JP6796988B2 - 面光源装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面光源装置および表示装置に関し、特に、複数の光源を用いて面状の光を発する面光源装置、および、その面光源装置によって表示パネルを裏面から照明し、表示パネルに映像を表示する表示装置に関する。

近年、液晶表示装置の面光源装置には、ＬＥＤ素子が光源として用いられることが主流である。製品の背面すなわち筐体の底面に複数のＬＥＤ素子を並べた直下型の面光源装置は、ＬＥＤ素子上に配光制御素子を備える。ＬＥＤ素子から出射する光は、その配光制御素子によって屈折して配光が制御された後、液晶パネルを照射する。

配光制御素子は、大別すると丸型レンズの配光制御素子と長尺レンズの配光制御素子とに分類される。丸型レンズの配光制御素子を備える面光源装置は、１つのＬＥＤ素子につき１つの配光制御素子を備える。図１は、丸型レンズの配光制御素子９１が実装された基板９２の斜視図である。各ＬＥＤ素子９３は各配光制御素子９１の直下に配置される。つまり、ＬＥＤ素子９３の発光中心は配光制御素子９１の中心軸の延長上に配置される。各ＬＥＤ素子９３から出射する光は、各配光制御素子９１によって屈折し、配光が変更される。

長尺レンズの配光制御素子は１次元方向に長手を有する。長尺レンズの配光制御素子を備える面光源装置は、１次元方向に整列配置された複数のＬＥＤ素子をまとめて覆う。図２は、長尺レンズの配光制御素子９４が実装された基板９２の斜視図である。各ＬＥＤ素子９３は、配光制御素子９４の直下に位置する。配光制御素子９４は、複数のＬＥＤ素子９３から出射する光を屈折させ配光を変更する。

面光源装置の高輝度化を図る手法には、基板９２の全長および外形を変えずにＬＥＤ素子９３の設置個数を増やす手法がある。図３は、図１に示す基板９２の全長および外形を変えずにＬＥＤ素子９３の設置個数を１次元方向に増加した基板９２および配光制御素子９１の斜視図である。基板９２上に配置されるＬＥＤ素子９３の設置個数が増加するとともに、配光制御素子９１の設置個数も純増する。

一方で、長尺レンズの配光制御素子９４は、１次元方向に配置されるＬＥＤ素子９３の設置個数が増加したとしても、その配光制御素子９４の設置個数を増やす必要がない。図４は、図２に示す基板９２の全長および外形を変えずにＬＥＤ素子９３の設置個数を１次元方向に増加させた基板９２および配光制御素子９４の斜視図である。基板９２に配置されたＬＥＤ素子９３の設置個数が増加しているにもかかわらず、長尺レンズの配光制御素子９４の設置個数は変わらず、その配置も変わらない。つまり、長尺レンズの配光制御素子９４の構成は、ＬＥＤ素子９３の設置個数に影響を受けない。これは、複数のＬＥＤ素子９３をまとめて覆うことが可能な長さの配光制御素子９４を設置すればよいからであり、長尺レンズの配光制御素子９４が有する優位点である。

特許第５０８１９８８号公報 特開２００９−１９２９１５号公報 特開２００６−２８６６０８号公報 特開２００７−０４８８８３号公報 実開平６−３８２６７号公報

長尺レンズの配光制御素子が射出成型によって作製される部品である場合、その全長は金型によって定まる。そのため、大型表示装置用の面光源装置から小型表示装置用の面光源装置まで、様々なサイズの面光源装置に、射出成型によって作製される配光制御素子を搭載する場合、その画面サイズに応じた長さを有する配光制御素子の金型を準備しなければならない。特許文献１には、同一サイズの複数のレンズを一方向に隣接して配置することにより長尺化を図った照明用レンズが開示されている。特許文献１に記載の照明用レンズは、それらが射出成型によって製造される部品であったとしても、それらを複数個つなぎ合わせることにより、画面サイズが異なる複数の表示装置に搭載することが可能である。しかしながら、特許文献１に記載の照明用レンズは、レンズの最小長さの整数倍でしか長さ調整ができない。照明用レンズを構成する最小単位のレンズ長を小さくすれば、画面サイズが異なるより多くのモデルに搭載することができるが、レンズの長さを小さくすればするほど、１台の面光源装置に必要な部品点数が増える。よって、そのような照明用レンズを備える大型表示装置の製造工程においては、作業工数が著しく増える懸念がある。さらに、隣り合うレンズのつなぎ目の直下に配置されるＬＥＤ素子から出射する光の配光と、レンズの直下に配置されるＬＥＤ素子から出射する光の配光とには差異があり、輝度ムラが発生する。そのような輝度ムラを低減するために、ＬＥＤ素子の配置には制約が生ずる。

長尺レンズの配光制御素子が押し出し成型によって作製される部品である場合、同一の金型を用いながらも、押し出し工程における切断位置を調整することにより、様々な長さの配光制御素子の製造が可能である。つまり、押し出し成型による配光制御素子の製造方法は、画面サイズが異なる各モデルに適した長さの配光制御素子を、同一の金型で作製できる。これは、コストに関する利点でもある。このような観点からは、面光源装置は、射出成形よりも押し出し成型により形成される長尺レンズを備えることが望ましい。

丸型レンズの配光制御素子は、レンズの形状を適切に設計することで、ＬＥＤ素子から出射する光を３次元的に配光制御できるという利点を有する。長尺レンズの配光制御素子は、その長手の方向に対して直交する断面のレンズ形状を調整することで、その面内における２方向の配光制御は可能である。しかし、配光制御素子の長手の方向に平行な１次元方向への配光制御は困難であり、その配光はＬＥＤ素子の光学特性によって決定される。このように、長尺レンズの配光制御素子は、２次元的な配光制御が主である。特に、配光制御素子が押し出し成型によって製造される場合、配光制御素子の両端から長手の方向に出射する光に関しては、所望の配光が得られない。これは、配光制御素子の両端が切断工程によって形成される切断面だからである。それら切断面に追加の加工が施され、レンズ形状が設けられたとしても、切断面に起因する光学性能の劣化は免れず、また、追加の加工によるコストアップも避けられない。

特許文献２および特許文献３には、１次元方向に長く伸ばしたレンズと、その光学特性が開示されている。特許文献２および特許文献３のいずれに記載のレンズも、長手の方向に対して直交する断面の形状を調整することにより、その面内方向の配光を制御している。しかし、それらレンズは、長手の方向に平行な方向の配光制御ができていない。

また、丸型レンズおよび長尺レンズのいずれの配光制御素子にも、ＬＥＤ素子等の光源と配光制御素子の出光部との位置関係がずれた場合、つまり光軸がずれた場合には、輝度の劣化または色ムラが発生する。そのため、面光源装置は、双方の位置関係が崩れない保持構造を備えることが重要である。

配光制御素子の実装方法は、配光制御素子をＬＥＤ素子に対して正確な位置に配置し、かつ、筐体に対して確実な接合強度を得るため、専用の治具を用いて基板に接着する方法が一般的である。図１に示すように、丸型レンズの配光制御素子９１は、基板９２に接着するために、複数の接着部９１ａが設けられている。各接着部９１ａの間隔は、配光制御素子が熱膨張または熱収縮したとしても、それら間隔の変化が実装に影響しない程度に狭い。つまり、基板の線膨張係数と配光制御素子の線膨張係数との差によって接着部９１ａに働く応力は、それらの実装に影響しない程度に小さい。そのため、丸型レンズの配光制御素子９１は、基板９２に接着して固定することが可能である。一方で、長尺レンズの配光制御素子９４は、長尺になればなるほど、その体積が大きくなるため、基板９２の線膨張係数と配光制御素子９４の線膨張係数との差によって接着部に働くせん断力も大きくなる。よって、長尺レンズの配光制御素子９４を基板９２に接着固定することは、接着部の剥離または配光制御素子９４の脱落を誘発する要因となるため、望ましくない。

また、長尺レンズの配光制御素子が押し出し成型法によって製造される部品である場合、その配光制御素子にネジによる固定やスナップフィットによる固定のための形状を設けることは、追加の加工が必要となり、コストアップとなる。よって、それらは、別の固定手段を備えることが好ましい。

特許文献２および特許文献３には、ＬＥＤ素子が配置される基板にレンズを保持する構造については開示がない。特許文献４には、基板に光学素子を固定するための保持形状を、光学素子自身に設けた光方向変換用光学素子が開示されている。しかし、特許文献４に記載された光方向変換用光学素子が押し出し成型で形成される光学素子である場合、ネジ穴やスナップフィット等の保持形状を二次加工によって設けることが必要である。これは、面光源装置の製造コストが上昇し望ましくない。また、上述した接着に関する懸念点および課題は同様に生じる。

特許文献５には、押し出し成型により形成した成型レンズ枠に、ＬＥＤ素子が実装された基板が挿着されることにより双方が固定されるＬＥＤアレー光源取付構造が開示されている。この構造は、ネジや接着剤等を用いることなく成型レンズ枠と実装基板とを固定することが可能である。しかし、このＬＥＤアレー光源取付構造は、基板が成型レンズ枠に挿入される際、基板が成型レンズ枠の内部を削り取る。その削りかすは、ＬＥＤ素子と成型レンズ枠との間に異物として残る。また、表示装置や面光源装置の仕様に応じて細い基板や長い基板を挿入する必要があり、製造工程の自動化に課題が生ずる。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、配光制御素子の長手の方向にも配光制御が可能で、かつ、配光制御素子の位置固定が可能な面光源装置の提供を目的とする。

本発明に係る面光源装置は、主面を含む基板と、基板の主面に列をなして配置される複数の光源と、光源を覆うように基板の主面上に配置され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子とを備える。その配光制御素子は、光源の配列方向に長手を有する第１レンズと、第１レンズの長手の方向の一端または両端に配置され、かつ、位置固定される第２レンズとを含む。そして、第１レンズは、第２レンズによって保持され、第２レンズは、第１レンズとは異なる配光特性を有する。第２レンズは、第１レンズの一端または両端の表面に接触する保持部を含む。保持部は、基板の主面との間に第１レンズを保持する。

本発明によれば、配光制御素子の長手の方向にも配光制御ができ、かつ、配光制御素子の位置固定ができる面光源装置の提供が可能となる。また、本発明に係る面光源装置は、低コスト化が可能である。

丸型レンズの配光制御素子の斜視図である。 長尺レンズの配光制御素子の斜視図である。 丸型レンズの配光制御素子の斜視図である。 長尺レンズの配光制御素子の斜視図である。 実施の形態１における直下型の面光源装置の構成を示す図である。 実施の形態１における配光制御素子の構成を示す斜視図である。 実施の形態１における配光制御素子の構成を示す斜視図である。 実施の形態１における配光制御素子が含む第１レンズの断面図である。 実施の形態１における配光制御素子が含む第１レンズの断面図である。 実施の形態１における配光制御素子が含む第２レンズの斜視図である。 実施の形態１における配光制御素子が含む第２レンズの断面図である。 実施の形態１における配光制御素子が含む第２レンズの断面図である。 実施の形態１における配光制御素子の斜視図である。 実施の形態１における配光制御素子の断面図である。 実施の形態１における配光制御素子の断面図である。 実施の形態２における配光制御素子の構成を示す斜視図である。 実施の形態２における配光制御素子の構成を示す斜視図である。 実施の形態２における配光制御素子が含む第２レンズの斜視図である。 実施の形態２における配光制御素子の断面図である。 実施の形態２における配光制御素子の断面図である。 実施の形態２における配光制御素子の断面図である。 実施の形態３における配光制御素子の固定手段を示す斜視図である。 実施の形態３における配光制御素子の固定手段を示す斜視図である。 実施の形態３における配光制御素子の固定手段を示す斜視図である。

本発明に係る面光源装置および表示装置の実施の形態を説明する。なお、以下に記載する各実施の形態における表示装置は液晶表示装置を例に説明する。

＜実施の形態１＞
（面光源装置）
図５（ａ）および図５（ｂ）は、配光制御素子１を含む直下型の面光源装置１００の構成を示す図であり、図５（ｂ）は面光源装置１００の平面図である。図５（ａ）は図５（ｂ）のＡ１−Ａ１’における断面を示す。面光源装置１００は、図５（ｂ）に示すように、平面視において矩形の形状を有する。面光源装置１００は、配光制御素子１と反射シート６とを備える。反射シート６は、矩形状の底面６ｂと、その底面６ｂの各辺に接する４つの斜面６ａとを含む。各斜面６ａは、底面６ｂから外側に向けて勾配を有する。底面６ｂには基板２が配置され、その基板２上には配光制御素子１が配置される。基板２は、例えば実装基板である。配光制御素子１は、長手を有する第１レンズ４と、その第１レンズ４の両端に配置される第２レンズ５とを含む。なお、本明細書では、第１レンズ４が長手を有する方向をＸ方向、その第１レンズ４が実装される基板２に垂直な方向をＺ方向、それらＸ方向およびＺ方向に垂直な方向をＹ方向とする。また、面光源装置１００は、底面６ｂに対面し斜面６ａの外辺で囲まれる開口部を含む。図示は省略するが、液晶表示装置は、面光源装置１００と、その開口部側に、拡散板、光学素子、表示パネル等をさらに備える。なお、本実施の形態１では、表示パネルは液晶パネルである。その液晶パネルの有効画面サイズは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すＸ方向の長さＥ１とＹ方向の長さＥ２とからなる矩形状の面積である。反射シート６の底面６ｂの面積は液晶パネルの有効画面サイズよりも小さい。

図６は、第１レンズ４、第２レンズ５および基板２の斜視図である。図７は、第１レンズ４と第２レンズ５とが基板２の主面２ａに実装された状態を示す斜視図である。基板２の主面２ａには、複数の光源が列をなして配置される。本実施の形態１においては、それら光源はＬＥＤ素子３である。第１レンズ４は、ＬＥＤ素子３の配列方向に長手を有する長尺レンズである。本実施の形態１では、面光源装置１００は、２つの第２レンズ５を備え、各第２レンズ５は、第１レンズ４の各一端の表面４ａを覆うように配置される。詳細は後述するが、これにより、第１レンズ４は第２レンズ５と基板２との間に保持される。また、ＬＥＤ素子３は、それら第１レンズ４および第２レンズ５の直下に配置される。つまり、配光制御素子１は、整列配置されたＬＥＤ素子３を覆うように基板２の主面２ａ上に配置される。そして、配光制御素子１は、ＬＥＤ素子３から出射する光を屈折させて配光を変更する機能を有する。

（第１レンズ）
図８は、第１レンズ４の断面図であり、その断面は長手の方向に対し垂直な面である。つまり、図８は、第１レンズ４のＹＺ断面を示す図である。なお、図８は、第１レンズ４が基板２の主面２ａに実装された状態を示す。

第１レンズ４は、長手の方向に対して直交する面において凸状の曲率を有する形状が、長手の方向に連続して形成される光出射面４ｂを有する。つまり、光出射面４ｂは、ＹＺ断面において凸状の曲率を有する形状が、Ｘ方向に連続する面である。また、第１レンズ４は、ＹＺ断面においてＬＥＤ素子３を覆う凹状の形状がＸ方向に連続して形成される光入射面４ｃを有する。また、光入射面４ｃとＬＥＤ素子３との間には空間が設けられる。

図９は、第１レンズ４の長手の方向に平行な方向の断面つまりＺＸ断面を示す図である。なお、その断面は第１レンズ４の中心を通る。光出射面４ｂおよび光入射面４ｃの形状は、Ｘ方向に一定である。よって、図７に示した第１レンズ４の一端に位置する表面４ａは、光出射面４ｂと同じ形状を有する。

第１レンズ４は、ＬＥＤ素子３から出射する光を長手の方向に対して直交する方向に拡げる。つまり、第１レンズ４は、ＹＺ面内で配光を制御する。その配光制御は、ＹＺ平面における光入射面４ｃの形状または光出射面４ｂの形状を適当に設計することで可能である。つまり、ＬＥＤ素子３から出射する光は、第１レンズ４の断面形状によりＹＺ平面内で配光が変更される。一方で、光出射面４ｂおよび光入射面４ｃの形状は、Ｘ方向に一定である。特に、長尺レンズである第１レンズ４が押し出し成型によって製造される場合、Ｘ方向の光入射面４ｃおよび光出射面４ｂの形状は一定であり、適当に変えることができない。よって、ＺＸ平面内における配光は、ＬＥＤ素子３の光学特性つまり配光特性によって決定される。なお、本実施の形態１における第１レンズ４は、押し出し成型によって作製される。

（第２レンズ）
図１０は、第２レンズ５の斜視図であり、第２レンズ５の裏面側つまり基板２に実装される方向から観察した図である。第２レンズ５は、基板２の主面２ａに接着して固定するための接着部５ａを裏面に含む。その接着部５ａは裏面の任意の位置に配置されるが、図１０には、一例として裏面の３箇所に接着部５ａが設けられた第２レンズ５を示す。基板２または第２レンズ５が熱膨張または熱収縮することによって各接着部５ａの間隔も変化し得るが、その変化が双方の接着に影響しない程度の間隔で各接着部５ａは配置される。つまり、基板２および第２レンズ５の線膨張係数の差による影響が小さいため、第２レンズは、基板２の主面２ａに接着して固定することが可能である。

図１１は、第２レンズ５のＺＸ断面図であり、図１０に示すＡ２−Ａ２’における断面を示す。図１２は、第２レンズ５のＹＺ断面図であり、図１０に示すＡ３−Ａ３’における断面を示す。なお、その断面は、基板２の主面２ａに配置されたＬＥＤ素子３の中心を通る。なお、図１１および図１２は、第２レンズ５が基板２の主面２ａに実装された状態を示す。接着部５ａが主面２ａに接着され、第２レンズ５は位置が固定されている。なお、第１レンズ４の図示は省略している。

第２レンズ５は、第１レンズ４の表面４ａ（図６参照）に接触する保持部５ｄを含む。保持部５ｄは、第１レンズ４の表面４ａに含まれる上面４ｄ（後述する図１４に図示）に平行な第１保持面５ｅを含む。また、第２レンズ５の保持部５ｄは、第１レンズ４の表面４ａに含まれる側面４ｅ（後述する図１５に図示）に平行な第２保持面５ｆを含む。

また、本実施の形態１において、第２レンズ５は、長尺レンズである第１レンズ４と同様の機能を有する長尺レンズ部５ｃと、第１レンズ４の長手の方向つまりＸ方向の配光を制御するための、丸型レンズと同様の機能を有する丸型レンズ部５ｂとを含む。丸型レンズ部５ｂは、図６および図１１に示すように、３次元的な曲面からなる凸状の光出射面５ｇを有する。３次元的な曲面とは、そのＸＺ断面またはそのＹＺ断面のいずれにおいても、曲線を有する面をいう。また、長尺レンズ部５ｃは、保持部５ｄと丸型レンズ部５ｂとの間に配置される。また、丸型レンズ部５ｂと長尺レンズ部５ｃと保持部５ｄとは、Ｘ方向に順に配置され、それらは一体物である。

第２レンズ５の長尺レンズ部５ｃは、第１レンズ４と同様に、ＹＺ平面における断面形状が調整されることで、ＹＺ方向の配光制御が可能である。第２レンズ５は、丸型レンズ部５ｂの光出射面５ｇによって、３次元的な配光制御を行う。つまり第２レンズ５は、ＬＥＤ素子３から出射する光を放射状に配光する。より具体的には、図１１に示す配置において、丸型レンズ部５ｂは、−Ｘ方向、±Ｙ方向および＋Ｚ方向の配光制御を行う。このように、第２レンズ５は、第１レンズ４とは異なる配光特性を有する。

（配光制御素子）
図１３は、第１レンズ４が第２レンズ５によって保持された配光制御素子１を示す斜視図であり、配光制御素子１の裏面側つまり基板２に実装される方向から観察した図である。図１４は、配光制御素子１のＺＸ断面図であり、図１３に示すＡ４−Ａ４’における断面を示す。図１５は、配光制御素子１のＹＺ断面図であり、図１３に示すＡ５−Ａ５’における断面を示す。

第２レンズ５は、接着部５ａが基板２の主面２ａに接着されて固定される。この際、第２レンズ５の位置は、例えば基板２にピンで係合されることにより位置決めされる。もしくは、第２レンズは、接着時に治具にて位置決めされたうえで接着により固定される。これにより、第２レンズは、基板２上における位置が固定される。

図１４および図１５に示すように、第１レンズ４の一端に位置する表面４ａは、上面４ｄと側面４ｅとを含む。表面４ａは、上面４ｄから側面４ｅにかけて傾きがなだらかに変化する。本実施の形態１においては、上面４ｄとはその法線ベクトルがＺ方向成分を主に有し、側面４ｅとはその法線ベクトルがＹ方向成分を主に有する面をいう。第２レンズ５の保持部５ｄが含む第１保持面５ｅの一部は、第１レンズ４の表面４ａが含む上面４ｄに面接触する。これにより、第１レンズ４は、基板２の主面２ａと第２レンズ５との間に保持される。さらに、それにより第１レンズ４は、基板２の主面２ａに対して垂直方向つまりＺ方向の位置が固定される。

また、図１５に示すように、第２レンズ５の第２保持面５ｆの一部は、第１レンズ４の表面４ａが含む側面４ｅに接触する。これにより、第１レンズ４は、第１レンズ４の長手の方向に直交しかつ基板２の主面２ａに対して平行な方向の位置が固定される。すなわち第１レンズ４は、Ｙ軸に平行な方向の位置が固定される。

図１４に示すように、配光制御素子１は、その長手の方向つまりＸ軸に平行な方向において、第１レンズ４と第２レンズ５との間に空隙５ｈを含む。つまり、第１レンズ４の一端に設けられ第２レンズ５に対向する第１端面４ｇと、その第１端面４ｇに対面する第２レンズ５の第２端面５ｉとが接触しないよう、第１端面４ｇと第２端面５ｉとの間に空間が設けられる。このような構成により、第１レンズ４は、Ｘ方向には完全には固定されず、位置が規制されるのみである。空隙５ｈは、第１レンズ４、第２レンズ５または基板２が熱膨張または熱収縮した際、緩衝スペースとして機能する。例えば、第１レンズまたは基板２が熱膨張または熱収縮した際、第１レンズ４は、ＹＺ方向には第１保持面５ｅおよび第２保持面５ｆによって位置が固定されており、ＹＺ方向には自由度がない。しかし、第１レンズ４は、Ｘ方向には第１保持面５ｅと上面４ｄとの摩擦力よりも大きな応力が加わることによって、僅かに滑ることができる。また、第１レンズ４が、熱膨張または熱収縮によってＸ方向に僅かに動いたとしても、空隙５ｈが設けられているため、第１レンズ４と第２レンズ５とが接触することがない。また、第２レンズ５の接着部５ａにも、その接着を遊離させるような過剰な応力が加わることがない。空隙５ｈは、第１レンズ４および第２レンズ５が、基板２の主面２ａから脱落または遊離することを防ぐ。例えば、配光制御素子１が空隙５ｈを備えない場合、第１レンズ４の第１端面４ｇと第２レンズ５の第２端面５ｉとが突き当り、双方が破損したり脱落したりする可能性がある。また、本実施の形態１においては、第１レンズ４の材料と第２レンズ５の材料とは同一である。このような構成により、配光制御素子１は、上記の熱膨張または熱収縮の影響を低減することができるため、空隙５ｈの狭小化が可能である。

また、第２レンズ５の保持部５ｄまたは空隙５ｈは、平面視においてつまりＸＹ面内において、隣り合うＬＥＤ素子３の間に配置されることが好ましい。このような構成により、保持部５ｄまたは空隙５ｈが、ＬＥＤ素子３から出射する光の配光を妨げることを低減できる。

（効果）
以上をまとめると、本実施の形態１における面光源装置１００は、主面２ａを含む基板２と、基板２の主面２ａに、列をなして配置される複数の光源と、光源を覆うように基板２の主面２ａ上に配置され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子１とを備える。なお、本実施の形態１では、光源はＬＥＤ素子３である。その配光制御素子１は、光源の配列方向に長手を有する第１レンズ４と、第１レンズ４の長手の方向の一端または両端に配置され、かつ、その配置位置が固定される第２レンズ５とを含む。第１レンズ４は、第２レンズ５によって保持され、第２レンズ５は、第１レンズ４とは異なる配光特性を有する。

以上のような構成により、面光源装置１００は、長尺レンズである第１レンズ４に押し出し成型部品を使用したとしても、長手の方向またはそれ以外の方向にも配光制御が可能である。また、例えば、押し出し成型工程において第１レンズ４の全長だけを、面光源装置のモデルに合わせて調整して作製し、その両端に第２レンズを取り付けることで、全長が様々に異なる配光制御素子１を準備することが可能である。つまり、面光源装置１００が備える配光制御素子１は、サイズ違いのモデルに展開する裕度を有する。よって、本実施の形態１にて示した面光源装置１００は、画面サイズが異なる様々なモデルの表示装置に適用することができ、低コスト化を実現する。また、面光源装置１００は、ＬＥＤ素子３が実装され温度が上昇する可能性のある基板２に、長尺レンズである第１レンズを接着手段やネジなどで直接固定する必要がない。さらに、面光源装置１００は、第１レンズ４の配置位置を、その両端に備える第２レンズ５によって、長手の方向以外の方向を固定し、長手の方向は規制する。よって、面光源装置１００は、基板２や配光制御素子１の熱膨張または熱収縮の悪影響を受けにくく従来よりも熱に対して広い許容度を有する。また、面光源装置１００は、配光制御素子１の両端に備える第２レンズ５の丸型レンズ部５ｂの形状を適当に設計することで、丸型レンズと同様の配光制御、つまり３次元的な配光制御が可能である。その結果、面光源装置１００は、従来よりも輝度均一性が向上する。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第２レンズ５は、基板２の主面２ａに配置位置が固定される。このような構成により、第１レンズ４は基板２に対して位置固定される保持手段を備える必要がない。よって面光源装置１００は、基板２または第１レンズ４の熱膨張または熱収縮に対し従来よりも強い構造を有する。また、面光源装置１００は、押し出し成型によって作製される長尺レンズつまり第１レンズを備えながらも、３次元的な配光制御が可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第２レンズ５は、第１レンズ４の一端または両端の表面４ａに接触する保持部５ｄを含む。保持部５ｄは、基板２の主面２ａとの間に第１レンズ４を保持する。このような構成により、第１レンズ４は、第２レンズ５によってその位置が固定される。つまり、第１レンズ４は基板２に対して位置固定する保持手段を備える必要がない。よって、面光源装置１００は、基板２または第１レンズ４の熱膨張または熱収縮に許容度を有する。また、面光源装置１００は、押し出し成型によって作製される長尺レンズつまり第１レンズを備えながらも、３次元的な配光制御が可能である。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第２レンズ５の保持部５ｄは、第１レンズ４の表面４ａが含む上面４ｄに平行な第１保持面５ｅを含む。第２レンズ５の第１保持面５ｅの少なくとも一部が、第１レンズ４の上面４ｄに面接触する。このような構成により、面光源装置１００は、基板２の主面２ａに対して垂直方向の第１レンズ４の位置を固定することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第２レンズの保持部５ｄは、第１レンズ４の表面４ａが含む側面４ｅに平行な第２保持面５ｆを含む。第２レンズ５の第２保持面５ｆの少なくとも一部が、第１レンズ４の側面４ｅに面接触する。このような構成により、面光源装置１００は、長手の方向に対して直交かつ基板２の主面２ａに対して平行な方向の第１レンズ４の位置を固定することができる。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第２レンズの保持部５ｄは、平面視において、列を成して配列される複数の光源のうち、隣り合う光源の間に配置される。このような構成により、第２レンズの保持部５ｄが光源から出射する光の配光を妨げることを抑制する。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第１レンズ４は、一端に設けられ第２レンズ５に対向する第１端面４ｇをさらに含む。また、第２レンズ５は、第１端面４ｇに対向する第２端面５ｉをさらに含む。面光源装置１００は、第１レンズ４の第１端面４ｇと第２レンズ５の第２端面５ｉとが接触しないよう、第１端面４ｇと第２端面５ｉとの間に空隙５ｈをさらに備える。このような構成により、面光源装置１００は、配光制御素子１または基板２が熱膨張または熱収縮したとしても、基板２から第１レンズ４や第２レンズ５が脱落または遊離したり、位置がずれたりすることを防ぐ。

また、本実施の形態１における面光源装置１００が備える第１レンズ４は、長手の方向に対して直交する面において凸状の曲率を有する形状が、長手の方向に連続して形成される光出射面４ｂ（第１光出射面）を有し、光源から出射する光を長手の方向に対して直交する方向に拡げる。また、第２レンズ５は、凸状の光出射面５ｇ（第２光出射面）を有し、光源から出射する光を放射状に拡げる。このような構成により、面光源装置１００は、配光制御素子１の長手の方向にも、配光制御が可能となる。そして、面光源装置１００から出射される照明光の輝度均一性が向上する。特に、第２レンズ５は、３次元的な曲面からなる光出射面５ｇを有する丸型レンズ部５ｂを含む。よって、配光制御素子１は、その長手の方向の両端において３次元的に配光制御が可能である。つまり面光源装置１００は、配光制御素子１の端部から放射状に配光制御が可能である。配光制御素子が第２レンズを備えない場合、その配光方向は、第１レンズの長手の方向とは直交する方向のみとなる。その結果、面光源装置の長手の方向の両端における光の強度が暗くなり、面光源装置から出射する面状の光に輝度ムラが生じるという課題が生ずる。そのような課題に対し、本実施の形態１にて記載した面光源装置１００は、配光制御素子１の両端に備える第２レンズ５の丸型レンズ部５ｂの形状を適当に設計することで、丸型レンズと同様の配光制御、つまりＸＹＺ方向すべての配光制御が可能である。長尺レンズである第１レンズ４が、押し出し成型によって製造される部品であっても、本実施の形態の配光制御素子１は、その両端の切断面にレンズ形状を追加加工する必要がない。よって、配光制御素子１つまり面光源装置１００のコストアップを抑制できる。また、配光制御素子１は、その追加加工による光学性能の劣化を回避できる。

また、本実施の形態１における液晶表示装置は、面光源装置１００と、面光源装置１００より出射する面状の光が照射される液晶表示パネルとをさらに備える。このような構成により、液晶表示装置は、面光源装置１００より均一な照明光が照射されるため、映像品質が向上する。

＜実施の形態２＞
図１６は、本実施の形態２における第１レンズ４、第２レンズ５および基板２の斜視図である。図１７は、第１レンズ４と第２レンズ５とが基板２の主面２ａに実装された状態を示す斜視図である。なお、図１６および図１７は、第１レンズ４の光入射面および配光制御素子１に覆われるＬＥＤ素子の図示は省略しているが、それらは図６および図７と同様である。図１８は、本実施の形態２における第２レンズ５の斜視図であり、第２レンズ５の裏面側つまり基板２に実装される方向から観察した図である。図１９は、配光制御素子１のＺＸ断面図であり、図１４と同様に配光制御素子１の中心を通る断面を示す。図２０は、配光制御素子１のＹＺ断面図であり、図１９に示すＡ６−Ａ６’を含む断面を示す。

第１レンズ４は、長手の方向に直交する面つまりＹＺ面において、表面４ａに凹状の形状を有する。そして、第１レンズ４は、その凹状の形状が長手の方向に連続して形成される凹面部４ｈを含む。第２レンズ５の保持部５ｄは、第１レンズの凹面部４ｈに接触する凸部５ｊを含む。

第２レンズ５の凸部５ｊが、第１レンズ４の凹面部４ｈに接触することにより、第１レンズ４は、基板２の主面２ａと第２レンズ５との間に保持される。また、第１レンズ４は、基板２の主面２ａに対して垂直方向つまりＺ方向の位置が固定される。

図２０に示すように、第１レンズ４の凹面部４ｈは、ＹＺ平面において、第２レンズの凸部５ｊに係合していることにより、Ｙ方向の自由度が制限される。つまり、第１レンズ４は、長手の方向に直交しかつ基板２の主面２ａに対して平行な方向の位置が固定される。

一方で、本実施の形態２において、第１レンズ４は、凹面部４ｈの形状が長手と平行な方向に連続する面を有する。また、実施の形態１と同様に、配光制御素子１は、第１端面４ｇと第２端面５ｉとの間に空隙５ｈを含む。ゆえに、第１レンズ４のＸ方向の位置は、完全には固定されず、規制されるのみである。空隙５ｈは、第１レンズ４、第２レンズ５または基板２が熱膨張または熱収縮した際、緩衝スペースとして機能する。これらの動作と効果は、実施の形態１と同様であり説明は省略する。

また、第２レンズの凸部５ｊおよび空隙５ｈは、ＬＥＤ素子３から離れた位置に配置されることが好ましい。つまり、第２レンズ５の保持部５ｄおよび空隙５ｈは、平面視において、隣り合うＬＥＤ素子３の間に配置されることが好ましい。このような構成により、凸部５ｊおよび空隙５ｈが、ＬＥＤ素子３から出射する光の配光を妨げることを低減できる。

また、図２１に示すように、本実施の形態２の面光源装置は、第１レンズの凹面部４ｈと第２レンズの凸部５ｊとで形成される凹凸関係が逆転した構成を有する配光制御素子１を備えることができる。図２１に示す配光制御素子１の第１レンズ４は、長手の方向に直交する面において、表面４ａに凸状の形状を有する。そして、第１レンズ４は、その凸状の形状が長手の方向に連続して形成される凸面部４ｉを含む。第２レンズ５の保持部５ｄ（図２１には図示せず）は、第１レンズ４の凸面部４ｉに接触する凹部５ｋを含む。

第２レンズ５の凹部５ｋは、第１レンズ４の凸面部４ｉに接触する。これにより、第１レンズ４は、基板２の主面２ａと第２レンズ５との間に保持される。また、第１レンズ４は、基板２の主面２ａに対してＺ方向の設置位置が固定される。また、第１レンズ４の凸面部４ｉは、ＹＺ平面において、第２レンズの凹部５ｋに係合していることにより、Ｙ方向の自由度が制限される。つまり、第１レンズ４は、Ｙ軸に平行な方向の位置が固定される。

一方で、第１レンズ４の凸面部４ｉは、Ｘ方向には長手と平行な方向に連続する面を有する。また、図示は省略するが、配光制御素子１は、上記と同様の空隙５ｈを含む。ゆえに、第１レンズ４のＸ方向の設置位置は、完全には固定されず、規制されるのみである。これらの動作と効果は、実施の形態１と同様である。

以上をまとめると、本実施の形態２における面光源装置が備える第１レンズ４は、長手の方向に直交する面において、表面４ａに凹状の形状を有し、その凹状の形状が長手の方向に連続して形成される凹面部４ｈを含む。第２レンズ５の保持部５ｄは、第１レンズ４の凹面部４ｈに接触する凸部５ｊを含む。このような構成により、第１レンズ４の凹面部４ｈと第２レンズ５の凸部５ｊとは、長手の方向に対して直交かつ基板の主面に対して平行な方向における第１レンズ４の位置を固定することができる。実施の形態１に記載した第２レンズ５の第１保持面５ｅが、第１レンズ４の上面４ｄに面接触して第１レンズ４を保持することが困難な場合、本実施の形態２の上記の構成は有効である。例えば、図示は省略するが、凹面部４ｈに微細な凹凸形状が設けられている場合や別部品との接触を避けなければならない形状である場合に、上記の構成は有効である。また、図１９および図２０に示した凹面部４ｈの形状および凸部５ｊの形状は、一例でありそれらに限られない。表面４ａにおける凹面部４ｈおよび保持部５ｄにおける凸部５ｊの形状と配置位置は、ＬＥＤ素子３に対する第１レンズ４のＹ方向の位置が決定される形状と位置であれば良い。

また、本実施の形態２における面光源装置が備える第１レンズ４は、長手の方向に直交する面において、表面４ａに凸状の形状を有し、その凸状の形状が長手の方向に連続して形成される凸面部４ｉを含む。第２レンズ５の保持部５ｄは、第１レンズ４の凸面部４ｉに接触する凹部５ｋを含む。このような構成により、第１レンズ４の凸面部４ｉと第２レンズ５の凹部５ｋとは、長手の方向に対して直交かつ基板の主面に対して平行な方向における第１レンズ４の位置を固定することができる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態３における面光源装置および液晶表示装置について説明する。本実施の形態３においては、配光制御素子１が含む第２レンズ５の位置固定手段の例を示す。なお、実施の形態１または実施の形態２と同様の構成および動作については説明を省略する。

まず、第２レンズ５が係合構造によって基板２に固定される例を示す。図２２は、係合構造によって固定される第２レンズ５およびその第２レンズ５が固定される基板２の斜視図である。第２レンズ５は係合構造５ｍを含む。その係合構造５ｍとは、例えばスナップフィットである。基板２は切欠き部２ｂを含む。第２レンズ５は、係合構造５ｍが基板２の切欠き部２ｂに係合して位置が固定される。なお、図２２に示す係合構造５ｍの形状は一例であり、それに限らない。実施の形態１と同様に、第２レンズ５は、基板２の主面２ａとの間に第１レンズ４を保持する。第２レンズ５の第１保持面５ｅの構成と第１レンズ４の上面４ｄの構成とは、実施の形態１と同様である。係合構造５ｍは、切欠き部２ｂと係合の後、図１４に示す第２レンズ５の第１保持面５ｅと第１レンズ４の上面４ｄとの間に、配光制御素子１の光学性能に支障をきたすほどの空隙が生じない形状を有する。

次に、第２レンズ５がネジによって基板２に固定される例を示す。図２３は、ネジによって固定される第２レンズ５およびその第２レンズ５が固定される基板２の斜視図である。第２レンズ５はネジ止め部５ｎを含む。基板２はネジ穴２ｃを含む。ネジ７がそのネジ止め部５ｎを通して基板２のネジ穴２ｃにネジ止めされる。それにより、第２レンズ５が位置固定される。第２レンズ５は、基板２の主面２ａとの間に第１レンズ４を保持する。なお、ネジ止め部５ｎは、ネジ止め後、図１４に示す第２レンズ５の第１保持面５ｅと第１レンズ４の上面４ｄとの間に、配光制御素子１の光学性能に支障をきたすほどの空隙が生じない形状を有する。

次に、第２レンズ５が筐体に固定される例を示す。図２４は、筐体８に固定される第２レンズ５およびその筐体８の斜視図を示す。筐体８はネジ穴８ａを有する。ネジ７は、ネジ止め部５ｎを通してネジ穴８ａにネジ止めされる。それにより、第２レンズ５は位置固定される。基板２と第１レンズ４とは、第２レンズと筐体８との間に固定される。図示は省略するが、基板２に貫通穴を設け、その貫通穴にネジ７を通して、第２レンズ５と基板２と筐体８とをともにネジ止めしても良い。なお、第２レンズ５の筐体８へのネジ７による固定は一例である。

（効果）
以上をまとめると、本実施の形態２における面光源装置は、基板２が保持される筐体８をさらに備え、第２レンズ５は筐体８に配置位置が固定される。このような構成により、面光源装置は、例えば、基板２や配光制御素子１に不具合が生じた際に、容易にそれらを交換することができる。また、第１レンズ４は基板２または筐体８に対して位置固定される保持手段を備える必要がない。第１レンズ４は、第２レンズ５を介して基板２または筐体８に対する位置が固定される。つまり、位置固定するための接着部や保持形状を、第１レンズ４自身や基板２に設けることなく、長尺レンズである第１レンズ４の位置固定が可能である。

また、本実施の形態２における面光源装置が備える第２レンズは、係合構造５ｍまたはネジ７により、基板２に固定される。このような構成により、面光源装置は、例えば、基板２や配光制御素子１に不具合が生じた際に、容易にそれらを交換することができる。この際、第２レンズ５は基板２と位置決めピンで係合させるなどの方法により、基板２と位置関係を決めるものとする。この位置決め方法は、丸型レンズの配光制御素子を実装基板に実装する際に、その位置決めに一般的に実施されている方法である。また、第２レンズ５が係合構造５ｍによって、固定される場合、その製造工程が簡略化できる。つまり、面光源装置の製造工程において、接着に使用する治具や乾燥工程が不要となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ 配光制御素子、２ 基板、２ａ 主面、２ｂ 切欠き部、２ｃ ネジ穴、３ ＬＥＤ素子、４ 第１レンズ、４ａ 表面、４ｂ 光出射面、４ｃ 光入射面、４ｄ 上面、４ｅ 側面、４ｇ 第１端面、４ｈ 凹面部、４ｉ 凸面部、５ 第２レンズ、５ａ 接着部、５ｂ 丸型レンズ部、５ｃ 長尺レンズ部、５ｄ 保持部、５ｅ 第１保持面、５ｆ 第２保持面、５ｇ 光出射面、５ｈ 空隙、５ｉ 第２端面、５ｊ 凸部、５ｋ 凹部、５ｍ 係合構造、５ｎ ネジ止め部、６ 反射シート、６ａ 斜面、６ｂ 底面、７ ネジ、８ 筐体、８ａ ネジ穴、９１ 配光制御素子、９１ａ 接着部、９２ 基板、９３ ＬＥＤ素子、９４ 配光制御素子、１００ 面光源装置。

Claims (12)

1. 主面を含む基板と、
   前記基板の前記主面に、列をなして配置される複数の光源と、
   前記光源を覆うように前記基板の前記主面上に配置され、前記光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子とを備え、
   前記配光制御素子は、前記光源の配列方向に長手を有する第１レンズと、前記第１レンズの前記長手の方向の一端または両端に配置されかつ位置固定される第２レンズとを含み、
   前記第１レンズは、前記第２レンズによって保持され、
   前記第２レンズは、前記第１レンズとは異なる配光特性を有し、前記第１レンズの前記一端または前記両端の表面に接触する保持部を含み、
   前記保持部は、前記基板の前記主面との間に前記第１レンズを保持する面光源装置。
2. 前記第２レンズは、前記基板の前記主面に位置固定される請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記基板が保持される筐体をさらに備え、
   前記第２レンズは、前記筐体に位置固定される請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記第２レンズは、係合構造またはネジにより、前記基板に位置固定される請求項２または請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記第２レンズの前記保持部は、前記第１レンズの前記表面が含む上面に平行な第１保持面を含み、
   前記第２レンズの前記第１保持面の少なくとも一部が、前記第１レンズの前記上面に面接触する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
6. 前記第２レンズの前記保持部は、前記第１レンズの前記表面が含む側面に平行な第２保持面を含み、
   前記第２レンズの前記第２保持面の少なくとも一部が、前記第１レンズの前記側面に面接触する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の面光源装置。
7. 前記第１レンズは、前記長手の方向に直交する面において、前記表面に凹状の形状を有し、前記凹状の形状が前記長手の方向に連続して形成される凹面部を含み、
   前記第２レンズの前記保持部は、前記第１レンズの前記凹面部に接触する凸部を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
8. 前記第１レンズは、前記長手の方向に直交する面において、前記表面に凸状の形状を有し、前記凸状の形状が前記長手の方向に連続して形成される凸面部を含み、
   前記第２レンズの前記保持部は、前記第１レンズの前記凸面部に接触する凹部を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
9. 前記第２レンズの前記保持部は、平面視において、列をなして配置される前記複数の光源のうち、隣り合う前記光源の間に配置される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の面光源装置。
10. 前記第１レンズは、前記一端に設けられ前記第２レンズに対向する第１端面をさらに含み、
    前記第２レンズは、前記第１端面に対向する第２端面をさらに含み、
    前記第１レンズの前記第１端面と前記第２レンズの前記第２端面とが接触しないよう、前記第１端面と前記第２端面との間に空隙をさらに備える請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の面光源装置。
11. 前記第１レンズは、前記長手の方向に直交する面において凸状の曲率を有する形状が前記長手の方向に延在して形成される第１光出射面と、前記長手の方向に延在し複数の前記光源を覆う凹状の曲面または平面を含む光入射面とを含み、前記光源から出射する前記光を前記長手の方向に対して直交する方向に拡げ、
    前記第２レンズは、凸状の第２光出射面を有し、前記光源から出射する前記光を放射状に拡げる請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の面光源装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の面光源装置と、
    前記面光源装置より出射する面状の光が照射される表示パネルとを備える表示装置。

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