条であってもよい。本実施の形態では、第１入射面１４２の形状は、平面である。

第２入射面１４３は、第１軸と直交する第２軸（Ｘ軸）と交わり、第１軸を挟んで相対する位置に対向して配置された凹部１４５の一対の内側面である。第２入射面１４３は、発光素子１３１から出射された光のうち、ＸＹ平面を平面視したときに、第２軸方向に出射された光をそれぞれ入射させる。第２入射面１４３の形状は、発光素子１３１の発光面の大きさや配光特性および導光板１５０に求められる発光面の品位などに応じて設計される。第２入射面１４３の形状は、例えば、それぞれ平面であってもよいし、稜線が第１軸方向（Ｚ軸）に延在した凸条であってもよいし、谷線が第１軸方向に延在した凹条であってもよい。本実施の形態では、第２入射面１４３の形状は、平面である。

第３入射面１４４は、第１軸および第２軸に直交する第３軸（Ｙ軸）と交わり、第１軸を挟んで相対する位置に対向して配置された凹部１４５の２つの内側面である。第３入射面１４４は、発光素子１３１から出射された光のうち、ＸＹ平面を平面視したときに、第３軸方向に出射された光を入射させる。第３入射面１４４の形状は、発光素子１３１の発光面サイズや配光特性および導光板１５０に求められる発光面品位等に応じて設計される。第３入射面１４４の形状は、例えば、平面であってもよいし、稜線が第１軸方向（Ｚ軸）に延在した凸条であってもよいし、谷線が第１軸方向に延在した凹条であってもよい。本実施の形態では、第３入射面１４４の形状は、平面である。

なお、入射面１３３に対する発光素子１３１の位置を変化させることにより、第１入射面１４２、第２入射面１４３および第３入射面１４４に入射する光の光量を制御できる。具体的には、例えば第１入射面１４２と発光素子１３１との間隔を狭くすることによって、発光素子１３１から出射された光のうち、第１入射面１４２で入射する光の光量を増加させることができる。また、例えば第１入射面１４２と発光素子１３１との間隔を広くすることによって、発光素子１３１から出射された光のうち、第２入射面１４３および第３入射面１４４で入射する光の光量を増加させることができる。しかしながら、発光素子１３１の発光面を凹部１４５の外に配置すると光束制御部材１３２への入射効率が低下するため、導光板１５０上の明るさも低下する。したがって、発光素子１３１から放出される熱や光束制御部材１３２の基板１２０への固定などの観点から、発光素子１３１の発光面を凹部１４５の外に配置せざるを得ない場合には、必要以上に入射効率を低下させないように考慮する。その他、第１入射面１４２のＸ軸方向に沿う辺の長さを調整することによって、第１入射面１４２、第２入射面１４３および第３入射面１４４に入射する光の光量を制御できる。

第１全反射面１３４は、入射面１３３を挟んで発光素子１３１と反対側（導光板１５０側）に配置されている。第１全反射面１３４は、第１入射面１４２で入射した光の少なくとも一部を第２軸の延在方向に反射させる。すなわち、第１全反射面１３４は、到達した光を一対の第１導光部１３５に向けて反射させる。第１全反射面１３４は、ＸＺ平面で切断した断面において、第１軸を境界として、中心から両端部に向かうにつれて、基板１２０からの高さが高くなるように形成されている。より具体的には、第１全反射面１３４は、ＸＺ平面で切断した断面において、中心から端部に向かうにつれて、接線の傾きが徐々に小さくなるようにそれぞれ形成されている。

第１導光部１３５は、入射面１３３および第１全反射面１３４を挟んで相対する位置にそれぞれ配置されている。第１導光部１３５は、入射面１３３で入射した光（第１全反射面１３４で反射した光および第２入射面１４３で入射した光）の一部を、第２軸の延在方向に進行させる。第１導光部１３５の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第１導光部１３５の形状は、ロッド状である。第１導光部１３５の導光板１５０側の面は、第２全反射面１３６で反射した光を外部に出射する第１出射面１３８として機能する。なお、第１出射面１３８に光拡散処理（例えば、粗面化処理）が施されていてもよい。また、第１導光部１３５の発光素子１３１側（基板１２０側）の外面の一部は、第２全反射面１３６および第３全反射面１３９として機能する。

第２全反射面１３６は、第２軸の延在方向において、第２入射面１４３よりも第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置されている。第２全反射面１３６の数は、偶数個（複数対）であれば特に限定されない。本実施の形態では、第２全反射面１３６の数は二対（４つ）である。本実施の形態では、第２全反射面１３６は、一対の内側第２全反射面１３６ａと、一対の外側第２全反射面１３６ｂとを含む。内側第２全反射面１３６ａは、第２軸の延在方向において、第２入射面１４３よりも第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、主として第２入射面１４３で入射し、第１全反射面１３４で反射せずに第１導光部１３５を進行した光の一部を、光軸に対する角度が小さくなるように第１出射面１３８に向けて反射させる。また、外側第２全反射面１３６ｂは、第２軸の延在方向において、内側第２全反射面１３６ａよりも第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、主として少なくとも第１全反射面１３４で反射し、第１導光部１３５を進行した光の一部を、光軸に対する角度が小さくなるように第１出射面１３８に向けて反射させる。内側第２全反射面１３６ａおよび外側第２全反射面１３６ｂは、ＸＺ平面で切断した断面において、中心から端部に向かうにつれて、基板１２０からの高さが高くなるようにそれぞれ形成されている。より具体的には、内側第２全反射面１３６ａおよび外側第２全反射面１３６ｂは、ＸＺ平面で切断した断面において、中心から端部に向かうにつれて、接線の傾きが徐々に大きくなるようにそれぞれ形成されている。

第１出射面１３８は、第２軸の延在方向において、第１全反射面１３４よりも第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置されている。第１出射面１３８は、第２全反射面１３６で反射した光を外部に出射させる。第１出射面１３８は、第１導光部１３５における導光板１５０側の外面である。第１出射面１３８の形状は、特に限定されない。第１出射面１３８の形状は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第１出射面１３８は、平面である。

第３全反射面１３９は、第３軸と交わるように、第３入射面１４４よりも第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置されている。第３全反射面１３９は、第３入射面１４４で入射した光の一部を、光軸に対する角度が小さくなるように第２出射面１４１側に反射させる。第３全反射面１３９は、ＹＺ平面で切断した断面において、中心から端部に向かうにつれて、基板１２０からの高さが高くなるようにそれぞれ形成されている。より具体的には、第３全反射面１３９は、ＹＺ平面で切断した断面において、中心から端部に向かうにつれて、接線の傾きが徐々に大きくなるようにそれぞれ形成されている。

第２導光部１４０は、第２軸の延在方向において、一対の第１導光部１３５の間に配置されている。また、第２導光部１４０は、第３軸の延在方向において、入射面１３３および第１全反射面１３４を挟んで相対する位置にそれぞれ配置されている。第２導光部１４０は、主として第３入射面１４４で入射し、第３全反射面１３９で反射した光を、第１軸の延在方向に向けて進行させる。

第２出射面１４１は、一対の第１出射面１３８の間に配置されている。第２出射面１４１は、第３全反射面１３９で反射し、第２導光部１４０を進行した光を外部に出射させる。第２出射面１４１の形状は、特に限定されない。第２出射面１４１の形状は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。本実施の形態では、第２出射面１４１は、平面である。また、第２出射面１４１は、第１出射面１３８と同一平面となるように形成されていてもよいし、同一平面となるように形成されていなくてもよい。本実施の形態では、第２出射面１４１と第１出射面１３８とは、同一平面となるように形成されている。

次に、図７を参照して、発光素子１３１から出射された光の光束制御部材１３２における光路について説明する。図７Ａ、Ｂは、発光素子１３１から出射された光の光束制御部材１３２における光路図である。図７Ａは、光束制御部材１３２のＸＺ平面で切断した断面における光路を示しており、図７Ｂは、光束制御部材１３２のＹＺ平面で切断した断面における光路を示している。なお、図７Ａ、Ｂでは、光束制御部材１３２における光路を示すために、光束制御部材１３２のハッチングを省略している。

図７Ａに示されるように、発光素子１３１から出射され、第１入射面１４２で入射した光のうち、一部の光は、第１全反射面１３４で反射して、第１導光部１３５を第２軸の延在方向に向かって進行する。第１全反射面１３４で反射した光のうち、一部の光は、外側第２全反射面１３６ｂに到達する。外側第２全反射面１３６ｂに到達した光は、外側第２全反射面１３６ｂで内部反射して、第１出射面１３８に向かって第１導光部１３５を進行する。外側第２全反射面１３６ｂで反射した光は、第１出射面１３８から外部に出射される。このとき、第１出射面１３８において光が出射された位置は、発光点のようになる。

また、発光素子１３１から出射され、第２入射面１４３で入射した光のうち、一部の光は、内側第２全反射面１３６ａに到達する。内側第２全反射面１３６ａに到達した光は、内側第２全反射面１３６ａで内部反射して、第１出射面１３８に向かって第１導光部１３５を進行する。内側第２全反射面１３６ａで反射した光は、第１出射面１３８から外部に出射される。このとき、第１出射面１３８において光が出射された位置は、発光点のようになる。

さらに、図７Ｂに示されるように、発光素子１３１から出射され、第３入射面１４４で入射した光のうち、一部の光は、第３全反射面１３９に到達する。第３全反射面１３９に到達した光は、第３全反射面１３９で内部反射して、第２出射面１４１に向かって第２導光部１４０を進行する。第３全反射面１３９で反射した光は、第２出射面１４１から外部に出射される。このとき、第２出射面１４１において光が出射された位置は、発光点のようになる。

（シミュレーション）
次いで、導光板１５０上の輝度分布および照度分布についてシミュレーションした。また、比較のため、比較例に係る光束制御部材Ａを用いた場合の導光板１５０上の輝度分布および照度分布についてもシミュレーションした。図８Ａは、本シミュレーションを説明するための図であり、図８Ｂは、比較例に係る光束制御部材Ａの正面図である。図８Ａに示されるように、本シミュレーションでは、導光板１５０における短辺側の側面に１つの発光装置（発光素子１３１と、本実施の形態に係る光束制御部材１３２または比較例に係る光束制御部材Ａとの組み合わせ）を配置した。導光板１５０の短辺の長さと、発光装置（光束制御部材１３２、Ａ）のＸ軸方向の長さは、同じとした。また、導光板１５０の厚みと、発光装置（光束制御部材１３２、Ａ）のＹ軸方向の長さも、同じとした。なお、図８Ｂに示されるように、比較例に係る光束制御部材Ａは、第３全反射面１３９、第２導光部１４０および第２出射面１４１を有しない点のみにおいて、本実施の形態に係る光束制御部材１３２と異なる。

図９は、導光板１５０表面の輝度分布のシミュレーション結果である。図９Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材１３２を用いた場合の導光板１５０表面の輝度分布であり、図９Ｂは、比較例に係る光束制御部材Ａを用いた場合の導光板１５０表面の輝度分布である。図９Ａおよび図９Ｂの横軸は、光束制御部材１３２、ＡのＸ軸方向に沿う方向における導光板１５０の中心からの距離（ｍｍ）を示しており、縦軸は、光束制御部材１３２、ＡのＺ軸方向に沿う方向における、導光板１５０の中心からの距離（ｍｍ）を示している。また、図９Ａおよび図９Ｂにおいて、薄い灰色の領域は、輝度が高いことを示しており、濃い灰色の領域は、輝度が低いことを示している。

図１０は、導光板１５０表面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１０Ａは、図８Ａに示される破線ａに沿った照度分布を示すグラフであり、図１０Ｂは、図８Ａに示される破線ｂに沿った照度分布を示すグラフであり、図１０Ｃは、図８Ａに示される破線ｃに沿った照度分布を示すグラフである。図１０Ａ〜Ｃの実線は、本実施の形態に係る光束制御部材１３２を用いた場合の結果を示しており、破線は、比較例に係る光束制御部材Ａを用いた場合の結果を示している。

図９および図１０に示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材１３２を用いた場合では、１つの発光素子１３１および１つの光束制御部材１３２のみを使用しているが、導光板１５０表面における輝度ムラおよび照度ムラが少なかった。一方、比較例に係る光束制御部材Ａを使用した場合では、導光板１５０において輝度ムラおよび照度ムラが生じていた。

また、図９Ａ、Ｂに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材１３２を用いた場合は、比較例に係る光束制御部材Ａを用いた場合と比較して、全体として導光板１５０表面における輝度が高くなっており、特に比較例における発光装置の光軸に沿う位置の暗部が大きく改善されていることが分かる。これは、本実施の形態に係る光束制御部材１３２は、第３全反射面１３９、第２導光部１４０および第２出射面１４１により、発光素子１３１からＹ軸方向に出射された光も導光板１５０に入射するように構成されているためだと考えられる。また、本実施の形態に係る光束制御部材１３２では、比較例に係る光束制御部材Ａにおいて第１導光部１３５に導かれる光の一部が、一対の第１全反射面１３４間に形成された第２導光部１４０に導かれ第２出射面１４１から出射される。よって、本実施の形態に係る光束制御部材１３２では、比較例に係る光束制御部材Ａと比較して、導光板１５０の入射面（光束制御部材１３２を配置する側面）におけるＸ軸方向の中央部からの入射光が増加し、発光装置の光軸に沿う位置の暗部が解消されると考えられる。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材１３２では、１つの発光素子１３１から出射された光を複数の光に分裂させて複数の発光点から出射させるとともに、導光板１５０の形状を特殊な形状にする必要がない程度に各発光点から出射される光の光量および出射パターンを同じにすることができる。また、本実施の形態に係る光束制御部材１３２は、発光素子１３１からＹ軸方向に出射される光も導光板１５０に入射させるように制御するため、発光素子１３１から出射された光の利用効率を向上させることができる。

［変形例］
（光束制御部材の構成）
図１１Ａ〜Ｄおよび図１２Ａ、Ｂは、本実施の形態の変形例に係る光束制御部材１３２’の構成を示す図である。図１１Ａは、光束制御部材１３２’の平面図であり、図１１Ｂは、底面図であり、図１１Ｃは、正面図であり、図１１Ｄは、左側面図である。図１２Ａは、図１１Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図１２Ｂは、図１１Ｃに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。

図１１Ａ〜Ｄおよび図１２Ａ、Ｂ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１３２’は、入射面１３３と、一対の第１全反射面１３４と、一対の第１導光部１３５と、二対の第２全反射面１３６と、一対の第１出射面１３８と、２つの第３全反射面１３９と、二対の第２導光部１４０と、一対の第２出射面１４１と、二対の嵌合部１８０とを有する。

二対の嵌合部１８０は、導光板１５０を支持する。このように嵌合部１８０を設けることで、光束制御部材１３２’と導光板１５０との位置ずれを防止することが可能となり、導光板１５０の位置ずれに起因する導光板１５０への光の入射効率の低下を抑制することができる。嵌合部１８０の構成は、前述の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、一対の嵌合部１８０は、Ｙ軸方向（短軸方向）において、一方の第１出射面１３８を挟むように配置された２つの板状部である。また、嵌合部１８０は、第１軸を中心として、Ｘ軸方向（長軸方向）において、第１全反射面１３４より離れた位置に配置されている。嵌合部１８０のＸ軸方向における位置は、特に限定されないが、発光素子１３１から出射され、光束制御部材１３２’で制御される光の光路上に位置しないことが好ましい。

次に、図１３を参照して、発光素子１３１から出射された光の光束制御部材１３２’における光路について説明する。図１３Ａ、Ｂは、発光素子１３１から出射された光の光束制御部材１３２’における光路図である。図１３Ａは、光束制御部材１３２’のＸＺ平面で切断した断面における光路を示しており、図１３’Ｂは、光束制御部材１３２’のＹＺ平面で切断した断面における光路を示している。なお、図１３Ａ、Ｂでは、光束制御部材１３２’における光路を示すために、光束制御部材１３２’のハッチングを省略している。

図１３Ａ、Ｂに示されるように、変形例に係る光束制御部材１３２’における発光素子１３１から出射された光の経路は、実施の形態１に係る光束制御部材１３２と同様に制御される。図１３Ａ、Ｂに示されるように、変形例に係る光束制御部材１３２’では、嵌合部１８０は、光束制御部材１３２’で制御される光に影響がない位置、すなわち光が反射したり出射したりしない位置に配置されている。

［実施の形態２］
（面光源装置および光束制御部材の構成）
実施の形態２に係る面光源装置は、筐体内に収容される発光素子１３１、光束制御部材２３２の構成が実施の形態１に係る面光源装置１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る面光源装置１００と同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１４は、実施の形態２に係る面光源装置の筐体内の構成を模式的に示した部分拡大断面図である。図１４に示されるように、筐体内には、基板１２０と、光束制御部材２３２と、発光素子１３１と、導光板１５０と、反射板１６０と、導光板支持部材２７０と、が収容されている。

基板１２０は、筐体の底板上に配置されている。基板１２０上には、発光素子１３１と、光束制御部材２３２とが配置されている。発光素子１３１は、その光軸が基板１２０の表面に沿うように配置されている。光束制御部材２３２は、実施の形態１に係る光束制御部材１３２をその中心軸を通るＸＺ平面で切断した後の一方の形状であり、その中心軸が基板１２０の表面に位置するように配置されている。導光板１５０は、導光板支持部材２７０上に配置されている。なお、導光板１５０は、筐体の底板上に配置されていてもよい。この場合、筐体の底板には、導光板１５０を所定の高さに配置するための凸部が形成される。

図１５Ａ、Ｂ、図１６Ａ〜Ｄおよび図１７Ａ、Ｂは、光束制御部材２３２の構成を示す図である。図１５Ａは、光束制御部材２３２を導光板１５０側から見た場合の斜視図であり、図１５Ｂは、光束制御部材２３２を発光素子１３１側から見た場合の斜視図である。図１６Ａは、光束制御部材２３２の平面図であり、図１６Ｂは、底面図であり、図１６Ｃは、正面図であり、図１６Ｄは、左側面図である。図１７Ａは、光束制御部材２３２の長軸方向の断面図であり、図１７Ｂは、図１６Ｃに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。

実施の形態２に係る光束制御部材２３２は、入射面２３３と、第１全反射面２３４と、第１導光部２３５と、第２全反射面２３６と、第１出射面２３８と、１つの第３全反射面１３９と、１つの第２導光部１４０および１つの第２出射面１４１を有する。

入射面２３３は、第１入射面２４２と、第２入射面２４３と、第３入射面２４４とを有する。第１入射面２４２は、実施の形態１における第１入射面１４２をＸＺ平面で切断した後の一方の形状である。第２入射面２４３は、実施の形態１における第２入射面１４３をＸＺ平面で切断した後の一方の形状である。第３入射面２４４は、第３軸と交わり、一対の第２入射面１４３を繋いだ凹部２４５の１つの内側面である。第１導光部２３５は、実施の形態１における第１導光部１３５をＸＺ平面で切断した後の一方の形状である。第２全反射面２３６は、実施の形態１における第２全反射面１３６をＸＺ平面で切断した後の一方の形状である。また、第２全反射面２３６は、内側第２全反射面２３６ａおよび外側第２全反射面２３６ｂを含む。

第３全反射面１３９は、第３軸と交わり、第３入射面２４４で入射した光を、光軸ＯＡに近づくように反射させるために１つ配置されている。第２導光部１４０は、１つの第３全反射面１３９で反射した光を第１軸の延在方向に進行するために１つ配置されている。第２出射面１４１は、１つの第２導光部１４０で進行した光の一部を外部に出射させるために１つ配置されている。

次に、図１８を参照して、発光素子１３１から出射された光の光束制御部材２３２における光路について説明する。図１８Ａ、Ｂは、発光素子１３１から出射された光の光束制御部材２３２における光路図である。図１８Ａは、光束制御部材２３２のＸＺ平面で切断した断面における光路を示しており、図１８Ｂは、光束制御部材２３２のＹＺ平面で切断した断面における光路を示している。なお、図１８Ａ、Ｂでは、光路を示すために、光束制御部材２３２のハッチングを省略している。また、実施の形態２に係る光束制御部材２３２のＸＺ平面で切断した断面における光路は、実施の形態１に係る光束制御部材１３２における光路と同じであるため、光束制御部材２３２のＹＺ断面における光路のみについて説明する。

図１８Ｂに示されるように、発光素子１３１から出射され、第３入射面２４４で入射した光のうち、一部の光は、第３全反射面１３９に到達する。第３全反射面１３９に到達した光は、第３全反射面１３９で内部反射して、第２出射面１４１に向かって第２導光部１４０を進行する。第３全反射面１３９で反射した光は、第２出射面１４１から外部に出射される。このとき、第２出射面１４１において光が出射された位置は、発光点のようになる。なお、発光素子１３１から基板１２０に向かって出射した光は、基板１２０で反射して再度光束制御部材２３２に入射する。

（効果）
以上のように、実施の形態２に係る面光源装置は、実施の形態１に係る面光源装置１００と同様の効果を有する。

なお、実施の形態１、２では、第２全反射面１３６、２３６は、二対有していたが、一対であってもよい。

本出願は、２０１５年５月７日出願の特願２０１５−０９４８２０に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。

本発明の面光源装置は、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できる。

１０ 面光源素子
２０ 線状光源体
２２ 発光素子
２４ 透光性樹脂基板
２６ 第１切り欠き部
２８ 第２切り欠き部
３０ 導光体
Ｌａ 直接光群
Ｌｂ 間接光群
１００ 面光源装置
１１０ 筐体
１２０ 基板
１３０ 発光装置
１３１ 発光素子
１３２、１３２’ ２３２ 光束制御部材
１３３、２３３ 入射面
１３４、２３４ 第１全反射面
１３５、２３５ 第１導光部
１３６、２３６ 第２全反射面
１３６ａ、２３６ａ 内側第２全反射面
１３６ｂ ２３６ｂ 外側第２全反射面
１３８、２３８ 第１出射面
１３９ 第３全反射面
１４０ 第２導光部
１４１ 第２出射面
１４２、２４２ 第１入射面
１４３、２４３ 第２入射面
１４４、２４４ 第３入射面
１４５、２４５ 凹部
１５０ 導光板
１６０ 反射板
１７０ 光拡散部材
１８０ 嵌合部
２７０ 導光板支持部材

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、
   前記発光素子から出射される光の光軸に沿う第１軸と交わり、前記発光素子に対向して配置される凹部の内面であって、前記凹部の内天面である第１入射面と、前記第１軸と直交する第２軸と交わり、前記第１軸を挟んで相対する位置に対向して配置された前記凹部の一部の内側面である一対の第２入射面と、前記第１軸および前記第２軸に直交する第３軸と交わり、前記凹部の他の一部の内側面である第３入射面とを含み、前記発光素子から出射された光を内部に入射させる入射面と、
   前記入射面を挟んで前記発光素子と反対側に配置され、前記第１入射面で入射した光の一部を前記第２軸の延在方向に反射させる一対の第１全反射面と、
   前記入射面および前記第１全反射面を挟んで相対する位置にそれぞれ配置され、主として前記第１全反射面で反射した光および前記第２入射面で入射した光を前記第２軸の延在方向に進行させる一対の第１導光部と、
   前記第２軸の延在方向において、前記第２入射面よりも前記第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、内部入射した光を前記光軸に対する角度が小さくなるように反射させる少なくとも一対の第２全反射面と、
   前記第２軸の延在方向において、前記第１全反射面よりも前記第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、前記第２全反射面で反射した光を外部に出射させる一対の第１出射面と、
   前記第３軸と交わるように配置され、前記第３入射面で入射した光の一部を、前記光軸に対する角度が小さくなるように反射させる第３全反射面と、
   前記一対の第１導光部の間に配置され、前記第３全反射面で反射した光を、主として前記第１軸の延在方向に進行させる第２導光部と、
   前記一対の第１出射面の間に配置され、前記第３全反射面で反射し、前記第２導光部を進行した光を外部に出射させる第２出射面と、
   を有する、光束制御部材。
2. 前記第２全反射面は、
   前記第２軸の延在方向において、前記第２入射面よりも前記第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、主として前記第２入射面で入射し、前記第１全反射面で反射せずに前記第１導光部を進行した光の一部を、前記光軸に対する角度が小さくなるように反射させる少なくとも一対の内側第２全反射面と、
   前記第２軸の延在方向において、前記内側第２全反射面よりも前記第１軸から更に離れた位置にそれぞれ配置され、主として少なくとも前記第１全反射面で反射し、前記第１導光部を進行した光の一部を、前記光軸に対する角度が小さくなるように反射させる一対の外側第２全反射面と、を有する、
   請求項１に記載の光束制御部材。
3. 前記第３入射面は、前記第３軸と交わり、前記第１軸を挟んで相対する位置に対向してそれぞれ配置された前記凹部の一対の内側面であり、
   前記第３全反射面は、前記第３軸と交わり、前記第１軸および前記第３入射面を挟んで相対する位置に対向して２つ配置されており、
   第２導光部は、一対の前記第３全反射面で反射した光をそれぞれ前記第１軸の延在方向に進行させるように、一対の前記第１全反射面を挟んで２つ配置されており、
   前記第２出射面は、一対の前記第２導光部で進行した光の一部をそれぞれ外部に出射させるように２つ配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。
4. 前記第３入射面は、前記第３軸と交わり、前記一対の第２入射面を繋いだ前記凹部の１つの内側面であり、
   前記第３全反射面は、前記第３軸と交わるように１つ配置されており、
   前記第２導光部は、前記１つの第３全反射面で反射した光を前記第１軸の延在方向に進行させるように１つ配置されており、
   前記第２出射面は、１つの前記第２導光部で進行した光の一部を外部に出射させるように１つ配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の光束制御部材。
5. 発光素子と、
   前記第１入射面が前記発光素子と対向するように配置された請求項１〜４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。
6. 請求項５に記載の発光装置と、
   前記発光装置からの光を導光させつつ出射させる導光板と、
   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。