JP6837331B2 - 面光源装置、表示装置および面光源装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面状の光を発する面光源装置、およびこの面光源装置が表示パネルを照明することで表示パネルに映像が表示される表示装置、ならびにその面光源装置の製造方法に関するものである。

液晶表示装置が備える液晶パネルは、自ら発光しない。そのため、液晶表示装置は、液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの裏面側にバックライト装置すなわち面光源装置を備える。バックライト装置の構成の１つとして、複数の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）を並べた直下型のバックライト装置がある。近年では、小型で高効率、高出力なＬＥＤが開発されている。そのため、バックライト装置に使用されるＬＥＤの設置個数、または、複数のＬＥＤが列状に配置された光源であるＬＥＤＢＡＲの設置個数を減らしても、計算上では従来のバックライト装置と同様の明るさを得ることができる。特許文献１または特許文献２には、シリンドリカルレンズによってＬＥＤから出射する光線を拡げ、面状の照明光に変換するバックライト装置が開示されている。

特開２００６−２８６６０８号公報 特開２０１４―３８６９７号公報

特許文献１または特許文献２に記載のバックライト装置においては、光がシリンドリカルレンズから空気中へと光が透過する際に、シリンドリカルレンズと空気との境界面にて一部の光が反射する。照明光の均一性向上には、その境界面を透過する直接光と、境界面にて反射する反射光との両方を、照明光として利用する必要がある。しかし、その反射光は、光源から出射する光の発散角、つまり、境界面に対する光線の入射角が大きくなるほど増加する。特に、照射領域の周辺での光量の低下を抑えることは難しい。

また、光源の小型化、高効率化に伴い、ＬＥＤおよびＬＥＤから出射する光線を拡げる光学部品の配置に関する要求精度および光学部材の形状に関する要求精度が高くなっている。製造工程およびコストの観点からは、簡易な保持構造でそれら光源および光学部品が据え付けられるバックライト装置であることが望ましい。そのためには光源および光学部品の配置精度、光学部材の形状精度に対する被照射面の輝度分布の感度を小さくする必要がある。

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、配光制御素子と保持基板との配置または配光制御素子と光源との配置に関するロバスト性が高く、製造性が向上する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、光源と、光源を主面に保持する保持基板と、配光制御素子と、反射部と、を含む。配光制御素子は、保持基板の主面に当接可能な設置面を含む。配光制御素子は、光源を覆って保持基板の主面に配置され、光源から出射する光線の配光を変更する。反射部は、保持基板が配置される位置に対応して形成される開口を含む。反射部は、配光制御素子の設置面の一部にて屈折した光線を反射する。配光制御素子は、配光制御素子の外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面に形成される粗面構造を含む。粗面構造が形成される一面は、設置面とは異なる。

本発明によれば、配光制御素子と保持基板との配置または配光制御素子と光源との配置に関するロバスト性が高く、製造性が向上する面光源装置の提供が可能である。

実施の形態１における液晶表示装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１における面光源装置の光源周辺の構成を示す断面図である。 実施の形態１における面光源装置の光源の配置を示す平面図である。 実施の形態１における面光源装置の反射部を示す平面図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 前提技術における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 実施の形態１における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。 実施の形態１の変形例における面光源装置の光源周辺の構成を示す断面図である。 実施の形態２における面光源装置の光源周辺の構成を示す断面図である。

本発明に係る面光源装置およびその面光源装置を備える表示装置の実施の形態を図に基づいて説明する。なお、以下に示す実施の形態では、表示装置は液晶表示装置、表示装置が備える表示パネルは液晶パネルを例に説明する。

以下に示す実施の形態において、表示装置および面光源装置は、ｘｙｚ直交座標に基づいて図示される。ｘ軸およびｙ軸を含むｘ−ｙ平面に対し垂直な方向がｚ軸方向である。例えば、表示装置が備える表示パネルが矩形を有する場合、その表示パネルの長辺方向をｘ軸方向とし、短辺方向をｙ軸方向とする。図１は、後述する実施の形態１における面光源装置２００の構成およびそれを含む液晶表示装置１００の構成を概略的に示す断面図である。図１において、液晶パネル１の長辺方向は紙面に垂直な方向であり、短辺方向は紙面の左右方向である。液晶表示装置１００の長辺方向つまり液晶パネル１の長辺方向が水平に、その短辺方向が垂直方向に設置された場合、ｘ軸方向が水平方向であり、ｙ軸方向が垂直方向である。また、その場合、液晶表示装置１００の上側がｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）であり、下側がｙ軸の負方向（−ｙ軸方向）である。また、液晶表示装置１００が映像を表示する方向がｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）であり、その反対方向がｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）である。また、＋ｚ軸方向を表示面側という。−ｚ軸方向を裏面側という。また、液晶表示装置１００の表示面側から見て、右側がｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）であり、左側がｘ軸の負方向（−ｘ軸方向）である。「表示面側から見て」とは、＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向を見ることである。なお、本明細書において、正負の符号を付さずに軸方向を記載した場合、正の方向と負の方向との両方を含む。例えば、ｙ軸方向と記載した場合、その記載は＋ｙ軸方向と−ｙ軸方向とを含む。これらの方向は、実施の形態１に限らず他の実施の形態においても同様である。

＜実施の形態１＞
（液晶表示装置）
図１は、本実施の形態１における面光源装置２００の構成およびその面光源装置２００を含む液晶表示装置１００の構成を概略的に示す断面図である。液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１および面光源装置２００を備える。また、液晶表示装置１００は、液晶パネル１と面光源装置２００との間に、光学シート２と光学シート３とをさらに備える。また、拡散板４が、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、面光源装置２００の開口部５３に設けられる。＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向にかけて、液晶パネル１、光学シート２、光学シート３、拡散板４、面光源装置２００が順に配置される。液晶パネル１は、光学シート２および光学シート３を介して面光源装置２００と対向する裏面１ｂを有する。また、液晶パネル１は、裏面１ｂの反対側に表示面１ａを有する。裏面１ｂは、液晶パネル１の−ｚ軸方向の面であり、表示面１ａは、その＋ｚ軸方向の面である。表示面１ａは、平面状の矩形形状を有する。つまり、表示面１ａはｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる平面を有する。また、その平面を構成するｘ軸方向の長辺とｙ軸方向の短辺とは直交する。なお、上記の表示面１ａの形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、液晶パネル１は液晶層（図示せず）を含み、その液晶層はｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる面状の構造を有する。

面光源装置２００は、拡散板４から面状の光を出射し、光学シート３および光学シート２を通して、液晶パネル１の裏面１ｂを照明する。光学シート３は、拡散板４から放射された光の進行方向を、液晶パネル１の表示面１ａに対し、法線方向に向ける機能を有する。光学シート２は、細かな照明光のむらなどを低減し光学的な悪影響を抑制する。液晶パネル１は、裏面１ｂから入射した照明光を画像光に変換する。「画像光」とは画像情報を有する光のことである。

（面光源装置）
面光源装置２００は、配光制御素子６、光源７、保持基板８および反射部５を備える。反射部５は、配光制御素子６と光源７とを収容可能に容器形状に形成される。その反射部５は、底面５１、側面５２および開口部５３を含む。また、面光源装置２００は筐体１０をさらに備える。筐体１０は反射部５および保持基板８を保持して収納する部材である。反射部５は筐体１０の内壁に沿って配置される。筐体１０は、反射部５の形状を反映して、上部つまり液晶パネル１が配置される方向に開口を含む容器形状を有する。筐体１０を構成する材料は、例えば、樹脂または金属板である。

図２は、面光源装置２００の光源７の周辺を拡大した断面図である。光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。配光制御素子６は、光源７を覆って保持基板８の主面８１側に配置される。

（保持基板）
本実施の形態１では、保持基板８は、ｘ軸方向に長い外形を有する。つまり、保持基板８は、後述する配光制御素子６の長手の方向および光源７の配列方向に長い外形を有する。また、保持基板８は、平面視において、矩形状の板形状を有する。また、保持基板８は主面８１を有する。その主面８１は、保持基板８の表面であり、その表面とは、例えば実装面である。保持基板８は、後述する光源７が主面８１に実装される実装基板である。保持基板８の主面８１は、例えば、白色のレジスト層あるいはレジスト層の上に白色のシルク層を含み、反射面の機能を有する。光源７と配光制御素子６とが配置された保持基板８は、筐体１０の底面１０ａに保持される。筐体１０の底面１０ａに保持される保持基板８の面は、主面８１とは反対側に位置する裏面８２である。その保持基板８の裏面８２とは保持基板８の−ｚ軸方向の面である。保持基板８の裏面８２は、光源７にて発生した熱を、保持基板８の主面８１を介して筐体１０に伝えて放熱する。また、面光源装置２００は、例えば、保持基板８と筐体１０との間に放熱シートを設けて、その放熱効果を高めても良い。

（光源）
光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。本実施の形態１では、面光源装置２００は、複数の光源７を備える。図３は、保持基板８の主面８１に配置された複数の光源７を示す平面図である。図３は、保持基板８の主面８１側に配置される配光制御素子６の図示を省略している。複数の光源７が保持基板８の主面８１に、離散的につまり所定の間隔を有して列状に配置される。その配列方向はｘ軸方向である。

また、図２に示すように、光源７の−ｚ軸方向の面である裏面７２は保持基板８の主面８１に接している。それにより、光源７は保持基板８に保持される。また、光源７は保持基板８に導通可能に接続され、光源７はその裏面７２を介して給電される。また、本実施の形態１では、光源７が有する裏面７２とは異なる他の面は発光面である。例えば、光源７の裏面７２と対向する表面７１は発光面である。または、例えば、光源７が直方体形状である場合には、光源７の裏面７２とは異なる５面が発光面である。

光源７は、例えば、固体光源である。その固体光源とは、例えば、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ素子という）である。または、例えば、光源７は、有機エレクトロルミネッセンス光源又は平面上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光する光源等を含む。なお、本実施の形態１では、光源７はＬＥＤ素子である。

（配光制御素子）
配光制御素子６は、保持基板８の主面８１に光源７を覆うように配置される。つまり、配光制御素子６は、光源７の＋ｚ軸方向に、光源７を囲うように配置される。本実施の形態１において、配光制御素子６は、複数の光源７が配列される方向すなわちｘ軸方向に沿って長手を有する光学素子である。例えば、配光制御素子６は、シリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面を有するレンズである。シリンドリカルレンズは、第１の方向に曲率を有し、その第１の方向に垂直な第２の方向に曲率を有さない。シリンドリカルレンズから出射する光は、一方向に集光または発散する。例えば凸型のシリンドリカルレンズに平行に光が入射すると、その光は線状に集光する。この集光した線を焦線という。本実施の形態１では、第１の方向は、光源７が配列される方向とは直交する方向、つまりｙ軸方向である。第２の方向は、光源７が配列される方向に平行な方向、つまりｘ軸方向である。

図２に示すように、配光制御素子６の外形を構成する複数の面のうち、裏面側つまり保持基板８側に位置する設置面６３が、保持基板８の主面８１に当接する。それにより、配光制御素子６は、保持基板８に保持される。本実施の形態１においては、その設置面６３は、保持基板８の主面８１に平行な面を含む。

配光制御素子６の外形を構成する複数の面は、設置面６３とは異なる位置に、光入射面６１を含む。光入射面６１は、光源７を覆うように位置し、凹状の曲面または平面で形成される。その凹状の曲面は、例えば非球面またはシリンドリカル面である。光入射面６１は、光源７の配列方向つまり配光制御素子６の長手の方向に延在する。つまり、光入射面６１は溝形状を有する。光入射面６１には、光源７から出射する光が入射する。

また、配光制御素子６の外形を構成する複数の面は、設置面６３とは異なる位置に、光出射面６２を含む。光出射面６２は、光入射面６１に対して光源７とは反対側に位置する。すなわち、光出射面６２は、配光制御素子６の＋ｚ軸方向の面、つまり＋ｚ軸方向に露出している面である。光出射面６２は、凸状のシリンドリカル面を含み、そのシリンドリカル面は光源７の配列方向とは直交する面において、つまりｙ−ｚ平面おいて凸状の曲率を有する。また、光出射面６２は光入射面６１よりも面積が大きい。光入射面６１から入射した光は光出射面６２から配光制御素子６の外部へ出射する。

配光制御素子６は、その外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面に粗面構造６ａを含む。粗面構造６ａは凹凸を有する微細構造であり、図２には、その粗面構造６ａの凹凸の高さおよび周期の図示は省略している。光入射面６１の凹型の曲率は、その粗面構造６ａ凹凸よりも大きい。また、同様に、凸型の光出射面６２の曲率は、その粗面構造６ａの凹凸よりも大きい。粗面構造６ａは、光源７から出射する光線を散乱または回折させる。粗面構造６ａは、光入射面６１または光出射面６２における光線の屈折の程度に比べて、粗面構造６ａによる光の散乱または回折の程度が小さくなるような凹凸の周期または高さを有する。すなわち、粗面構造６ａは、光入射面６１または光出射面６２による配光制御の効果を消失させるものではない。

その粗面構造６ａが形成される一面は、設置面６３とは異なる面である。本実施の形態１においては、粗面構造６ａは光入射面６１に沿って形成される。粗面構造６ａは、配光制御素子６の長手の方向に延在する。なお、図２に示す粗面構造６ａは、光入射面６１の全面に形成されているが、光入射面６１の一部に形成されていてもよい。

配光制御素子６は透明材料で形成される。例えば、その透明材料は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等である。

図２に示すように、前述した光源７は、配光制御素子６の光入射面６１によって形成される凹部に配置される。凹部とは、光入射面６１と保持基板８の主面８１とによって囲まれた空間のことである。すなわち凹部とは、光入射面６１の−ｚ軸方向に位置する空間のことである。

配光制御素子６の光軸Ｃはｚ軸に平行である。「光軸」とは、レンズ又は球面鏡などの、中心と焦点とを通る直線である。光学素子がシリンドリカル面を有する場合には、曲率を有するその断面形状で光軸Ｃは定められる。つまり、本実施の形態１では、光軸Ｃは、光源７が配列される方向に対し垂直な平面、つまりｘ軸方向に垂直なｙ−ｚ平面における光出射面６２の形状で定められる。

配光制御素子６は、光源７から出射する光の伝搬方向を所定の方向に拡げ、配光を変更する機能を有する。本実施の形態１では、その所定の方向とは、配光制御素子６のシリンドリカル面が光を拡げる方向であり、後述する反射部５の底面５１に対し平行かつ配光制御素子６の長手の方向に対して直交する方向である。なお、本実施の形態１においては、反射部５の底面５１は保持基板８の主面８１に平行である。よって所定の方向とは、保持基板８の主面８１に対し平行かつ配光制御素子６の長手の方向に対して直交する方向である。つまり、その方向はｙ軸方向である。

なお、「配光」とは、空間に対する光源の光度分布をいう。つまり、光源から出射する光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を、その微小立体角で割ったものである。つまり、光度とは、光源からどのくらい強度を有する光が出射しているかを表す物理量である。上記の構成を配光制御素子６が備えることにより、光源７から出射する光はｙ−ｚ平面上において集光または発散する。

また、上記のように配光制御素子６は棒状の形状を有する。よって、面光源装置２００は、列状に並べられた複数の光源７の個数よりも少ない数の配光制御素子６を備えることができる。例えば、本実施の形態１において、面光源装置２００は複数の光源７を備えるが、配光制御素子６の設置個数は１個である。このように、配光制御素子６が棒状の形状を有する場合、面光源装置２００は配光制御素子６の設置個数を減らすことができる。また、その装着工程は、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を固定するだけでよく、接着等の固定作業が容易である。

（反射部）
図１に示すように、面光源装置２００は反射部５を備える。反射部５は、保持基板８に保持された光源７と配光制御素子６とを収容可能な容器形状を有する。図４は、面光源装置２００が備える反射部５の平面図である。なお図４は拡散板４の図示を省略している。反射部５は、図４に示すように、ｘ−ｙ平面に平行な１つの底面５１及びその底面５１に接続する４つの側面５２（側面５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）を含む。このように反射部５は５つの面を備える。図１に示すように、反射部５の側面５２はその底面５１と対向する開口部５３の外周を囲う。本実施の形態１において、反射部５の底面５１は拡散板４の矩形形状よりも小さい矩形形状を有する。また、反射部５の底面５１は拡散板４に平行つまり面光源装置２００の光出射面に平行に配置される。さらに、反射部５の側面５２は、その底面５１の外周と拡散板４の外周とを接続する。つまり、４つの側面５２は反射部５の底面５１の外周から拡散板４の外周に向けて傾斜している。このように、反射部５及び拡散板４は、中空の容器形状を構成する。

以下に反射部５の形状をｘｙｚ座標軸により説明する。図４に示す４つの側面５２のうち、反射部５の底面５１のｘ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ａおよび側面５２ｂは、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、＋ｙ軸方向の側面５２ａは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、−ｙ軸方向の側面５２ｂは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、反射部５の底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。また、４つの側面５２のうち、反射部５の底面５１のｙ方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ｃおよび側面５２ｄも、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、−ｘ軸方向の側面５２ｃは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、反射部５の底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、＋ｘ軸方向の側面５２ｄは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、反射部５の底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。反射部５の反射部５の底面５１に対向する＋ｚ軸方向には、開口部５３が形成されている。

図１または図４に示すように、反射部５の底面５１で規定される面内には、保持基板８に保持される光源７と配光制御素子６とが配置される。つまり、面光源装置２００の平面視において、光源７と配光制御素子６とは反射部５の底面５１の面内に配置される。

また、本実施の形態１の反射部５の底面５１は、保持基板８が配置される位置に対応して開口を有する。図２に示すように、その開口を形成する輪郭部５５は、保持基板８の両側に位置し、かつ、配光制御素子６と筐体１０との間に配置される。つまり、輪郭部５５は、平面視においては、保持基板８の外周を囲むように、また、断面視においては、配光制御素子６と筐体１０との間の空隙に配置される。

図１および図２に示すように反射部５は、その内側に反射面５４を有する。反射部５は光を反射する部材であり、その反射面５４は、例えば、シート状の部材である反射シートである。反射部５の反射面５４は、例えば、拡散反射面であってもよい。反射部５は、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート又は基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等である。

（拡散板）
図１に示すように、拡散板４は、反射部５の底面５１に対面し、かつ、配光制御素子６を覆って配置される。本実施の形態１では、拡散板４は、開口部５３を覆うように配置される。拡散板４は、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、反射部５に対し＋ｚ軸方向に配置される。拡散板４は、例えば、薄板形状を有する。または、例えば、拡散板４はシート状である。または、拡散板４は透明基板とその透明基板上に形成された拡散膜とを含む構成であっても良い。

拡散板４は、光を拡散する。「拡散」とは、拡がり散ることである。つまり、光が散乱することである。なお、以下の説明において、例えば、「光線は拡散板４に到達する」などの説明をしている。上述したように、拡散板４は反射部５の開口部５３に配置されている。よって、「光線は拡散板４に到達する」という記載は、「光線は開口部５３に到達する」に言い換えることができる。また、開口部５３または拡散板４は、面光源装置２００の光出射面として機能している。このため、「光線は拡散板４に到達する」という記載は、「光線は面光源装置２００の光出射面に到達する」に言い換えることができる。

（面光源装置の製造方法）
面光源装置２００の製造方法は、以下に示す配光制御素子６の製造工程を含む。まず、配光制御素子６を準備する。その配光制御素子６を準備する工程において、配光制御素子６は、例えば押出し成形によって製造される。その配光制御素子６の外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面に、粗し処理を施して粗面構造６ａが形成される。粗面構造６ａが形成される一面は、保持基板８の主面８１に当接可能な設置面６３とは異なる面である。本実施の形態１においては、光入射面６１に粗面構造６ａが形成される。

上記の粗し処理は、光入射面６１を研磨することを含む。例えば、配光制御素子６を押出し成形する際に光入射面６１を摩擦する。または、粗し処理は、配光制御素子６の成形後に、光入射面６１にサンドブラスト加工を施すことを含む。

（配光に関する前提技術）
本実施の形態１における面光源装置２００の作用および効果を説明する前に、本発明の前提技術を説明する。なお、本前提技術は、粗面構造６ａが形成されていない面光源装置を例に示す。図５は、粗面構造６ａが形成されていない前提技術に係る面光源装置３００が含む光源７の周辺の構成を示す断面図である。図５に示すように、面光源装置３００が備える配光制御素子９６には粗面構造が形成されていない。一方で、その配光制御素子９６における、光入射面６１、光出射面６２および設置面６３の位置は、それぞれ図２に示した面光源装置２００が備える配光制御素子６における光入射面６１、光出射面６２および設置面６３と同様である。図５は、光源７から＋ｚ軸方向に出射し、ｙ−ｚ平面のみに拡がる一部の光線７３ａの図示を含む。光線７３ａは、光軸Ｃに対して−ｙ軸方向に狭い角度で光源７から出射する光線である。光源７から出射した光線７３ａは、光入射面６１にて屈折し、配光制御素子９６内部へ入射する。スネルの法則により、屈折率の小さな媒質から屈折率の大きな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも小さくなる。また、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも大きくなる。配光制御素子９６がアクリル樹脂製である場合、図５に示すように、光線７３ａは、光入射面６１で−ｙ軸方向に屈折する。光線７３ａは配光制御素子９６の内部を進行し、光出射面６２に達する。光線７３ａは、凸面形状を有する光出射面６２によって、光軸Ｃに対する角度がさらに大きくなる方向つまり−ｙ軸方向に屈折する。

図６は、配光制御素子９６の平面図であり、＋ｚ軸側からｘ−ｙ平面を観察した図である。図６は光源７から出射する一部の光線７３ｂの図示を含む。光線７３ｂは、光源７から出射し、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線のうち、光軸Ｃに対する角度が光線７３ａよりも広い光線である。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図６において上下方向のみに拡がる光線のことである。

図７は、面光源装置３００の光源７の周辺の側面を示す図であり、−ｙ軸方向からｚ−ｘ平面を観察した図である。図７は光源７から出射する一部の光線７３ｃの図示を含む。光線７３ｃは、光源７から出射し、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線のうち、光軸Ｃに対する角度が光線７３ａよりも広い光線である。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図７において上下方向のみに拡がる光線のことである。

図５から図７に示すように、配光制御素子９６は、光源７から出射する光を発散させる。配光制御素子９６から出射した光線７３ａ、光線７３ｂまたは光線７３ｃは図１に示す拡散板４へ到達する。各光線の図示は省略するが、拡散板４に到達した光線の一部は反射して、反射部５の容器状の空間内を進行する。その光線は、反射部５の底面５１又は側面５２で反射されて、再び拡散板４に到達する。到達した光は拡散板４を透過しながら拡散される。そして、拡散板４を透過した光は、均一性を有する面状の照明光となる。この照明光は、光学シート３及び光学シート２を介して、液晶パネル１の裏面１ｂに照射される。

図８は、面光源装置３００の光源７の周辺を示す断面図であり、光源７から出射する一部の光線７３ｄの図示を含む。光線７３ｄは、図５に示した光線７３ａとは異なり、＋ｘ軸方向に拡がる角度成分、つまり＋ｘ軸方向のベクトル成分も有する。また、図９は、配光制御素子９６の平面図であり、＋ｚ軸方向からｘ−ｙ平面を観察した図である。図９は、光源７から出射する一部の光線７３ｆの図示を含む。光線７３ｆは、＋ｘ軸方向のベクトル成分を有する。なお、ｘ軸方向に拡がる角度成分を有する光線とは、図９において、斜め方向あるいはｘ軸と平行に拡がる光線を意味する。図８に示す光線７３ｄまたは図９に示す光線７３ｆは、図５に示したｙ−ｚ平面上のみを伝搬する光線７３ａよりも光出射面６２に対する入射角が大きくなる。これは、光出射面６２に対する入射角に＋ｘ軸方向のベクトル成分が合成されるためである。そのため＋ｘ軸方向のベクトル成分が大きな光線は光出射面６２で全反射条件を満たしやすい。

図８に示す光線７３ｅは、光源７から出射した光線７３ｄのうち光出射面６２に対する入射角度が大きく、全反射された光線を示す。光出射面６２にて全反射された光線７３ｅは−ｚ軸方向へ進み、その一部は配光制御素子９６の設置面６３すなわち裏面の一部にて屈折して反射部５の底面５１に達する。反射部５の底面５１に到達した光線７３ｅは、反射面５４によって拡散反射される。図示は省略するが、拡散反射された光線の一部は再度、配光制御素子９６の内部へ入射し、その他の光線は、拡散板４へ到達する。配光制御素子９６の内部に入射した光線は、光出射面６２で屈折され出射する。光出射面６２から出射した光線は拡散板４へ到達する。また、図示は省略するが、光線７３ｄまたは光線７３ｅとは別に、光源７から出射し、光出射面６２で反射された光線の一部は、保持基板８の主面８１へ達する。その光線は、保持基板８の主面８１で反射され、再度、配光制御素子９６の内部へ入射する。そして、その光線は、配光制御素子９６の光出射面６２にて屈折し、拡散板４に到達する。

以上に述べた光源７から出射し拡散板４に到達する光線は、２つの成分、つまり直接光成分と反射光成分とに分けることができる。直接光成分とは、光源７から出射した光線のうち、配光制御素子６で屈折した後、直接、拡散板４に到達する光線である。反射光成分とは、配光制御素子６の内部で反射した後、反射部５で拡散反射してから、拡散板４に到達する光線である。反射光成分は、反射部５による拡散反射の影響を含むため、配光制御素子６によってその空間的な輝度分布を制御することが難しい。光源７から出射する光を効率良く利用するためには、面光源装置２００は反射光成分を含めて配光を制御する必要がある。また、面光源装置２００は、その光出射面で均一な輝度分布を有する照明光を得るためには、直接光成分および反射光成分のバランスを配光制御素子６で制御することが好ましい。例えば、配光制御素子６が反射光成分の分布に合わせて直接光成分の分布をあえて不均一にする等の制御が必要となる。

さらに、上述したように、光源７の小型化または高効率化に伴い、面光源装置２００には従来よりも高い配光制御が求められる。それに関係して、面光源装置２００に必要とされる光源７および配光制御素子６の配置精度が高くなっている。また、光源７から出射する光線を拡げる光学部品の配置精度ならびに光学部材の形状精度も高くなっている。つまり、配光制御素子６の光入射面６１および光出射面６２に要求される面形状精度も向上している。配光制御素子６が押出し成形で製造される場合、その製造工程において管理可能な形状精度が、その要求仕様を満たすことができない可能性がある。このように、配光制御素子６の製造難易度、さらには、面光源装置２００の製造難易度は近年上昇している。

（粗面構造の作用）
図１０は、本実施の形態１における面光源装置２００が含む光源７の周辺の構成を示す図である。図１０は、光源７から出射する一部の光線７３ｇの図示を含む。面光源装置２００は、上記のように、配光制御素子６の光入射面６１に粗面構造６ａを含む。光源７から出射し、光入射面６１の粗面構造６ａに入射した光線７３ｇは、粗面構造６ａに到達し散乱または回折され、進行方向を変える。ただし、その粗面構造６ａによる光線７３ｇの散乱または回折の程度は、光入射面６１または光出射面６２における光線７３ｇの屈折の程度に比べて小さい。つまり、粗面構造６ａにおいて、光線７３ｇはランダムな方向に進行方向が変更されるが、光入射面６１または光出射面６２における配光制御の効果を消失させる程度の多重散乱や多重回折は起こらない。

光の配光は、配光制御素子６の光入射面６１および光出射面６２の面形状に依存した屈折によって、面光源装置２００の光出射面つまり拡散板４に向けられる。粗面構造６ａによる光の散乱が屈折よりも支配的となった場合、配光制御素子６は、光入射面６１および光出射面６２において光線７３ｇを設計どおりに屈折させ、配光することが難しくなる。例えば、粗面構造６ａによる光の散乱効果が増すと、面光源装置２００の輝度は光源７の配置位置近くは高く、光源７から離れるにつれて低くなる可能性がある。本実施の形態１において、粗面構造６ａは、光入射面６１または光出射面６２における光線の屈折の程度に比べて、粗面構造６ａによる光の散乱または回折の程度が小さくなるような周期または高さを有する。そのため、粗面構造６ａによる光の散乱が支配的となることはない。

図１０に示す光線７３ｇは、粗面構造６ａに入射した光線の散乱の様子を模式的に示す。光源７から出射する各光線７３ｇは、光入射面６１で屈折し、粗面構造６ａに入射する。なお、図１０では、粗面構造６ａに入射する光線７３ｇは３本の線で図示しているが、各光線７３ｇは、ほぼ同一の光路を進む３本の光線を含む。よって、図１０に示す光線７３ｇは、計９本の光線からなる。ほぼ同一の光路を伝搬して入射した光線７３ｇは、粗面構造６ａによって、ランダムな方向へ進行方向が変更される。散乱または回折された光線７３ｇは、光入射面６１において屈折した方向をおおよそ保ちながら配光制御素子６の光出射面６２に達する。光出射面６２から出射する光線７３ｇは、粗面構造６ａがない場合つまり前提技術と比較して、広い範囲を照射する。よって、面状の光の均一性が向上する。

また、粗面構造６ａによって、光線７３ｇは、配光制御素子６の光入射面６１および光出射面６２の面形状に依存しない光伝搬経路を通る。配光制御素子６が、光源７に対し所定の位置からずれて配置された場合、光入射面６１における光線の入射角と出射角が設計からずれるものの、粗面構造６ａによって、そのずれが緩和される。配光制御素子６の光入射面６１の形状精度が要求精度を満たさない場合においても同様であり、粗面構造６ａがその悪影響を低減する。このように、粗面構造６ａは、面形状精度および配置精度に対する光線７３ｇの感度を鈍らせることができる。言い換えると、粗面構造６ａは、配光制御素子６の面形状精度および配置精度に許容度を与える。その結果、面光源装置２００の被照射面における輝度分布が安定する。

（効果）
以上のように、光出射面６２から出射する光線７３ｇは、粗面構造６ａがない場合つまり前提技術と比較して、広い範囲を照射する。よって、面状の光の均一性が向上する。また、粗面構造６ａは、配光制御素子６の面形状精度および配置精度に許容度を与える。面光源装置２００の被照射面における輝度分布が安定する。

以上をまとめると、本実施の形態１における面光源装置２００は、光源７と、光源７を主面８１に保持する保持基板８と、光源７を覆って保持基板８の主面８１に配置され、光源７から出射する光線７３ｇの配光を変更する配光制御素子６とを備える。配光制御素子６は、配光制御素子６の外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面に形成される粗面構造６ａを含む。その粗面構造６ａが形成される一面は、保持基板８の主面８１に当接可能な設置面６３とは異なる面である。

以上のような構成により、面光源装置２００は、配光制御素子６の光出射面６２を透過した光線と、光出射面６２にて反射した光線の両方を用いて面状の光の均一性を向上させることができる。また、配光制御素子６と保持基板８との配置または配光制御素子６と光源７との配置に関する製造時のロバスト性が向上する。また、粗面構造６ａの高さまたは周期によって粗面構造６ａによる光線７３ｇの散乱の程度を調整することができる。光入射面６１または光出射面６２における光線の屈折の程度に比べて、粗面構造６ａによる光線７３ｇの散乱の程度が小さくなるよう調整することができる。

また、面光源装置２００は、均一性の高い輝度分布の面状の光を発するため、液晶表示装置１００のバックライト以外に、例えば、部屋の照明等で用いられる照明装置としても利用できる。また、面光源装置２００は、例えば、写真などを裏面側から照明する広告表示装置などにも利用できる。なお、本実施の形態に示した面光源装置２００を含む液晶表示装置１００は、一例である。面光源装置２００が液晶パネル１とは異なる種類の表示パネルを照明し、その表示パネルと面光源装置２００とを備える表示装置においても同様の効果を奏する。

また、本実施の形態１において、設置面６３とは異なる複数の面は、光源７を覆って位置しかつ光源７から出射する光線７３ｇが入射する光入射面６１と、光入射面６１より入射した光線７３ｇが出射する光出射面６２とを含む。粗面構造６ａが形成される一面は、光入射面６１である。光入射面６１は、光源７に近いため、光源７から出射する多くの光線が通過する。その光入射面６１に形成された粗面構造６ａは、光源７から出射する多くの光を散乱させる。また、光出射面６２よりも面積の小さい光入射面６１に粗面構造６ａを形成するため低コストである。

また、実施の形態１における面光源装置２００は、保持基板８の主面８１に列をなして離散的に配置される複数の光源７をさらに備える。配光制御素子６は、複数の光源７の配列方向に長手を有する。光入射面６１は、複数の光源７を覆って長手の方向に延在し、かつ、長手の方向と直交する面において平面、または、粗面構造６ａよりも大きな曲率を有する曲面を含む凹型の形状を有する。光出射面６２は、長手の方向と直交する面において粗面構造６ａよりも大きな曲率を有する凸型のシリンドリカル面を含む。粗面構造６ａは、長手の方向に延在する。このような構成により、面光源装置２００は、光源７の個数よりも少ない配光制御素子６を備えることができる。つまり、面光源装置２００は、配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、列状に並べられた複数の光源７に対して、それら光源７よりも少ない個数の配光制御素子６を固定するだけでよく、装着作業が容易である。さらに、棒状の配光制御素子６は、押出し成形によって製造することができ、面光源装置２００の製造コストを低減することが可能である。

なお、配光制御素子６は、光源７の長手の方向に棒状の形状を有する光学素子に限られない。面光源装置は、１つの光源に１つの配光制御素子、例えば半球状のレンズを取り付けても実施の形態１と同様の効果を奏する。ただし、各光源に対し個別の配光制御素子を備える面光源装置では、配光制御素子の設置個数が多くなる。また、その製造工程において、各光源に各配光制御素子（レンズ）を固定する必要があり工程数が増加する。

また、本実施の形態１における面光源装置２００は、反射部５をさらに備える。反射部５は、拡散板４が設置される開口部５３と、反射面５４とを含む。また反射部５は、光源７と配光制御素子６とを収容可能な容器形状を有する。反射面５４は容器形状の内側に配置され、配光制御素子６から出射する光を反射する。開口部５３は、配光制御素子６から出射する光および反射面５４にて反射する光を拡散板４を介して出射する。このような構成により、面光源装置２００からは、均一性がさらに向上した面状の光が出射する。

本実施の形態１における表示装置は液晶表示装置１００であり、その液晶表示装置１００は、面光源装置２００と、面光源装置２００から出射する面状の光を画像光に変換する表示パネルとを備える。その表示パネルは液晶パネル１である。均一性が従来よりも向上した面光源装置２００によって液晶パネル１を照明する液晶表示装置１００は、従来よりも高い映像品質を実現する。

実施の形態１における面光源装置２００の製造方法は、配光制御素子６を準備する工程と、配光制御素子６の外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面に、粗し処理を施して粗面構造６ａを形成する工程とを備える。粗面構造６ａが形成される一面は、保持基板８の主面８１に当接可能な設置面６３とは異なる面である。その一面は、本実施の形態１においては光入射面６１である。このような構成を備える面光源装置２００の製造方法は、配光制御素子６の成形後または成形の際に、簡易な表面加工を施すことによって粗面構造６ａが得られるという利点を有する。

本実施の形態１における配光制御素子６は、光入射面６１の表面に粗面構造６ａを含むが、光入射面に拡散層が形成された配光制御素子も、本実施の形態１と同様の効果を奏する。そのような拡散層を含む配光制御素子は、例えば、透明な配光制御素子本体と、拡散材料を含む拡散層とを２色成形することにより製造される。しかし、その２色成形による配光制御素子の製造方法には、拡散層の厚さ制御が必要となる。その厚さの誤差は、光源７から出射する光線の配光を制御するという配光制御素子の機能に影響を与え得るからである。そのため、拡散層を含む配光制御素子の製造方法には高い作製精度が要求されその成形は困難である。本実施の形態１に示した面光源装置２００の製造方法は、配光制御素子６を押出し成形する際、または、押出し成形後に、簡易な表面加工を一面に施すことによって粗面構造６ａを形成することができる。

また、押出し成形による配光制御素子６の製造方法は、配光制御素子６の長さを自由に変えることができる。例えば、液晶表示装置１００の大きさが異なる場合でも、同じ金型を用いて、長さだけを変更した配光制御素子６を製造し、面光源装置２００へ実装することが可能である。また、同様に、光源７の設置個数が増減したとしても、配光制御素子６を作製するための金型の変更が不要である。例えば、輝度を向上させるために光源７の設置個数が増加しても、それら複数の光源７を同じ配光制御素子６で覆うことが可能である。つまり、面光源装置２００は、光源７の設置個数を変えるだけで、輝度の調整が可能である。押出し成形によって製造される配光制御素子６は、最適な光源７の個数と配置とを有する面光源装置２００の作製を可能とする。このように、押出し成形により製造される配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１の変形例における面光源装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成は説明を省略する。

図１１は、実施の形態１の変形例における面光源装置２０１の光源７の周辺の構成を示す図である。本変形例では、粗面構造６ａが形成される一面は、光出射面６２である。粗面構造６ａは、光出射面６２の表面に沿って形成されている。なお、図１１に示す粗面構造６ａは、光出射面６２の上面側（＋ｚ軸方向）に形成されているが、側面（ｙ軸方向の面）まで覆うように形成されても良い。このような構成を備える面光源装置２０１は、上記の実施の形態１に示した面光源装置２００と同様の光学的効果を奏する。また、光出射面６２は光入射面６１よりも面積が大きいため、粗面構造６ａの形成が容易である。

また、図示は省略するが、粗面構造６ａは、光入射面６１と光出射面６２との両面に沿って形成されていても良い。そのような構成を含む面光源装置は、上記と同様の効果を奏する。

＜実施の形態２＞
実施の形態２における面光源装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成は説明を省略する。図１２は、実施の形態２における面光源装置２０２の光源７の周辺の構成を示す図である。粗面構造６ａは、光入射面６１の一部領域６１ａに形成されている。つまり実施の形態２では、配光制御素子６の外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面の一部領域６１ａに粗面構造６ａが形成される。

配光制御素子６の光入射面６１に入射する光線の密度つまり単位面積当たりの光強度は、光入射面６１の部位によって異なる。そして、要求される面形状の精度は、その光線の密度に依存する。本実施の形態２における粗面構造６ａは、高い面形状精度が要求される部位に対応する一部領域６１ａに形成される。例えば、光線の密度が周囲よりも高い部位に、その周囲よりも高い面形状精度が要求される場合、粗面構造６ａが形成される一部領域６１ａは、その一部領域６１ａを通過する光線の密度が、その周辺領域を通過する光線の密度よりも高い領域である。

このような構成を含む面光源装置２０２においては、配光制御素子６と保持基板８との配置または配光制御素子６と光源７との配置に関するロバスト性が向上する。また、粗面構造６ａを形成する面積を削減でき、低コストである。

また同様に、光出射面６２に入射する光線の密度は、光出射面６２の部位によって異なる。図示は省略するが、光出射面６２において、光線の密度が高い一部領域に粗面構造が形成される面光源装置も本実施の形態２と同様の効果を奏する。

上述の各実施の形態においては、部品間の位置関係もしくは部品の形状を示すために、「平行」や「垂直」などの用語を用いている。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含む。このため、請求の範囲内の部品間の位置関係もしくは部品の形状の記載は、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含む。

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 液晶パネル、５ 反射部、６ 配光制御素子、６０ 面、６１ 光入射面、６２ 光出射面、６３ 設置面、６ａ 粗面構造、７ 光源、８ 保持基板、８１ 主面、１０ 筐体、１００ 液晶表示装置、２００ 面光源装置。

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源を主面に保持する保持基板と、
   前記保持基板の前記主面に当接可能な設置面を含み、前記光源を覆って前記保持基板の前記主面に配置され、前記光源から出射する光線の配光を変更する配光制御素子と、
   前記保持基板が配置される位置に対応して形成される開口を含み、前記配光制御素子の前記設置面の一部にて屈折した前記光線を反射する反射部と、を備え、
   前記配光制御素子は、前記配光制御素子の外形を構成する複数の面のうち少なくとも一面の表面に形成される粗面構造を含み、
   前記粗面構造が形成される前記一面は、前記設置面とは異なる面光源装置。
2. 前記配光制御素子は、前記保持基板よりも幅が広く、
   前記設置面は、前記保持基板の前記主面の外側にはみ出している部分を有し、
   前記反射部の前記開口を形成する輪郭部は、前記設置面が前記保持基板の前記主面の外側にはみ出している前記部分の下方に位置する、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記設置面とは異なる前記複数の面は、前記光源を覆って位置しかつ前記光源から出射する前記光線が入射する光入射面と、前記光入射面より入射した前記光線が出射する光出射面とを含み、
   前記粗面構造が形成される前記一面は、前記光入射面、または、前記光出射面である請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記保持基板の前記主面に列をなして離散的に配置される複数の前記光源をさらに備え、
   前記配光制御素子は、前記複数の光源の配列方向に長手を有し、
   前記光入射面は、前記複数の光源を覆って前記長手の方向に延在し、かつ、前記長手の方向と直交する面において曲面または平面を含む凹型の形状を有し、
   前記光出射面は、前記長手の方向と直交する面において凸型のシリンドリカル面を含み、
   前記粗面構造は、前記長手の方向に延在し、かつ、前記光入射面または前記光出射面における前記光線の屈折の程度に比べて前記光線の散乱または回折の程度が小さい微細構造を有する請求項３に記載の面光源装置。
5. 前記粗面構造は、前記一面の一部領域に形成される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
6. 前記粗面構造が形成される前記一面の前記一部領域は、前記一部領域における単位面積当たりの光強度が、前記一部領域とは異なる前記一面の領域における単位面積当たりの光強度よりも高い領域である請求項５に記載の面光源装置。
7. 請求項１から請求項６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出射する面状の光を画像光に変換する表示パネルとを備える表示装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の面光源装置の製造方法であって、
   前記配光制御素子を準備する工程と、
   前記配光制御素子の前記外形を構成する前記複数の面のうち少なくとも一面の表面に、粗し処理を施して前記粗面構造を形成する工程とを備え、
   前記粗面構造が形成される前記一面は、前記保持基板の前記主面に当接可能な設置面とは異なる面光源装置の製造方法。

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