JP6785397B2 - 面状照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状照明装置に関する。

従来、液晶表示装置の表示パネルを背面側から照明する面状照明装置がある。面状照明装置は、エッジライト型と、直下型とに大別される。また、面状照明装置においては、各光源の光量をそれぞれ制御することによって、発光面の領域毎に輝度を調整することが可能である、いわゆるローカルディミング（エリア発光）対応の面状照明装置が知られている。

また、ローカルディミング（エリア発光）対応の直下型の面状照明装置において、光源から出射した光を拡散するレンズを備え、光源からの光を広げて出射させることで、領域毎の輝度を均一化することができる。

特開２００８−１４０６５３号公報

しかしながら、近年の直下型の面状照明装置では基板に配置する光源の数が増加しており、光源の増加に伴って各光源の直上にそれぞれ配置されるレンズと光源との間で位置ずれが生じることで、発光面の輝度が不均一となるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光面の輝度の均一化を可能にすることができる面状照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る面状照明装置は、複数の光源が配置される基板と、複数の光源と対向する入射面と、前記入射面の裏面である出射面とを有し、前記入射面において、円形の底面から先端に向かって先細りとなる部位を有する複数の光学素子が千鳥配列で配置される、上面視形状において前記基板と略同一形状であり、前記基板に配置された前記複数の光源を一体的に覆うレンズとを備える。

本発明の一態様によれば、発光面の輝度の均一化を可能にすることができる。

図１は、実施形態に係る面状照明装置の外観の一例を示す上面図である。 図２Ａは、実施形態に係る面状照明装置の分解斜視図である。 図２Ｂは、実施形態に係るレンズの斜視図である。 図３Ａは、実施形態に係る光源の配置例を示す上面図である。 図３Ｂは、実施形態に係る光源の他の配置例を示す上面図である。 図４は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面模式図である。 図５は、拡散板、レンズおよび光源の位置関係の説明図である。 図６は、実施形態に係る円錐形状の光学素子の形状を示す説明図である。 図７Ａは、実施形態に係る円錐形状の光学素子の配置例を示す上面図である。 図７Ｂは、実施形態に係る円錐形状の光学素子の他の配置例を示す上面図である。 図８は、実施形態に係るレンズにおいて出射面での輝度分布が六角形状になることを説明する説明図である。 図９は、実施形態の変形例１に係る面状照明装置の断面模式図である。 図１０は、実施形態の変形例２に係る光学シートの配置を示す説明図である。 図１１は、実施形態に係る円錐形状の光学素子の有無による輝度分布の比較結果を示す図（その１）である。 図１２は、実施形態に係る円錐形状の光学素子の有無による輝度分布の比較結果を示す図（その２）である。 図１３は、光学素子の角度違いによる輝度分布の比較結果を示す図である。 図１４は、光学素子の直径違いによる輝度分布の比較結果を示す図である。 図１５は、実施形態に係るレンズの位置ずれによる輝度分布の比較結果を示す図である。 図１６は、実施形態に係るドットの有無による輝度分布の比較結果を示す図である。 図１７Ａは、変形例に係るレンズの上面図である。 図１７Ｂは、図１４ＡにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。 図１８Ａは、変形例に係る光学素子の先端形状を示す図である。 図１８Ｂは、変形例に係る光学素子の先端形状を示す図である。 図１８Ｃは、変形例に係る光学素子の先端形状を示す図である。 図１８Ｄは、変形例に係る光学素子の先端形状を示す図である。 図１９は、変形例に係る面状照明装置の断面図である。 図２０Ａは、変形例に係る光学シートの構成を示す図である。 図２０Ｂは、変形例に係る光学シートの構成を示す図である。 図２０Ｃは、変形例に係る光学シートの構成を示す図である。 図２１は、変形例に係る光学シートを備える場合の配光特性を示す図である。 図２２Ａは、変形例に係るレンズの側面図である。 図２２Ｂは、変形例に係る光学素子の拡大図である。

以下、実施形態に係る面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

まず、図１、図２Ａおよび図２Ｂを用いて、実施形態に係る面状照明装置の概要について説明する。図１は、実施形態に係る面状照明装置の外観の一例を示す上面図である。図２Ａは、実施形態に係る面状照明装置の分解斜視図である。図２Ｂは、実施形態に係るレンズの斜視図である。

本実施形態に係る面状照明装置１は、直下型の面状照明装置であり、各種液晶表示装置のバックライトとして用いられる。かかる液晶表示装置は、例えば、車両の電子スピードメータであるが、これに限定されない。

なお、図１、図２Ａおよび図２Ｂにおいては、説明の便宜のため、面状照明装置１の上フレーム１１側を正方向とするＺ軸、面状照明装置１の幅方向（長手方向）をＸ軸、面状照明装置１の高さ方向（短手方向）をＹ軸とする３次元の直交座標系を示している。かかる直交座標系は、以下の説明で用いる他の図面においても示す場合がある。

図１に示すように、実施形態に係る面状照明装置１は、上フレーム１１で囲まれた出射領域から光を出射する。また、同図に示したコネクタＣには、電源配線や信号配線等が接続される。すなわち、実施形態に係る面状照明装置１には、コネクタＣを介して電源や信号が供給される。

また、図２Ａに示すように、実施形態に係る面状照明装置１は、下フレーム１２と、基板２と、反射板３と、レンズ（レンズシート）４と、スペーサ５と、拡散板６と、第１シート７１および第２シート７２を含む光学シート７０と、上フレーム１１とを備える。

ここで、図３Ａを用いて光源２０の配置について説明しておく。図３Ａは、実施形態に係る光源２０の配置例を示す上面図である。図３Ａに示すように、複数の光源２０は、基板２に千鳥配列（六方格子状に配列）で配置される。この例では、一つの光源２０が６個の光源２０に囲まれるようにして所定の間隔を空けて配置される。

なお、図３Ａは、便宜上、基板２の一部を示している。光源２０は、点状の光源であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いている。光源２０として、例えば、パッケージタイプのＬＥＤや、チップタイプのＬＥＤを用いることができるが、これに限定されない。光源２０としてチップタイプのＬＥＤを用いる場合は、例えば蛍光体シートなどの波長変換部材と組み合わせてもよい。

なお、図３Ａに示す例では、複数の光源２０を千鳥配列で配置しているが、これに限られず、図３Ｂに示すように、複数の光源２０の配列は、矩形配列（マトリクス配列または格子配列）であってもよい。図３Ｂは、実施形態に係る光源２０の他の配置例を示す上面図である。なお、本実施形態に係る面状照明装置１では、各光源２０に対応する発光領域ごとに輝度を調整する、いわゆるローカルディミング（エリア発光）を行うことができる。

ところで、一般の直下型の面状照明装置において、上記のようにして複数の光源を基板に配置するとともに、各光源の直上にレンズをそれぞれ配置した場合、光源とレンズとのアライメントを取ることが困難になることがある。例えば、基板に多数の光源を配置した場合、光源とレンズとのアライメントを取ることが難しくなる。

そこで、本実施形態に係る面状照明装置１では、複数の光源が配置された基板２に対して、図２Ｂに示すように、光源２０と対向する入射面４１ａに光源２０のピッチよりも小さいピッチで配置された複数の円錐形状の光学素子４０を有するレンズ４で一体的に覆った。

このように、複数の光源２０が配置された基板２に対して、光源２０と対向する入射面４１ａに光源２０のピッチよりも小さいピッチで配置された複数の円錐形状の光学素子４０を有するレンズ４で一体的に覆うことで、基板２に光源２０を多数配置した場合でもアライメントをすることなく、発光面の輝度の均一化を可能にする。

以下、本実施形態に係る発光面の輝度の均一化を可能にすることができる面状照明装置１について、図４〜図８を用いてさらに具体的に説明する。

図４は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面模式図である。具体的には、図４は、実施形態に係る面状照明装置１の内部構成を示す断面模式図である。図４に示すように、実施形態に係る面状照明装置１は、フレーム１０と、基板２と、光源２０と、反射板３と、レンズ４と、スペーサ５と、拡散板６と、光学シート７０とを備える。

フレーム１０は、剛性が大きい、例えば、ステンレス製の板金フレームであり、面状照明装置１の各部材を収容する。また、フレーム１０は、例えば、上フレーム１１と、下フレーム１２とを備える。

上フレーム１１は、下フレーム１２の上面側に配置される。上フレーム１１は、中央部に開口部が形成された矩形状の天板１１ａと、天板１１ａの周縁から下フレーム１２の外側面に沿って延伸する側壁１１ｂとを有する。下フレーム１２は、矩形状の底部１２ａと、底部１２ａの周縁から上フレーム１１の内側面に沿って延伸する側壁１２ｂとを有する。

基板２は、例えば、エポキシ樹脂またはＰＩ（ポリイミド）からなり、複数の光源２０が実装される（図３参照）。光源２０は、光軸がレンズ４と略垂直となるように、基板２上に配置される。

反射板３は、基板２上に配置され、基板２に実装される各光源２０に対応する位置に光源２０が配置される孔が形成される。反射板３は、例えば、白色の樹脂等で形成される。なお、反射板３は、レンズ４で反射板３側に反射した光をレンズ４に向けて再度反射させる。これにより、出射効率を向上させることが可能である。

レンズ４は、光源２０から出射した光の配光制御を行う。具体的には、光源２０から出射した光が、レンズ４で屈折し広がって出射される。レンズ４は、本実施形態では、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、シリコーン等の材料からなる板状の部材で、基板２に配置された複数の光源２０を一体的に覆う。

また、レンズ４は、基板２に実装された複数の光源２０と対向する入射面４１ａと、かかる入射面４１ａの裏面である出射面４１ｂと、入射面４１ａに千鳥配列で配置され、光源２０に向かって突出する複数の円錐形状の光学素子４０とを有する。

スペーサ５は、レンズ４と拡散板６との間に配置され、レンズ４と拡散板６との間隔を一定に保持する。スペーサ５の材質は特に限定されないが、例えば、白色の樹脂で成形し、レンズ４から出射する光を反射する機能を持たせてもよい。スペーサ５は、面状照明装置１の長手方向（Ｘ軸）に沿って拡散板６を下面側から押圧し、かかる長手方向に沿ってレンズ４を上面側から押圧する。なお、スペーサ５は、面状照明装置１の短手方向（Ｙ軸）については、必ずしもレンズ４と拡散板６との間隔を保持しなくてもよい。

拡散板６は、例えば、樹脂等の材料で構成され、レンズ４から出射された光源２０の光を拡散する機能を有する。すなわち、レンズ４から出射した光は、拡散板６によって拡散され、光学シート７０へ導かれる。

ここで、図５を用いて、拡散板６、レンズ４および光源２０の位置関係について説明する。図５は、拡散板６、レンズ４および光源２０の位置関係の説明図である。

図５に示すように、レンズ４は、拡散板６および光源２０の間に配置される。また、レンズ４および光源２０は、離間して配置される。また、レンズ４および拡散板６は、離間して配置される。つまり、レンズ４は、拡散板６および光源２０それぞれと離間して配置される。

また、レンズ４は、光源２０と拡散板６との距離を所定の値に設定した状態で、光学素子４０から光源２０までの距離Ｇａよりも、光学素子４０から拡散板６までの距離Ｇｂのほうが長くなる位置に配置される。具体的には、光源２０の上面２０ａからレンズ４の入射面４１ａ（光学素子４０）までの距離Ｇａよりも、レンズ４の入射面４１ａ（光学素子４０）から拡散板６の入射面６ａまでの距離Ｇｂが長い。

このように、光源２０の上面２０ａからレンズ４の入射面４１ａまでの距離Ｇａを短くすることで、入射面４１ａから拡散板６の入射面６ａまでの距離Ｇｂを長くとることができる。これにより、レンズ４から拡散板６までの光路長を長くできるため、レンズ４から屈折して出射した光がより広がって拡散板６に入射される。このように、レンズ４を、光源２０と拡散板６との距離を所定の値に設定した状態で、距離Ｇａよりも距離Ｇｂのほうが長くなる位置に配置することで、レンズ４の光を広げる作用効果が有効に発揮され輝度の均一化を図ることができる。あるいは、光源２０の配列ピッチを広げ、光源２０の灯数の低減化を図ることも可能となる。

なお、図５では、レンズ４の入射面４１ａ、すなわち、光学素子４０の底面４３ａ（図６参照）を基準にして距離Ｇａおよび距離Ｇｂを算出したが、光学素子４０の先端を基準にして距離Ｇａおよび距離Ｇｂを算出してもよい。

光学シート７０は、拡散板６から出射された光に対して均一化や配光制御などの光学的な調整を行って、光学的な調整が行われた光を出射する。図２Ａおよび図４に示す例では、光学シート７０が、第１シート７１と、第２シート７２との２枚のシートを含む場合について例示している。

例えば、第１シート７１は、プリズムシート（例えば、３Ｍ社製のBrightness Enhancement Film）であり、第２シート７２は反射型偏光シート（例えば、３Ｍ社製のDual Brightness Enhancement Film）であるが、面状照明装置１に求められる発光態様によって任意に変更することが可能である。また、光学シート７０は、例えば、接着剤や両面テープ等の接着部材によって拡散板６の出射面に固定される。

なお、上フレーム１１の天板１１ａと光学シート７０との間に、例えば、ゴムやスポンジ等の弾性を有する弾性部材を設けてもよい。かかる弾性部材は、上フレーム１１の天板１１ａ側から光学シート７０を介して拡散板６を押圧する。これにより、面状照明装置１に振動が生じた場合、かかる振動を弾性部材が吸収する。

次に、図６を用いて本実施形態に係る円錐形状の光学素子４０の構成について説明する。図６は、実施形態に係る円錐形状の光学素子４０の形状を示す説明図である。また、図６には、光学素子４０の大きさを比較するために、光源２０の上面視形状を示している。

光学素子４０は、本実施形態では、例えば、円錐形状のプリズムである。具体的には、光学素子４０は円錐形状の底面４３ａと円錐形状の傾斜面４３ｂ（底面４３ａと交差する傾斜面の一例）とを有し、底面４３ａからＺ軸負方向側である先端に向かって先細りとなる部位を有する。換言すれば、光学素子４０は、底面４３ａと略平行な断面の面積が先端に向かうほど小さくなる部位を有する。また、図６に示すように、光学素子４０は、円錐形状の底面４３ａと円錐形状の傾斜面４３ｂとの間の角度αが、例えば、４４°以上５８°以下となっている。あるいは、光学素子４０は、円錐形状の底面４３ａと円錐形状の傾斜面４３ｂとの間の角度αが、例えば、４４°以上５５°以下であることが好ましい。より好ましくは、光学素子４０は、発光面の輝度の均一性を向上させるため、円錐形状の底面４３ａと円錐形状の傾斜面４３ｂとの間の角度αが、例えば、５０°であることが好ましい。

また、光学素子４０は、円錐形状の底面４３ａの直径Ｄが、例えば、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下で、円錐形状の高さＨが、例えば、０．０５ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。より好ましくは、光学素子４０は、発光面の輝度の均一性を向上させるため、円錐形状の底面４３ａの直径Ｄが、例えば、０．２ｍｍで、円錐形状の高さＨが、例えば、０．１ｍｍであることが好ましい。

また、図６に示すように、光学素子４０の直径Ｄは、例えば矩形状である光源２０の対角同士の長さＤ２０よりも短い。具体的には、光学素子４０の直径Ｄは、光源２０の長さＤ２０の１／２以下であることが好ましい。言い換えれば、光学素子４０の直径Ｄは、上面視形状における光源２０の最大距離の１／２以下であることが好ましい。あるいは、光学素子４０の直径Ｄは、上面視形状における光源２０の最大距離の１／１０以下であることがより好ましい。つまり、光学素子４０は、光源２０よりも小さいため、光源２０と光学素子４０との位置ずれが発生した場合であっても、かかる位置ずれを実質的に無効化できるため、輝度の均一性が低下することを防止できる。なお、隣接する光学素子４０間にスペース（平坦部）が設けられる場合には、光学素子４０の直径Ｄを光学素子４０のピッチに置き換えることができる。

なお、光源２０の上面視形状は、矩形状に限定されるものではなく、例えば、円形や多角形等の他の形状であってもよい。例えば、円形の光源２０の場合、光学素子４０の直径Ｄは、光源２０の直径の１／２以下であることが好ましい。つまり、光学素子４０の直径Ｄは、上面視形状における光源２０の最大距離の１／２以下であることが好ましい。

なお、図６に示す光学素子４０の直径Ｄおよび高さＨは一例であって、複数の光学素子４０すべてが一様に同じ直径Ｄおよび高さＨでなくともよい。つまり、複数の光学素子４０は、それぞれの直径Ｄおよび高さＨが異なってもよく、一様に同じであってもよい。

なお、光学素子４０は、凸部に限定されるものではなく、凹部であってもよい。また、光学素子４０の先端形状は、錐状に限定されず円弧状等の任意の形状であってもよい。つまり、光学素子４０は、円形の底面４３ａから先端に向かって先細りとなる部位を有すれば任意の形状を採用可能である。また、光学素子４０は、正確な錐状でなくともよい。すなわち、錐状の光学素子４０は、例えば、製造誤差等により先端が多少の円弧状となった場合であっても、錐状とみなしもよい。

また、光学素子４０は、凸部および凹部が混在してもよい。つまり、光学素子４０は、光源２０へ向かって突出する凸部と、光源２０から離れる方向へ凹んだ凹部とが混在して形成されてもよい。

次に、図７Ａを用いて、本実施形態に係るレンズ４の入射面４１ａにおける円錐形状の光学素子４０の配置について説明する。図７Ａは、実施形態に係る円錐形状の光学素子４０の配置例を示す上面図である。なお、図７Ａは、便宜上、レンズ４の一部を示している。

図７Ａに示すように、多数の円錐形状の光学素子４０がレンズ４の入射面４１ａに千鳥配列（六方格子状に配列）で配置されている。つまり、図７Ａに示す例では、六方格子４２ａの向かい合う１組の２辺がレンズ４の長手方向に平行になるような光学素子４０の配列である。なお、図７Ａに示す配列に限られず、六方格子４２ａを９０度回転させた配列としてもよい。このように、六方格子４２ａの向きを９０°回転させることで、発光面の輝度分布を所定の方向に長くすることができる。

この点について、図７Ｂを用いて具体的に説明する。図７Ｂは、実施形態に係る円錐形状の光学素子４０の他の配置例を示す上面図である。なお、図７Ｂも、便宜上、レンズ４の一部を示している。図７Ｂに示す例では、六方格子４２ｂの向かい合う１組の２辺がレンズ４の短手方向に平行になるような光学素子４０の配列である。

なお、千鳥配列とは、六角形の各頂点および中心に光学素子４０が配置され、かかる六角形の配置が連続的に配列されることを示す。つまり、複数の円錐形状の光学素子４０は、レンズ４の入射面４１ａ内に六方状に配置される。この例では、一つの光学素子４０が６個の光学素子４０に囲まれ、且つ、その６個の光学素子４０と接するような六方最密配列で配置されるが、これに限定されず、例えば、隣接する光学素子４０間にスペース（平坦部）を設けて六方最密配列で配置されてもよい。

このように、本実施形態に係るレンズ４は、複数の光源２０と対向する入射面４１ａに複数の円錐形状の光学素子４０を千鳥配列で配置することで、各光源２０からの出射光の輝度分布を六角形状にすることが可能である。言い換えると、発光面において、各光源２０に対応する発光領域の形状を六角形状にすることが可能である。

これにより、本実施形態に係る面状照明装置１は、各光源２０からの出射光の輝度分布が六角形状（辺が直線状の多角形状）になるため、各発光領域同士の間隔が狭くなり、高密度なローカルディミング（エリア発光）が可能となる。また、隣接する光源２０を複数灯点灯する（輝度を上げる）際、あるいは光源２０を全灯点灯する（輝度を上げる）際に、各発光領域同士の間隔が狭くなるため、発光面の輝度が均一となる。従って、本実施形態に係る面状照明装置１は、発光面の輝度を均一化しつつ、ローカルディミング（エリア発光）時に、より精細にコントラストを制御することが可能となる。

次に、図８を用いて、光源２０と対向する入射面４１ａに複数の円錐形状の光学素子４０を千鳥配列で配置することで、出射面４１ｂでの輝度分布が六角形状になることについて説明する。図８は、実施形態に係るレンズ４において出射面４１ｂでの輝度分布が六角形状になることを説明する説明図である。具体的には、図８は、光源２０から出射される入射光の方位角０°〜３６０°の範囲における光学素子４０の拡散を示す。

図８に示すように、「０°−１８０°方向の軸」、「６０°−２４０°方向の軸」、および「１２０°−３００°方向の軸」においては、各軸に自身の中心が重なる光学素子４０の数がその他の軸よりも多い。

また、「３０°−２１０°方向の軸」、「９０°−２７０°方向の軸」、および「１５０°−３３０°方向の軸」においては、各軸に自身の中心が重なる光学素子４０の数が次に多い。

そして、「１５°−１９５°方向の軸」、「４５°−２２５°方向の軸」、「１３５°−３１５°方向の軸」、および「１６５°−３４５°方向の軸」においては、各軸に自身の中心が重なる光学素子４０の数がその他の軸よりも少ない。

これらのことから、光学素子４０の数が最大となる「０°−１８０°方向の軸」、「６０°−２４０°方向の軸」、および「１２０°−３００°方向の軸」、すなわち、６０°ずつずれたこれらの３つの軸上の輝度が最も大きくなる。また、これらの３つの軸と３０°ずつずれた３つの軸上の輝度が次に大きくなる。したがって、レンズ４において出射面４１ｂでの輝度分布が六角形状になる。

上述したように、本実施形態に係る面状照明装置１は、基板２と、レンズ４とを備える。基板２は、複数の光源２０が配置される。レンズ４は、複数の光源２０と対向する入射面４１ａにおいて、円形の底面４３ａから先端に向かって先細りとなる部位を有する複数の光学素子４０が千鳥配列で配置される。

このように、複数の光源２０を、微細な円錐形状の光学素子４０が光源２０のピッチよりも小さいピッチで配置されたレンズ４で一体的に覆ったことで、光源２０とレンズ４とのアライメントが不要となり、基板２に光源２０を多数配置した場合でもアライメントすることなく、発光面の輝度の均一化が可能となる。

また、本実施形態に係る面状照明装置１は、光源２０と対向する入射面４１ａに複数の円錐形状の光学素子４０を千鳥配列で配置するレンズ４を有することで、各光源２０からの出射光の輝度分布を六角形状にすることが可能である。言い換えると、発光面において、各光源２０に対応する発光領域の形状を六角形状にすることが可能である。

これにより、本実施形態に係る面状照明装置１は、各光源２０からの出射光の輝度分布が六角形状（辺が直線状の多角形状）になるため、各発光領域同士の間隔が狭くなり、高密度なローカルディミング（エリア発光）が可能となる。また、隣接する光源２０を複数灯点灯する（輝度を上げる）際、あるいは光源２０を全灯点灯する（輝度を上げる）際に、各発光領域同士の間隔が狭くなるため、発光面の輝度が均一となる。従って、本実施形態に係る面状照明装置１は、発光面の輝度を均一化しつつ、ローカルディミング（エリア発光）時に、より精細にコントラストを制御することが可能となる。

また、本実施形態に係る面状照明装置１は、レンズ４に複数配置される光学素子４０が、複数の光源２０に向かって突出する円錐形状のプリズムである。複数の光源２０からの出射光は、かかるプリズムの屈折作用によって広げられ、レンズ４の出射面４１ｂから出射される。これにより、光源２０の直上部が明るくなり過ぎることを防止し、ローカルディミング（エリア発光）の場合でも、光源２０を全灯点灯させる（輝度を上げる）場合でも、発光面の輝度の均一化を図ることができる。

また、本実施形態に係る面状照明装置１では、円錐形状の光学素子４０の角度αを４４°以上５８°以下とすることで、光源２０からの出射光が光学素子４０に当たっても全反射せずにレンズ４内に入射し、レンズ４から出射する光が外方へ拡散するため、発光面の輝度が均一となる。

＜変形例１＞
上述した実施形態では、レンズ４の入射面４１ａに千鳥配列で配置され、光源２０に向かって突出する複数の円錐形状の光学素子４０を有しているが、かかるレンズ４の出射面４１ｂに出射面４１ｂから突出する複数の拡散素子４４をさらに有してもよい。本実施形態では、拡散素子４４は、例えば、レンズ４の出射面４１ｂから突出するドットであるが、これに限定されない。

かかる形態について、図９を用いて説明する。図９は、実施形態の変形例１に係る面状照明装置１の断面模式図である。なお、図４に示す構成要素と同様の機能を有する構成要素については、図４に示す符号と同一の符号を付すことにより、詳しい説明を省略する。

図９に示すように、レンズ４の出射面４１ｂには、かかる出射面４１ｂから突出する複数の拡散素子４４（ドット）が均一に設けられる。

このように、本実施形態に係る面状照明装置１は、レンズ４の入射面４１ａに千鳥配列で配置され、光源２０に向かって突出する複数の円錐形状の光学素子４０を有し、レンズ４の出射面４１ｂに均一に設けられ、かかる出射面４１ｂから突出する複数の拡散素子４４を有する。

これにより、本実施形態に係る面状照明装置１は、複数の拡散素子４４によってレンズ４の出射面４１が粗面化することで、レンズ４の出射面４１に直接傷が入ることを防止することができる。

また、本実施形態に係る面状照明装置１は、複数の拡散素子４４による拡散効果で、光源２０の直上部の領域にも光が入り、発光面の輝度をより均一にすることが可能となる。

なお、図９では、拡散素子４４は、ドットである場合を示したが、拡散素子４４の構成はこれに限定されるものではなく、拡散素子４４に変えて、例えば、出射面４１ｂの表面が荒れた状態であってもよい。例えば、荒れた状態の出射面４１ｂは、サンドブラストにより削ることで形成されてもよく、あるいは、レンズ４の金型にシボ加工を施し、かかるシボ加工を出射面４１ｂに転写してもよい。

また、出射面４１ｂを荒れた状態にする場合に限らず、入射面４１ａを荒れた状態にしてもよい。入射面４１ａを荒れた状態にする場合、光学素子４０を含む入射面４１ａ全体を荒れた状態にしてもよく、あるいは、入射面４１ａのうち光学素子４０のみを荒れた状態にしてもよい。

＜変形例２＞
また、上述した実施形態の面状照明装置１では、光学シート７０が第１シート７１および第２シート７２を含み、第１シート７１がプリズムシートであり、第２シート７２が反射型偏光シートである場合について説明したが、これに限られない。

他の形態として、光学シート７０において第１シート７１がプリズムシートであり、第２シート７２がプリズムシートであってもよい。かかる場合、第１シート７１のプリズムシートと第２シート７２のプリズムシートとを直交配置することになる。

具体的に、図１０を用いて説明する。図１０は、実施形態の変形例２に係る光学シート７０の構成を示す説明図である。図１０に示すように、第１シート７１に形成される光学素子７１ａ（以下。第１プリズム７１ａと記載する）と第２シート７２に形成される光学素子７２ａ（以下、第２プリズム７２ａと記載する）とが９０°直交するように配置される。より具体的には、光学シート７０は、第１の方向である長手方向（Ｘ軸方向）に延在する複数の第１プリズム７１ａを有する第１シート７１および第１の方向に直交する第２の方向である短手方向（Ｙ軸方向）に延在する複数の第２プリズム７２ａを有する第２シート７２を含む。また、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａは、例えば断面視形状が三角形である。

このように、かかる形態の面状照明装置１では、第１シート７１に形成される第１プリズム７１ａと第２シート７２に形成される第２プリズム７２ａとが９０°直交するように配置されることにより、特定方向に光を集光することができるので、かかる第１シート７１および第２シート７２によって特定方向の配光を制御することができる。

なお、第１シート７１に形成される第１プリズム７１ａと第２シート７２に形成される第２プリズム７２ａとが９０°直交するように配置されることに限られず、上記のように特定方向の配光を制御することができるのであれば、第１シート７１に形成される第１プリズム７１ａと第２シート７２に形成される第２プリズム７２ａとが９０°以下の角度で交わって配置されていてもよい。

すなわち、第１プリズム７１ａと第２プリズム７２ａとは直交（９０°で交差）するように配置されることに限られず、必要とされる配光特性に応じて、任意の交差角度が設定されてよい。

なお、上述した実施形態に限らず、例えば、レンズ４は、分割されて構成されてもよい。かかる場合、複数の光源２０は、光源２０の直上部に複数のレンズ４間の隙間が位置しないように配置する。これにより、レンズ４の光学素子４０の屈折作用で、かかる隙間の直上へ光を導くことができるため、かかる隙間の領域の輝度が低下することを防止できる。すなわち、実施形態に係るレンズ４を用いることによって、レンズ４間の隙間が暗部になって見えることを防止できるため、輝度の均一性を向上させることができる。

次に、図１１および図１２を用いて実施形態に係る面状照明装置１の輝度分布を示すシミュレーション結果について説明する。図１１は実施形態に係る円錐形状の光学素子４０の有無による輝度分布の比較結果を示す図（その１）であり、図１２は実施形態に係る円錐形状のプリズムの有無による輝度分布の比較結果を示す図（その２）である。なお、図１１および図１２では、輝度を濃淡で示し、濃淡が濃いほど輝度が強い（明るい）ことを示す。

まず、図１１を用いて基板２に複数の光源２０が千鳥配列で配置されており、かかる光源２０を７灯点灯させた場合における輝度分布のシミュレーション結果について説明する。なお、以下で、光源２０と対向する入射面４１ａに複数の円錐形状の光学素子４０が配置されていないレンズを備えた面状照明装置のシミュレーション結果を比較のために示す。

図１１に示すように、円錐形状の光学素子４０が配置されていないレンズを備えた面状照明装置と、実施形態に係る面状照明装置１とで輝度分布を比較すると、面状照明装置１の方が、光源２０間の輝度分布が滑らかにつながってくっきりとした六角形状の輝度分布が得られたことが分かる。

つまり、実施形態に係る面状照明装置１では、光源２０からの出射光の輝度分布が六角形状になるので、発光面の輝度を均一化することができる。また、ローカルディミング（エリア発光）時に、より精細にコントラストを制御することも可能である。

次に、図１２を用いて基板２に複数の光源２０が矩形配列で配置されており、かかる光源２０を１灯点灯させた場合における輝度分布のシミュレーション結果について説明する。

図１２に示すように、円錐形状の光学素子４０が配置されていないレンズを備えた面状照明装置と実施形態に係る面状照明装置１とで輝度分布を比較すると、面状照明装置１の方では、外縁が直線状に近づき、全体として六角形状の輝度分布が得られたことが分かる。

つまり、光源２０と対向する入射面４１ａに複数の円錐形状の光学素子４０を千鳥配列で配置することで、光源２０からの出射光の輝度分布を六角形状にすることが可能であることが分かる。

次に、図１３を用いて、光学素子４０の角度αの違いによる輝度分布の違いについて説明する。図１３は、光学素子４０の角度αの違いによる輝度分布の比較結果を示す図である。図１３では、角度αが４０°から６２°までの角度範囲、詳しくは、４０°、４４°、５０°、５８°および６２°における輝度分布を示す。また、図１３では、矩形配列で配置された９つの光源２０すべてが点灯した場合（９灯点灯時）の輝度分布を示す。

図１３に示すように、角度αが４０°から６２°の角度範囲においては、５０°の場合が、最も輝度の均一性が高い。また、４４°および５８°の場合が次に輝度の均一性が高く、４０°および６２°の場合が最も輝度の均一性が低い。

つまり、光学素子４０は、角度αが５０°に近いほど輝度の均一性が高くなる。また、角度αが４４°から５８°の範囲であれば、光源２０から出射した光がレンズ４の光学素子４０に入射し、屈折され広がって出射するため、輝度ムラが顕在化しにくくなる。すなわち、光学素子４０の角度αは、４４°以上５８°以下が好ましく、より好ましくは５０°である。このような角度αの範囲で設計することで、輝度の均一化を図ることができる。

次に、図１４および図１５を用いて、光学素子４０の直径Ｄの違いによる輝度分布の違いについて説明する。図１４は、光学素子４０の直径Ｄの違いによる輝度分布の比較結果を示す図である。図１５は、実施形態に係るレンズ４の位置ずれによる輝度分布の比較結果を示す図である。また、図１４では、矩形配列で配置された９つの光源２０すべてが点灯した場合（９灯点灯時）の輝度分布を示す。また、図１５では、１つの光源２０が点灯した場合（１灯点灯時）の輝度分布を示す。

図１４および図１５では、光源２０（ＬＥＤ）の最大距離（対角同士の長さＤ２０）に対する光学素子４０の直径Ｄの比率を示している。例えば、「１／２」は、光学素子４０の直径Ｄが光源２０の長さＤ２０（図６参照）の１／２であることを示す。

図１４に示すように、「１／１０」の場合が最も輝度の均一性が高く、「１／２」および「４／５」の順に輝度の均一性が高い。つまり、光学素子４０の直径Ｄが短くなるほど、輝度の均一性が高くなる。また、「１／２」であれば、輝度ムラが顕在化しにくくなる。すなわち、光学素子４０の直径Ｄは、上面視形状における光源２０の最大距離の１／２以下であることが好ましく、より好ましくは１／１０以下である。このような光学素子４０の直径Ｄを設計することで、輝度の均一化を図ることができる。

また、図１５に示すように、例えば、光源２０に対してレンズ４が０．５ｍｍシフト（位置ずれ）した場合において、「４／５」では、輝度分布が位置ずれにより変化している。つまり、「４／５」は、光源２０とレンズ４との位置ずれにより見栄えが均一とならないことを示している。

一方、「１／２」および「１／１０」では、光源２０に対してレンズ４が０．５ｍｍシフトしても、輝度分布の変化が極めて小さい。さらに、「１／２」よりも「１／１０」の方が、輝度分布の変化がさらに小さい。すなわち、光学素子４０の直径Ｄは、上面視形状における光源２０の最大距離の１／２以下であることが好ましく、より好ましくは１／１０以下である。つまり、「１／２」および「１／１０」は、光源２０とレンズ４との位置ずれを実質的に無効化できるため、例えば振動やレンズ４の熱膨張（もしくは収縮）で光源２０とレンズ４とが位置ずれした場合であっても、輝度の均一化を図ることができる。

次に、図１６を用いて出射面４１ｂに拡散素子４４（ドット）を有するレンズ４を備えた面状照明装置１の輝度分布を示すシミュレーション結果について説明する。なお、以下では、出射面４１ｂに拡散素子４４を有さないレンズ４を備えた面状照明装置１のシミュレーション結果を比較のために示す。

図１６に示すように、出射面４１ｂに拡散素子４４を有さないレンズ４を備えた面状照明装置１と、出射面４１ｂに拡散素子４４を有するレンズ４を備えた面状照明装置１とで比較すると、出射面４１ｂに拡散素子４４を有するレンズ４を備えた面状照明装置１の方が、中心部の輝度が明るくなっていることが分かる。

つまり、レンズ４の出射面４１ｂに出射面４１ｂから突出する複数の拡散素子４４を設けることで、光源２０の直上部の領域にも光が入り、発光面の輝度をより均一にすることができることが分かる。

なお、上述した実施形態に係るレンズ４は、レンズ４を支持する脚部を有してもよい。図１７Ａおよび図１７Ｂを用いて、レンズ４の脚部について説明する。図１７Ａは、変形例に係るレンズ４の上面図である。図１７Ｂは、図１７ＡにおけるＢ−Ｂ線の断面図である。なお、図１７Ａでは、複数の光源２０が矩形配列の場合を示す。

図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、レンズ４は、入射面４１ａに基板２側に突出する脚部４００を有する。レンズ４は、脚部４００を介して基板２に支持される。これにより、レンズ４と光源２０との間の間隔を一定に保つことができる。また、レンズ４と光源２０との間の間隔を一定に保つことが容易になるため、生産性向上に資することもできる。さらに、脚部４００により、レンズ４と光源２０との間の間隔を一定に保つことで、輝度の均一化にも資することができる。なお、レンズ４は、脚部４００を介して基板２に固定されてもよい。

また、図１７Ａおよび図１７Ｂに示すように、脚部４００は、格子状（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に延在し、複数の光源２０を個別に囲む。これにより、隣接する光源２０の光が入りこむことを防止できるため、ローカルディミング時（エリア発光時）においてコントラストを向上させることができる。

なお、図１７Ａおよび図１７Ｂでは、レンズ４と脚部４００とが一体構成である場合を示したが、レンズ４と脚部４００とが別体構成であってもよい。あるいは、脚部４００は、基板２と一体構成であってもよい。

また、レンズ４と脚部４００とが一体構成の場合には、脚部４００の表面を荒れた状態にすることで、脚部４００に反射部としての機能を持たせてもよい。

また、図１７Ａでは、複数の光源２０が格子配列の場合を示したが、例えば、複数の光源２０が千鳥配列の場合、脚部４００は、千鳥配列状に延在することで、複数の光源２０を個別に囲む。

なお、上述した実施形態では、光学素子４０は、円錐状（先端が尖った形状）である場合を示したが、光学素子４０の先端は尖った形状でなくともよい。例えば、光学素子４０の先端形状が、図１８Ａ〜図１８Ｄに示すような形状であってもよい。

図１８Ａ〜図１８Ｄは、変形例に係る光学素子４０の先端形状を示す図である。

図１８Ａに示すように、例えば、光学素子４０の先端形状は、円弧状であってもよい。また、図１８Ｂに示すように、光学素子４０の先端形状は、平面形状であってもよい。かかる平面形状は、例えば、光学素子４０の底面４３ａと同じ円形であってもよく、円形以外の多角形であってもよい。

また、図１８Ｃに示すように、光学素子４０の先端形状は、凹んだ凹部であってもよい。また、図１８Ｄに示すように、光学素子４０は、傾斜面４３ｂが凹状の円弧形状であってもよい。なお、傾斜面４３ｂは、凸状の円弧形状であってもよい。

なお、図１８Ａ〜図１８Ｄに示した光学素子４０の先端形状以外にも任意の形状を採用可能である。つまり、光学素子４０は、底面４３ａから先端に向かって先細りとなる部位を有すれば、先端形状は任意の形状であってよい。

なお、上述した実施形態では、光学シート７０は、第１シート７１および第２シート７２により構成される場合を示したが、光学シート７０は、３枚のシートで構成されてもよい。かかる点について、図１９〜図２１を用いて説明する。

図１９は、変形例に係る面状照明装置１の断面図である。図２０Ａ〜図２０Ｃは、変形例に係る光学シート７０の構成を示す図である。図２１は、変形例に係る光学シート７０を備える場合の配光特性を示す図である。なお、図２１では、偏角が０°〜８０°の範囲で示された極座標系での出射光の輝度を示しており、濃淡が濃いほど輝度が強い（明るい）ことを示す。

図１９に示すように、光学シート７０は、例えば、３枚のシートにより構成される。具体的には、光学シート７０は、第１シート７１と、第２シート７２と、第３シート７３とを備える。第１シート７１および第２シート７２の構成は、上述した実施形態と同様であるため記載を省略する。

第３シート７３は、第２シート７２のＺ軸正方向側である光の出射方向側に配置されるシート状の部材であって、例えば、３Ｍ社製のＡＬＣＦ（Advanced Light Control Film）など、反射型偏光シートとルーバーフィルムが一体構成となった部材である。例えば、第３シート７３のルーバー７３ａは、光のカットオフが４５°以下であることが好ましい。また、第３シート７３は、第１シート７１および第２シート７２よりもレンズ４から遠い側に配置される。

また、第３シート７３は、ルーバーフィルムのルーバー７３ａ（光学素子）の延在方向（第３の方向）が第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａの延在方向により位置関係が規定される部材である。なお、第３シート７３の反射型偏光シートは、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａに関わりなく任意の延在方向であってよい。図２０Ａ〜図２０Ｃには、ルーバー７３ａ、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａの位置関係を示している。

図２０Ａに示す位置関係について説明する。図２０Ａに示す例では、第１プリズム７１ａは、Ｙ軸方向に延在し、第２プリズム７２ａは、Ｘ軸方向に延在し、ルーバー７３ａは、Ｘ軸方向に延在する。

つまり、ルーバー７３ａは、第１プリズム７１ａと略直交し、第２プリズム７２ａと略平行となる。これにより、図２１に示すように、配光特性を極座標系で３次元的に表した場合に、偏角が所定の角度（図２１では、略４５°）以上の出射光をカットすることができる。つまり、面状照明装置１の長手方向および短手方向への出射光の広がりを抑えることができる。従って、例えば、面状照明装置１を車載器へ適用した場合に、フロントガラスやサイド側の窓ガラスへの映り込みを抑えることができる。

また、例えば、図２０Ｂに示すように、第２プリズム７２ａをＸ軸方向から回転方向に所定角度だけ回転させてもよい。つまり、図２０Ｂに示すように、第２プリズム７２ａは、第１プリズム７１ａとは、回転角度分だけ略直交からずれる。また、第２プリズム７２ａは、ルーバー７３ａとは、回転角度分だけ略平行からずれる。回転角度は、例えば、±２０°以下であることが好ましい。このような構成であっても、上記の図２０Ａの位置関係と同様に、面状照明装置１の長手方向および短手方向への出射光の広がりを抑えることができる。従って、例えば、面状照明装置１を車載器へ適用した場合に、フロントガラスやサイド側の窓ガラスへの映り込みを抑えることができる。

また、例えば、図２０Ｃに示すように、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａは、互いに直交関係を維持しつつ、略４５°回転させてもよい。具体的には、第１プリズム７１ａは、Ｙ軸方向から回転方向（例えば、反時計回り）に略４５°だけ回転させる。また、第２プリズム７２ａは、Ｘ軸方向から回転方向（例えば、反時計回り）に略４５°だけ回転させる。また、ルーバー７３ａは、Ｘ軸方向に延在する。つまり、ルーバー７３ａは、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａに対して略４５°ずれて配置される。上記の図２０Ａおよび図２０Ｂの位置関係と同様に、面状照明装置１の長手方向および短手方向への出射光の広がりを抑えることができる。従って、例えば、面状照明装置１を車載器へ適用した場合に、フロントガラスやサイド側の窓ガラスへの映り込みを抑えることができる。

なお、図２０Ｃに示す例では、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａを略４５°回転させた場合を示したが、第１プリズム７１ａおよび第２プリズム７２ａの直交関係が維持されていれば、回転角度は、±６０°以下まで対応可能である。

また、図２０Ａ〜図２０Ｃでは、ルーバー７３ａは、Ｘ軸方向と略平行に延在する場合を示したが、ルーバー７３ａをＸ軸方向から回転方向に所定角度だけ回転させてもよい。かかる場合、ルーバー７３ａの回転角度は、±１０°以下であることが好ましい。

また、上記では、第３シート７３は、反射型偏光シートおよびルーバーフィルムが一体構成の場合について説明したが、第３シート７３は、反射型偏光シートおよびルーバーフィルムが別体で構成されてもよい。

なお、上述した実施形態では、レンズ４は、平面である場合を示したが、レンズ４は曲面であってもよい。かかる点について、図２２Ａおよび図２２Ｂを用いて説明する。図２２Ａは、変形例に係るレンズ４の側面図である。図２２Ｂは、変形例に係る光学素子４０の拡大図である。なお、図２２Ａおよび図２２Ｂでは、光学素子４０が凸状の円錐形状である場合について説明する。また、図２２Ｂでは、図２２Ａに示す破線で囲んだ領域の拡大図を示す。

図２２Ａに示すように、レンズ４は、Ｚ軸方向に曲がった曲面形状である。具体的には、レンズ４は、入射面４１ａが凸状であり、出射面４１ｂが凹状の曲面形状である。なお、曲面形状であるレンズ４のアール（Ｒ）は、光学素子４０の角度α（図６参照）が略４４°以上５８°以下となる範囲で設定可能である。

また、図２２Ｂに示すように、レンズ４が曲面形状である場合、光学素子４０は、側面視で非対称の円錐形状であることが好ましい。具体的には、光学素子４０は、Ｚ軸方向と平行である仮想的な垂直線ＶＬよりも内側（レンズ４の中央側）を向いた形状である。より具体的には、光学素子４０は、円錐の頂点が垂直線ＶＬよりも内側に位置する。換言すれば、光学素子４０は、垂直線ＶＬよりも内側を向いていることで、金型をＺ軸負方向へ向かって抜く場合に、金型に光学素子４０が引っ掛かることを防止できる。従って、レンズ４を曲面形状にした場合、光学素子４０を金型から抜く際の作業性を向上させることができる。

なお、図２２Ｂでは、レンズ４は、Ｚ軸負方向側に凸となる曲面形状を有したが、Ｚ軸正方向側に凸となる曲面形状であってもよい。かかる場合、光学素子４０は、垂直線ＶＬよりも外側（レンズ４の周端側）を向いた形状であることが好ましい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 面状照明装置、２ 基板、３ 反射板、４ レンズ、５ スペーサ、６ 拡散板、２０ 光源、４０ 光学素子、４１ａ 入射面、４１ｂ 出射面、７０ 光学シート、７１ 第１シート、７２ 第２シート、７３ 第３シート

Claims (11)

1. 複数の光源が配置される基板と、
   前記複数の光源と対向する入射面と、前記入射面の裏面である出射面とを有し、前記入射面において、円形の底面から先端に向かって先細りとなる部位を有する複数の光学素子が千鳥配列で配置される、上面視形状において前記基板と略同一形状であり、前記基板に配置された前記複数の光源を一体的に覆うレンズと
   を備える面状照明装置。
2. 前記光学素子は、
   前記底面の直径が上面視形状における前記光源の最大距離の１／２以下である
   請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記光学素子は、
   前記底面と前記底面に対して交差する傾斜面との間の角度が４４°以上５８°以下である
   請求項１または２に記載の面状照明装置。
4. 前記光学素子は、
   前記底面と前記底面に対して交差する傾斜面との間の角度が４４°以上５５°以下である
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の面状照明装置。
5. 前記レンズの出射面側に配置される光学シートをさらに備え、
   前記光学シートは、
   第１の方向に延在する複数の光学素子を有する第１シートおよび前記第１の方向に交わる第２の方向に延在する複数の光学素子を有する第２シートを含む
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の面状照明装置。
6. 前記光学シートは、
   第３の方向に延在する複数の光学素子を有し、前記第１シートおよび前記第２シートよりも前記レンズから遠い側に配置される第３シートをさらに含み、
   前記第３シートは、
   前記第３の方向が前記第１の方向および前記第２の方向によって規定される
   請求項５に記載の面状照明装置。
7. 前記レンズは、
   前記入射面の裏面である出射面に当該出射面から突出する複数の拡散素子を有する
   請求項１〜６のいずれか１つに記載の面状照明装置。
8. 前記複数の光源が前記基板に千鳥配列で配置される
   請求項１〜７のいずれか１つに記載の面状照明装置。
9. 前記光源の光を拡散する拡散板をさらに備え、
   前記レンズは、
   前記拡散板および前記光源の間に配置される
   請求項１〜８のいずれか１つに記載の面状照明装置。
10. 前記レンズは、
    前記拡散板および前記光源それぞれと離間して配置される
    請求項９に記載の面状照明装置。
11. 前記レンズは、
    前記入射面から前記光源までの距離よりも、前記入射面から前記拡散板までの距離のほうが長くなる位置に配置される
    請求項１０に記載の面状照明装置。

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