WO2012165474A1 - 発光素子、調光素子、表示装置および照明装置 - Google Patents

発光素子、調光素子、表示装置および照明装置 Download PDF

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豪 鎌田
昇平 勝田
柴田　諭
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    • G02B6/0051—Diffusing sheet or layer

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element, a light control element, a display device, and a lighting device.
  • an illumination device of Patent Document 1 As a sidelight type illumination device in which a light emitting element is arranged on an end face of a light guide, an illumination device of Patent Document 1 is known.
  • a sidelight type lighting device in order to increase the luminance of illumination light, a plurality of light emitting elements are generally installed on the end face of a light guide.
  • the directivity of the light emitted from the light emitting element is high, light brightness and darkness may occur at the boundary portion between adjacent light emitting elements, which may cause uneven brightness. Therefore, in the illumination device of Patent Document 1, the light emitted from the light emitting element is diffused by the diffusion member so that a uniform amount of light can be obtained in the entire light guide.
  • a diffusion member is installed between the light emitting element and the light guide.
  • the number of parts increases, leading to an increase in cost.
  • the light emitted from the light emitting element since light emitted from the light emitting element propagates while totally reflecting inside the light guide, the light emitted from the light emitting element is orthogonal to the light emitting surface of the light guide (the light guide plate). When diffused in the thickness direction), the light is not totally reflected. For this reason, light leakage occurs in the vicinity of the light incident surface of the light guide, resulting in uneven brightness.
  • An object of an aspect of the present invention is to provide a light emitting element, a light control element, a display device, and a lighting device that can suppress uneven luminance.
  • a light-emitting element includes a light source and a mirror that reflects light emitted from the light source, and is orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis of the light reflected by the mirror.
  • the two directions are the first direction and the second direction, the light diffusion angle in the first direction and the light diffusion angle in the second direction are different from each other.
  • the mirror When the mirror is cut by a first plane and a second plane perpendicular to each other including the optical axis, the mirror at a point on the optical axis is cut by the first plane.
  • An anamorphic shape in which the curvature of the cross section and the curvature of the cross section when cut by the second plane are different from each other may be used.
  • the shape of the mirror in a cross section with a large curvature among the two cross sections may be a parabola, and the light source may be disposed at the focal point of the parabola.
  • the curvature of the mirror in a section having a small curvature among the two sections may be zero.
  • a plurality of the light sources are arranged in one direction, a plurality of the reflection surfaces corresponding to each of the plurality of light sources are formed on the package, and the plurality of reflection surfaces are along an arrangement direction of the plurality of light sources. It may be provided.
  • the light control device includes a light guide having a light incident surface and a light exit surface, a plurality of light emitting elements that allow light to enter the light incident surface of the light guide, and the light guide.
  • the propagation angles of light that can be extracted from the plurality of light extraction regions are different from each other, the light emitted from the plurality of light emitting elements propagates through the light guide at different propagation angles, and the plurality of light emitting elements are
  • the direction in which the light diffusion angle is large is a direction orthogonal to the normal line of the light exit surface of the light guide and the direction orthogonal to the light propagation direction
  • the direction in which the light diffusion angle is small is parallel to the normal line of the light exit surface of the light guide. It is a direction.
  • the refractive indexes of the members in contact with the light exit surface of the light guide may be different from each other.
  • the refractive index of the member in contact with the light exit surface of the light guide may be larger as it is arranged at a position farther from the light incident surface of the light guide.
  • the light incident surface of the light guide is provided with a plurality of inclined surfaces having different angles with the light emitting surface of the light guide, and each of the plurality of light emitting elements is provided on each of the plurality of inclined surfaces. It may be fixed.
  • One of the plurality of light emitting elements emits light extracted from the light extraction region at a position relatively close to the light incident surface, and the other one of the plurality of light emitting elements is the light incident
  • the light extracted from the light extraction region at a position relatively distant from the surface emits light, and is orthogonal to the normal of the light emission surface of the light emitted from one of the plurality of light emitting elements, and the light propagation direction
  • the light diffusion angle in the direction orthogonal to the light is the light diffusion angle in the direction orthogonal to the normal of the light exit surface of the light emitted from the other one of the light emitting elements and perpendicular to the light propagation direction. May be larger.
  • a display device includes the dimmer element of the present invention and a display element that performs display using light emitted from the dimmer element.
  • the illumination device includes the light control element of the present invention.
  • a light emitting element a light control element, a display device, and a lighting device that can suppress luminance unevenness.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the light quantity distribution inside a light guide when the curvature of a concave mirror is changed. It is a perspective view of the light modulation apparatus of 2nd Embodiment. It is an enlarged view of the light emitting element of the light modulation apparatus of 2nd Embodiment. It is a figure which shows light quantity distribution inside a light guide. It is an enlarged view of the light emitting element with which the light modulation apparatus of 3rd Embodiment was equipped. It is a figure which shows the light emitting element of the light modulation apparatus of 4th Embodiment. It is a figure which shows the light source of the light emitting element of 4th Embodiment. FIG.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of the light-emitting element taken along the line A-A ′ of FIG. 8A.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of the light-emitting element taken along the line B-B ′ of FIG. 8A.
  • It is a perspective view of the light modulation apparatus of 5th Embodiment. It is sectional drawing of the light modulation apparatus of 5th Embodiment. It is a disassembled perspective view of the liquid crystal display device provided with the backlight of 4th Embodiment. It is a figure for demonstrating the principle in which light inject
  • FIG. 1 is a perspective view of the light control device 100 of the first embodiment.
  • Examples of the light control device 100 include a backlight.
  • the light control device 100 includes a light guide body 101 and a plurality of light emitting elements 102 that allow light to enter the light incident surface 101 a of the light guide body 101.
  • the light guide 101 is a transparent plate-like member having a rectangular shape in plan view.
  • the end surface of the light guide 101 is a light incident surface 101a
  • the main surface of the light guide 101 is a light exit surface 101b.
  • the light emission surface 101 b is provided on both of the two main surfaces of the light guide 101, but the light emission surface 101 b may be provided only on one of the main surfaces of the light guide 101.
  • the light emitting surface 101b is a surface parallel to the xy plane
  • the light incident surface 101a is a surface parallel to the yz plane.
  • the plurality of light emitting elements 102 are arranged in the y direction along the light incident surface 101 a of the light guide 101.
  • the plurality of light emitting elements 102 are fixed to the light incident surface 101 a of the light guide 101 with their light exit surfaces facing the light incident surface 101 a of the light guide 101.
  • the plurality of light emitting elements 102 are provided only on one end face of the light guide 101, but the plurality of light emitting elements 102 are arranged on the end face facing the end face in the X direction, It is good also as a structure which injects light.
  • the light incident on the light incident surface 101 a of the light guide 101 from the light emitting element 102 propagates in the x direction while being totally reflected inside the light guide 101. Then, the optical path is converted by an optical path conversion member (not shown) provided on the two main surfaces of the light guide 101 and emitted from the light exit surface 101 b of the light guide 101.
  • the amount of light emitted from the light exit surface 101 b of the light guide 101 is controlled by changing the amount of light emitted from the light emitting element 102.
  • the light emitting elements 102 can be individually turned on and off, and can control the amount of emitted light. Thereby, the light control apparatus 100 functions as a light control element which can adjust the light quantity of the light inject
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light emitting element 102.
  • the light emitting element 102 includes a package 104, a concave mirror 105, a light source 103, a reflection mirror 106, and a light transmission member 107.
  • Reference symbol Pf denotes a focal point in a cross section parallel to the xz plane of the concave mirror 105.
  • Reference numeral Pc is a position (vertex) farthest from the light source 103 of the concave mirror 105.
  • Reference sign CL is the central axis of the concave mirror 105 (a line connecting the vertex Pc of the concave mirror 105 and the focal point Pf of the concave mirror 105).
  • the central axis CL of the concave mirror 105 coincides with the optical axis of the light reflected by the concave mirror 105. Therefore, in the example of FIG. 2, the central axis CL coincides with the normal line (x axis) of the light emission surface 107 a of the light emitting element 102.
  • the concave mirror 105 is provided in the concave portion 104 a of the package 104.
  • the shape of the concave mirror 105 is a curved surface shape following the shape of the concave portion 104 a of the package 104.
  • the concave mirror 105 is a parabolic mirror that reflects the light emitted from the light source 103.
  • the shape of the concave portion 104a is formed by pressing a mold having a convex shape obtained by inverting the shape of the concave portion 104a to the surface of the resin member to be the package 104, for example.
  • the shape of the recess 104a may be formed by cutting the surface of a flat resin member.
  • the light source 103 is, for example, a substantially rectangular parallelepiped chip LED (surface mounting LED).
  • the light source 103 is disposed at the focal point of the concave mirror 105.
  • the central axis CL of the concave mirror 105 coincides with the normal line of the light emission surface of the light source 103 (the normal line of the upper surface of the chip LED).
  • the light-transmitting member 107 that transmits the light emitted from the light source 103 is filled in the recess 104 a of the package 104.
  • the light source 103 is embedded in the light transmitting member 107.
  • the light transmitting member 107 is formed, for example, by forming the concave mirror 105 in the concave portion 104 a of the package 104, disposing the light source 103 and the reflecting mirror 106 inside the package 104, and then transmitting light such as acrylic resin inside the package 104. It is formed by injecting and curing a resin having the following.
  • the refractive index of the light transmitting member 107 is set to the same value as the refractive index of the light guide 101.
  • the surface 107 a exposed to the outside of the light transmitting member 107 is a light emitting surface of the light emitting element 102.
  • the concave portion 104a of the package 104 is filled with the light transmitting member 107 that transmits the light emitted from the light source 103, but the present embodiment is not limited to this.
  • a gas such as air may be present in the recess 104 a of the package 104.
  • the light source 103 is fixed to the package 104 by a fixing member.
  • the reflection mirror 106 is formed by forming a metal film such as aluminum on the mounting substrate of the light source 103 by sputtering or vapor deposition.
  • the reflection mirror 106 reflects the light from the light source 103 emitted in a different direction from the concave mirror 105 toward the concave mirror 105.
  • FIG. 3A is an enlarged view of the light emitting element 102.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating a cross section of the concave mirror 105 parallel to the xz plane and the angular distribution of the light reflected by the concave mirror 105 in the xz plane.
  • FIG. 3C is a diagram illustrating a cross section of the concave mirror 105 parallel to the xy plane and an angle distribution in the xy plane of the light reflected by the concave mirror 105.
  • the concave mirror 105 is a parabolic mirror having a vertex Pc at a position farthest from the light source 103.
  • the reflecting surface 105a of the concave mirror 105 is an anamorphic reflecting surface having different cross-sectional curvatures at the vertex Pc when the reflecting surface 105a is cut by two orthogonal planes including the central axis CL of the concave mirror 105. It is.
  • the horizontal axis is the reflected light exit angle (the exit angle when it is emitted in the direction parallel to the central axis CL is 0 °), the vertical axis is the amount of light emitted at this exit angle, and the light amount is A plane perpendicular to the optical axis (the central axis CL of the concave mirror 105) of the reflected light, with the absolute value
  • the direction in which the light diffusion angle is large is the direction (y direction) perpendicular to the normal line of the light exit surface 101b of the light guide 101 and perpendicular to the light propagation direction. This is a direction (z direction) parallel to the normal line of the light exit surface 101b of the light body 101.
  • the shape of the cross section parallel to the xz plane and the cross section parallel to the xy plane of the reflecting surface 105a is a parabola.
  • the curvature of the parabola in the cross section 105B parallel to the xz plane of the reflective surface 105a is larger than the curvature of the parabola in the cross section 105A parallel to the xy plane of the reflective surface 105a. Therefore, the angular distribution of the light reflected by the reflecting surface 105a has a small spread in the z direction and a large spread in the y direction.
  • the diffusion angle D1 in the z direction is
  • the diffusion angle D2 in the z direction is
  • the focal point Pf is the focal point of the parabola in the cross section parallel to the xz plane of the reflecting surface 105a.
  • the curvature of the parabola in the cross section 105B parallel to the xz plane of the reflective surface 105a is different from the curvature of the parabola in the cross section 105A parallel to the xy plane of the reflective surface 105a. Therefore, the focal point Pf is different from the parabolic focal point in the cross section 105A parallel to the xy plane of the reflecting surface 105a.
  • the light source 103 is disposed at a parabolic focal point Pf in a cross section 105B parallel to the xz plane of the reflecting surface 105a. Therefore, the light reflected by the reflecting surface 105a is substantially parallel light in a plane parallel to the xz plane, and the diffusion angle D1 is approximately 0 °.
  • the curvature C1 of the parabola in the cross section parallel to the xz plane of the reflecting surface 105a is fixed to 0.1
  • the curvature C2 of the parabola in the cross section parallel to the xy plane of the reflecting surface 105a is 0.01 to.
  • the upper side is a plan view of the light guide 101 and the light emitting element 102 as viewed from the z direction
  • the lower side is the inside of the light guide in the AA ′ cross section of the light guide 101. It is a figure which shows light quantity distribution.
  • the spread of the light emitted from the light emitting element 102 in the y direction varies depending on the parabolic curvature C2 of the reflecting surface 105a in a cross section parallel to the xy plane. Increasing the curvature C2 reduces the spread of light in the y direction, and decreasing the curvature C2 increases the spread of light in the y direction.
  • the curvature C2 is 0.09, the light emitted from the light emitting element 102 is substantially parallel light when viewed from the z direction.
  • a large light quantity peak occurs at a position facing each light emitting element 102. Since the light does not spread sufficiently at the boundary between adjacent light emitting elements 102, the boundary becomes dark.
  • the diffusion angle D1 in the z direction of the light emitted from the light emitting element 102 is smaller than the diffusion angle D2 in the y direction. Therefore, the spread of light in the z direction can be suppressed while allowing the spread of light in the y direction.
  • the light When viewed in the xz plane, the light has a high directivity, so that the optical axis of the light emitting element 102 (the central axis CL of the concave mirror 105) is a critical angle with respect to the light exit surface 101b of the light guide 101. If the angle is set to the above angle, the amount of light leaking outside from the light exit surface 101b of the light guide 101 is very small.
  • the light When viewed on the xy plane, the light has a large spread in the y direction and has a small directivity. Therefore, the light emitted from the light emitting element 102 spreads to the boundary between adjacent light emitting elements 102, and the boundary The amount of light increases. As a result, the light amount distribution is made uniform throughout the light guide, and the light control device has less luminance unevenness.
  • FIG. 5A is a perspective view of the light control device 111 of the second embodiment.
  • FIG. 5B is an enlarged view of the light emitting element 110 provided in the light control device 111.
  • the light control device 111 is different from the light control device 100 of the first embodiment in that the curvature of the cross section parallel to the xy plane of the reflection surface 109a of the light emitting element 110 is set to zero.
  • Constituent elements common to the light control device 100 of the first embodiment in the light control device 111 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the light control device 111 includes a light guide body 101 and a plurality of light emitting elements 110 that allow light to enter the light incident surface 101 a of the light guide body 101.
  • the light emitting element 110 includes a package 108, a concave mirror 109, and a light source 103.
  • the concave mirror 109 is provided in the concave portion 108 a of the package 108.
  • the shape of the concave mirror 109 is a curved surface shape following the shape of the concave portion 108 a of the package 108.
  • the concave mirror 109 is a parabolic mirror having a vertex Pc at the position farthest from the light source 103.
  • the reflection surface 109a of the concave mirror 109 has a vertex Pc when the reflection surface 109a is cut by two planes orthogonal to each other including the central axis CL of the concave mirror 109 (the optical axis of the light reflected by the reflection surface 109a). It is an anamorphic reflective surface from which the curvature of a cross section differs in each other. Assuming that two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis CL of the light reflected by the reflecting surface 109a are a first direction and a second direction, the light in the first direction and the second direction Are different from each other.
  • the direction in which the light diffusion angle is large is the direction (y direction) perpendicular to the normal line of the light exit surface 101b of the light guide 101 and perpendicular to the light propagation direction. This is a direction (z direction) parallel to the normal line of the light exit surface 101b of the light body 101.
  • the shape of the cross section 109B parallel to the xz plane of the reflective surface 109a is a parabola
  • the shape of the cross section 109A parallel to the xy plane of the reflective surface 109a is a straight line.
  • the curvature of the cross section 109A is 0, and the curvature of the cross section 109B is greater than zero.
  • the light source 103 is arranged at the focal point of the parabola in the cross section 109B of the reflecting surface 109a. Therefore, the angular distribution of the light reflected by the reflecting surface 109a has a small spread in the z direction and a large spread in the y direction. Since the spread of light in the z direction is smaller than the spread of light in the y direction, the diffusion angle in the z direction is smaller than the diffusion angle in the y direction.
  • FIG. 6 is a diagram showing a light amount distribution inside the light guide.
  • the upper side is a plan view of the light guide 101 and the light emitting element 110 viewed from the z direction, and the lower side shows the light amount distribution inside the light guide in the AA ′ cross section of the light guide 101.
  • FIG. 6 is a diagram showing a light amount distribution inside the light guide.
  • the upper side is a plan view of the light guide 101 and the light emitting element 110 viewed from the z direction
  • the lower side shows the light amount distribution inside the light guide in the AA ′ cross section of the light guide 101.
  • the curvature of the cross section 109A of the reflecting surface 109a is zero. Therefore, the reflecting surface 109a has no light collecting action with respect to the spread of light in the y direction. Therefore, the light emitted from the light emitting element 110 spreads to the boundary portion between the adjacent light emitting elements 102, and the amount of light at the boundary portion increases. Therefore, the light quantity distribution in the AA ′ cross section of the light guide 101 is made uniform. Therefore, the light control device 111 with little luminance unevenness is obtained.
  • FIG. 7 is an enlarged view of the light emitting element 114 provided in the light control device of the third embodiment.
  • the light emitting element 114 is different from the light emitting element 102 of the first embodiment in that a plurality of light sources 103 are integrally attached to a long-axis package 112 having a length corresponding to a plurality of light emitting elements.
  • Constituent elements common to the light emitting element 102 of the first embodiment in the light emitting element 114 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the package 112 is formed with a plurality of recesses 112a corresponding to the light sources 103 along the y direction.
  • Concave mirrors 113 are formed in the plurality of recesses 112a.
  • the shape of the concave mirror 113 is a curved surface shape following the shape of the concave portion 112a of the package 112.
  • the concave mirror 113 is a parabolic mirror that reflects the light emitted from the light source 103.
  • the shape of the recess 112a is formed, for example, by pressing a mold having a convex shape obtained by inverting the shape of the recess 112a on the surface of the resin member to be the package 112.
  • the shape of the recess 112a may be formed by cutting the surface of a flat resin member.
  • the concave mirror 113 is a parabolic mirror whose apex Pc is the position farthest from the light source 103.
  • the reflecting surface 113a of the concave mirror 113 has a vertex Pc when the reflecting surface 113a is cut by two planes orthogonal to each other including the central axis CL of the concave mirror 113 (the optical axis of light reflected by the reflecting surface 113a). It is an anamorphic reflective surface from which the curvature of a cross section differs in each other.
  • the shapes of the cross section 113B parallel to the xz plane and the cross section 113A parallel to the xy plane of the reflecting surface 113a are both parabolas.
  • the curvature of the parabola in the cross section 113B parallel to the xz plane of the reflection surface 113a is larger than the curvature of the parabola in the cross section 113A parallel to the xy plane of the reflection surface 113a.
  • the light source 103 is disposed at the focal point of the parabola in the cross section 113B parallel to the xz plane of the reflection surface 113a.
  • the angular distribution of the light reflected by the reflecting surface 113a has a small spread in the z direction and a large spread in the y direction. Since the spread of light in the z direction is smaller than the spread of light in the y direction, the diffusion angle in the z direction is smaller than the diffusion angle in the y direction.
  • a plurality of light sources 103 are packaged in the same package. Therefore, the number of parts is reduced, and the light emitting element 114 can be easily attached to the light guide.
  • [Fourth Embodiment] 8A to 10 show a light emitting device 302 according to the fourth embodiment.
  • the difference between the issuing element 302 of the present embodiment and the light emitting element 102 of the first embodiment is the shape of the reflecting surface of the concave mirror and the shape of the light source.
  • Constituent elements common to the light emitting element 102 of the first embodiment in the light emitting element 302 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the light emitting element 102 has a cross section at a vertex Pc when the reflecting surface 105a of the concave mirror 105 is cut by two planes orthogonal to each other including the central axis CL of the concave mirror 105.
  • the anamorphic reflecting surfaces have different curvatures.
  • the reflecting surface 305 a of the concave mirror 305 is cut along a plane such as parallel to the X axis through the vertex PC.
  • the cross section is substantially the same.
  • the dimension W Y along the Y axis is larger than the dimension W Z along the Z axis direction.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the light-emitting element 302 taken along the line AA ′ in FIG. 8A.
  • the dimension W Z along the Z direction of the light emitting element 303 is sufficiently small, and the light emission surface of the light source 303 substantially coincides with the focal point Pf of the paraboloid of the reflecting surface 305a. Therefore, the light reflected by the reflecting surface 305a is substantially parallel light in a plane parallel to the xz plane, and the diffusion angle is approximately 0 °.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the light-emitting element 302 in FIG. 8A taken along the line BB ′.
  • a part of the light emission surface of the light source 303 is a parabolic surface of the reflective surface 305a. It deviates from the focal point Pf. Therefore, the light reflected by the reflecting surface 305a is diffused in a plane parallel to the xz plane.
  • the spread of the light emitted from the light emitting element 302 in the y direction varies depending on the dimension W Y along the Z direction of the light source 303. Increasing the dimension W Y increases the spread of light in the y direction, and decreasing the dimension W Y decreases the spread of light in the y direction.
  • the diffusion angle in the z direction of light emitted from the light emitting element 302 of the present embodiment is smaller than the diffusion angle in the y direction. Therefore, the spread of light in the z direction can be suppressed while allowing the spread of light in the y direction.
  • the light When viewed in the xz plane, the light has a high directivity. When viewed on the xy plane, the light has a large spread in the y direction and has a small directivity. Therefore, the light emitted from the light emitting element 302 spreads to the boundary between adjacent light emitting elements 302, and the boundary portion. The amount of light increases.
  • the light control device having the light emitting device 302 of the present embodiment is a light control device with less luminance unevenness.
  • FIG. 11A is a perspective view of the light control device 400 of the present embodiment.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view of the light control device 400 of the present embodiment.
  • the same reference numerals are given to the same components as those of the light control device 100 of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • the light control device 400 of this embodiment includes a light emitting element 102, a light guide 410, and a prism sheet 420. Since the light emitting element 102 has the same configuration as the light emitting element of the first embodiment, a detailed description thereof is omitted. In addition, the light emitting element 102 in this embodiment can be applied also when light with low directivity is emitted when viewed in the xz plane.
  • the light guide 410 has a function of causing light emitted from the light emitting element 102 to enter from the end surface 411 and to emit light from the light emitting surface 412 while propagating inside.
  • the prism sheet 420 has a function of changing the traveling direction of light emitted from the light exit surface 412 of the light guide 410 to a direction closer to the normal line of the light exit surface 412. As shown in FIGS. 11A and 11A, the light emitting element 102 is disposed on the end surface 411 of the light guide 410. The prism sheet 420 is disposed so as to face the light exit surface 412 of the light guide 410.
  • the light guide 410 is a plate made of a resin having optical transparency such as acrylic resin.
  • the light guide 410 has a wedge shape whose thickness gradually decreases from the end surface 411 provided with the light emitting element 102 toward the tip. That is, as shown in FIG. 11B, the planar shape of the light guide 410 in the zx plane is a right triangle.
  • the end surface 411 of the light guide is a light incident surface on which light emitted from the light emitting element 102 is incident. Light from the light emitting element 102 propagates through the light guide 410 and is emitted from the light exit surface 412.
  • the reflection surface 413 facing the light emission surface 412 has a certain inclination angle with respect to the light emission surface 412.
  • the inclination angle ⁇ 5 of the reflecting surface 413 with respect to the light emitting surface 412 (the angle formed by the light emitting surface 412 and the reflecting surface 413, sometimes referred to as the tip angle of the light guide 410) is set to about 2 °, for example.
  • the reflective surface 413 is provided with a metal film having a high light reflectance such as aluminum.
  • the metal film may be a metal film formed on the reflecting surface 413 by vapor deposition or the like, or a metal plate produced separately from the light guide 410 is bonded with an optical adhesive. May be. Each time the light L is reflected by the light emitting surface 412 and the reflecting surface 413, the incident angle to the light emitting surface 412 and the reflecting surface 413 is reduced.
  • the critical angle at the light exit surface 412 of the light guide 410 that is, the light guide 410. From the Snell's law, the critical angle at the interface between the acrylic resin that constitutes the air and air is about 42 °.
  • the incident angle of the light L on the light exit surface 412 is larger than 42 ° which is a critical angle, the total reflection condition is satisfied. The light L is totally reflected by the light exit surface 412.
  • the light L repeatedly reflects between the light exit surface 412 and the reflection surface 413, and the total reflection condition is satisfied when the incident angle of the light L on the light exit surface 412 becomes smaller than 42 ° which is a critical angle.
  • the light L is emitted to the external space.
  • the light L is confined inside the light guide 410 while the incident angle on the light exit surface 412 is larger than the critical angle, and when the incident angle on the light exit surface 412 becomes smaller than the critical angle.
  • the light is emitted sequentially from the light exit surface 412. Since the light L is refracted when it is emitted from the light emission surface 412, light having an incident angle of about 42 ° to the light emission surface 412 is emitted as light having an emission angle of about 70 °.
  • the light L3 when viewed in a plane (xz plane) parallel to the light propagation direction and perpendicular to the light exit surface 412 of the light guide 410, the light L3 has directivity when it enters the light guide 410. Although it does not have, it has high directivity at the time of emitting from the light guide 410.
  • the emission angle of the light L3 when emitted from the light guide bar 410 is about 70 °, and the light L3 is emitted in a substantially horizontal direction. Therefore, using the prism 430, the light L ⁇ b> 3 emitted from the light guide bar 410 is raised in a direction close to the normal direction of the emission surface 412 of the light guide bar 410.
  • a prism 430 having a prism structure 431 with a tip angle ⁇ 2 of about 38.5 ° is used, and light L3 is incident from the first surface 431a of the prism structure 431 and reflected by the second surface 431b.
  • the light guide bar 410 can be raised in a substantially normal direction with respect to the light exit surface 412.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device (display device) 1 including the light control device according to the sixth embodiment.
  • the light control device functions as the backlight 3.
  • the liquid crystal display device 1 has a liquid crystal panel 2 (display element) and a backlight 3 disposed on the back side of the liquid crystal panel 2.
  • the liquid crystal panel 2 is a transmissive liquid crystal panel that performs display using light emitted from the backlight 3. The user can view the display from the opposite side of the backlight 3, that is, from the upper side of the liquid crystal panel 2 in FIG.
  • the configuration of the liquid crystal panel 2 is not particularly limited, and may be an active matrix liquid crystal panel provided with a switching thin film transistor (Thin Film Transistor, hereinafter abbreviated as TFT) for each pixel, or provided with a TFT. It may be a simple matrix type liquid crystal panel.
  • TFT Thin Film Transistor
  • the liquid crystal panel is not limited to a transmissive liquid crystal panel, and may be a transflective liquid crystal panel.
  • the display mode is not particularly limited, and there are various display modes such as VA (Vertical Alignment) mode, TN (Twisted Nematic) mode, STN (Super Twisted Nematic) mode, IPS (In-Plane Switching) mode, etc.
  • VA Very Alignment
  • TN Transmission Nematic
  • STN Super Twisted Nematic
  • IPS Intelligent Nematic Switching
  • a liquid crystal panel can be used.
  • the backlight 3 is composed of three backlight units 4 having the same dimensions, shape and configuration.
  • the three backlight units 4 are in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the light guide 5, that is, in a direction (y direction) orthogonal to the direction in which the three light extraction regions RA, RB, RC of the light guide 5 are arranged. It is arranged adjacent to each other. Therefore, the backlight 3 has a total of nine light extraction regions RA, RB, RC, three in each of the horizontal and vertical directions on the screen of the liquid crystal display device 1.
  • Each backlight unit 4 includes an illumination unit 6 and a light guide 5.
  • the illumination unit 6 is composed of a plurality (three in the example of FIG. 12) of light emitting elements 7a, 7b, and 7c.
  • the light emitting elements 7a, 7b, and 7c are light emitting elements having the configuration shown in the first embodiment or the second embodiment. That is, when two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis of light emitted from the light emitting surface of the light emitting element are defined as the first direction and the second direction, the first direction and The light emitting elements have different diffusion angles of light in the second direction.
  • the direction in which the light diffusion angle is large is a direction (y direction) orthogonal to the normal line of the main surface 5a of the light guide 5 and orthogonal to the light propagation direction, and the direction in which the light diffusion angle is small is the light guide. It is a direction (z direction) parallel to the normal line of the main surface 5a of the body 5.
  • the main surface 5 a of the light guide 5 is a light emission surface from which light propagated through the light guide 5 is emitted toward the liquid crystal panel 2.
  • the light guide 5 is composed of a parallel plate made of a resin having optical transparency such as acrylic resin.
  • the backlight 3 is composed of three backlight units 4 in which the light guide 5 is a separate body.
  • the backlight 3 has a total of nine light extraction regions RA, RB, RC.
  • the light body may have an integral structure. Even with this structure, it is possible to select the light extraction regions RA, RB, and RC for emitting light by using a light emitting element with high directivity.
  • Three light emitting elements 7a, 7b, 7c are installed on one end face of the light guide 5 with the light emission side facing the light guide 5 side.
  • the light guide 5 receives light emitted from the light emitting elements 7a, 7b, and 7c, totally reflects the light internally, and is opposite to the end face side where the light emitting elements 7a, 7b, and 7c are installed. It has a function of propagating toward the end face (from the ⁇ x direction to the + x direction in FIG. 12) and taking it out to the external space. Further, the three light emitting elements 7a, 7b, and 7c can be individually controlled to be turned on / off, and the amount of emitted light can be controlled. Thereby, the backlight 3 functions as a light control element which can adjust the light quantity of the light inject
  • the backlight 3 includes a printed wiring board on which the light emitting elements 7a, 7b, and 7c are mounted, a control unit that includes a driving IC for driving and controlling the light emitting elements 7a, 7b, and 7c, and the like. It has been.
  • the light emitting elements 7a, 7b, and 7c it is preferable to use light emitting elements having high directivity in the xz plane. For example, the intensity distribution with respect to the spread angle of the emitted light while the light is guided through the light guide 5 is used. Those having a half width (diffusion angle in the xz plane) of about 5 ° can be used.
  • a plurality of (three in the present embodiment) light extraction regions RA, RB, RC are arranged in the longitudinal direction of the light guide 5 on the main surface 5 a facing the liquid crystal panel 2. (In the x-axis direction in FIG. 12).
  • low refractive index bodies 8a and 8b having a refractive index lower than that of the light guide 5 and a refractive index body having a refractive index equal to the refractive index of the light guide 5 are provided in each of the light extraction regions RA, RB, and RC. 9 is provided.
  • region RC On the low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive index body 9, light scatterers 10 that scatter light emitted from the low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive body 9 are stacked.
  • the respective light extraction regions are directed from the side closer to the light emitting elements 7a, 7b, 7c to the side farther from the first light extraction region RA, the second light extraction region RB, and the third light extraction. This is referred to as region RC.
  • the main surface of the light guide 5 provided with the light extraction regions RA, RB, RC is the first main surface 5a
  • the main surface opposite to the first main surface 5a is the second main surface 5b
  • the light emitting element 7a is the first end surface 5c
  • the end surface of the light guide 5 provided with 7b and 7c is referred to as a first end surface 5c
  • the end surface opposite to the first end surface 5c is referred to as a second end surface 5d.
  • the low refractive index bodies 8 a and 8 b both have a refractive index lower than the refractive index of the light guide 5, and the refractive index body 9 has a refractive index equal to the refractive index of the light guide 5.
  • the low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive index body 9 have different refractive indexes. Further, the low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive index body 9 are arranged along the propagation direction of light emitted from the light emitting elements 7a, 7b and 7c and incident on the light extraction regions RA, RB and RC (FIG. 12 from the ⁇ x direction to the + x direction) in order of relatively low refractive index to relatively high refractive index.
  • the refractive index nWG of the light guide 5 is 1.5
  • the refractive index nA of the first low refractive index body 8a provided in the first light extraction region RA is 1.3
  • the refractive index nB of the second low refractive index body 8b provided in the region RB is 1.4
  • the refractive index nC of the refractive index body 9 provided in the third light extraction region RC is 1.5.
  • Examples of methods for forming the low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive index body 9 having different refractive indexes include the following two methods.
  • the first method is to form the low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive index body 9 using different materials.
  • an acrylic resin is used as the material of the light guide 5
  • Kuraray Co., Ltd. as the material of the refractive index body 9.
  • the refractive index body 9 has the same refractive index as that of the light guide body 5, it is not always necessary to form the refractive index body 9 on the light guide body 5.
  • the light scatterer 10 may be merely disposed on the light guide 5.
  • the second technique is to use a material containing a low refractive index material in a predetermined substrate and adjust the refractive index by varying the concentration of the low refractive index material.
  • Low refractive index materials such as powder (registered trademark, refractive index: 1.27) or airgel (registered trademark, refractive index: 1.27) manufactured by Jason Wells are included, and the concentration of these low refractive index materials is different.
  • Two types of liquids are prepared. Each liquid material can be selectively applied on the light guide 5 and cured.
  • a light scatterer 10 is laminated on the low refractive index bodies 8 a and 8 b and the refractive index body 9.
  • the light scatterer 10 has a function of scattering the light incident from the low refractive index bodies 8 a and 8 b and the refractive index body 9 and extracting the light to the external space of the backlight 3.
  • the light scatterer 10 a commercially available light scattering film in which scattering beads or the like are coated on the base film can be used, and the light is scattered on the low refractive index bodies 8 a and 8 b and the refractive index body 9.
  • the light scatterer 10 can be formed by sticking a scattering film.
  • the first end surface 5 c of the light guide 5 is divided into three in the short direction of the light guide 5 (y direction in FIG. 12), and the angles with respect to the first main surface 5 a are different from each other 3.
  • Two inclined surfaces 11a, 11b, and 11c are formed.
  • a light guide whose angle between the first main surface 5a and the end surface is a right angle is prepared, and the end surface is divided into three regions divided into three regions. It can be formed by a method such as grinding at an angle so as to form a different angle with respect to one principal surface 5a.
  • one light emitting element 7a, 7b, 7c is being fixed to the approximate center of each inclined surface 11a, 11b, 11c via the optical adhesive agent one by one. Therefore, three light emitting elements 7 a, 7 b, 7 c are arranged in the short direction of the light guide 5 over the entire first end face 5 c.
  • the inclined surface (right side in FIG. 12) having the smallest angle with respect to the first main surface 5a is defined as the first light incident surface.
  • the inclined surface (center of FIG. 12) having the next smallest angle with respect to the first main surface 5a is the second light incident surface 11b
  • the inclined surface (left side of FIG. 12) having the largest angle with respect to the first main surface 5a is third. This is referred to as a light incident surface 11c.
  • the light emitting element provided on the first light incident surface 11a is provided on the first light emitting element 7a
  • the light emitting element provided on the second light incident surface 11b is provided on the second light emitting element 7b and the third light incident surface 11c.
  • the light emitting element is referred to as a third light emitting element 7c.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG.
  • FIG. 13B is a sectional view taken along line B-B ′ of FIG.
  • FIG. 13C is a cross-sectional view taken along line C-C ′ of FIG.
  • the angle ⁇ A formed by the first light incident surface 11a and the first main surface 5a is set to 55 °.
  • Angle beta B of the second light incident surface 11b and the first major surface 5a is set to 65 °.
  • the angle ⁇ C formed by the third light incident surface 11c and the first main surface 5a is set to 75 °.
  • Each light emitting element 7a, 7b, 7c is fixed so that light La, Lb, Lc is incident perpendicularly to each light incident surface 11a, 11b, 11c.
  • the light La, Lb, Lc emitted from each light emitting element 7a, 7b, 7c repeats total reflection between the first main surface 5a and the second main surface 5b of the light guide 5, and is on the first end surface 5c side. To the second end face 5d side.
  • the propagation angle ⁇ A of the light La from the first light emitting element 7a is 35 °
  • 2 propagation angle phi B light Lb from the light emitting element 7b is 25 °
  • the propagation angle phi C of the light Lc from the third light-emitting element 7c is 15 °. Therefore, while each light La, Lb, Lc is propagated from the first end face 5c side toward the second end face 5d side, the first light extraction area RA, the second light extraction area RB, and the third light extraction area RC. In this order, the light enters the light extraction areas RA, RB, RC.
  • the thickness (dimension in the z direction) is drawn sufficiently larger than the longitudinal dimension (dimension in the x direction) of the light guide 5 in order to make the drawings easy to see. Since only the central axis of the light emitted from 7a, 7b, and 7c is drawn, it seems that the light may not necessarily enter each of the light extraction regions RA, RB, and RC.
  • the light La, Lb, Lc from the light emitting elements 7a, 7b, 7c has a finite light beam diameter, so that the light La, Lb, Lc The light is reliably incident on the light extraction areas RA, RB, RC.
  • the illuminating unit 6 of the present embodiment includes three light emitting elements 7a, 7b, and 7c.
  • Lights La, Lb, and Lc from the light emitting elements 7a, 7b, and 7c are converted into the light extraction regions RA
  • Lights La, Lb, and Lc are extracted from RB and RC and are incident on the light extraction regions RA, RB, and RC at an incident angle including an incident angle at which the light can be extracted.
  • the light La, Lb, and Lc from each light emitting element 7a, 7b, and 7c are the light guide 5 in each light extraction area
  • the incident angle range in which light can be extracted outside in the first light extraction area RA is 60. Less than 1 °, the incident angle range in which light can be extracted outside in the second light extraction region RB is less than 69.0 °, and the incident angle range in which light can be extracted outside in the third light extraction region RC is all angles. It becomes a range.
  • the two low refractive index bodies 8a and 8b and the refractive index body 9 provided in the three light extraction regions RA, RB, and RC of the present embodiment are incident on the light extraction regions RA, RB, and RC.
  • the light is arranged in the order of relatively low refractive index to relatively high refractive index.
  • the three light extraction regions RA, RB, and RC have different incident angle ranges in which light can be extracted to the outside.
  • the three light extraction areas RA, RB, and RC have a relatively narrow incident angle range that can be extracted from a light extraction area that has a relatively narrow incident angle range along the propagation direction of incident light.
  • incident angle range that can be extracted in the first light extraction region RA is less than 60.1 °
  • incident angle range that can be extracted in the second light extraction region RB is less than 69.0 °
  • third light The range of incident angles that can be extracted in the extraction region RC is arranged in the order of all angle ranges).
  • the second light incident surface 11b and the first main light emitting element 7b are turned on.
  • the angle ⁇ B formed with the surface 5a is 65 °, and the light Lb from the second light emitting element 7b is perpendicularly incident on the second light incident surface 11b, so that the light Lb from the second light emitting element 7b
  • the incident angle ⁇ B with respect to one principal surface 5a is 65 °.
  • the critical angle ⁇ B here is 69.0 °
  • the light Lb passes through the interface between the light guide 5 and the second low refractive index body 8b and is incident on the second low refractive index body 8b. Thereafter, the light scatterer 10 is taken out to the outside. In this way, substantially the entire amount of the light Lb emitted from the second light emitting element 7b can be extracted from the second light extraction region RB.
  • the backlight 3 of the present embodiment can extract light emitted from a predetermined light emitting element only from a predetermined light extraction region.
  • the third light incident surface 11c and the first main light emitting element 7c are turned on. Since the angle ⁇ C formed with the surface 5a is 75 ° and the light Lc from the third light emitting element 7c is perpendicularly incident on the second light incident surface 11c, the light Lc from the third light emitting element 7c The incident angle ⁇ C with respect to one principal surface 5a is 75 °.
  • 14A to 14C are diagrams showing light diffusion angles DA, DB, and DC in the y direction of the first light emitting element 7a, the second light emitting element 7b, and the third light emitting element 7c.
  • the light diffusion angles DA, DB, and DC (spread of light in the y direction) of the first light emitting element 7a, the second light emitting element 7b, and the third light emitting element 7c are different from each other.
  • the light diffusion element in which light is extracted from the light extraction region close to the first end face 5c has a larger light diffusion angle in the y direction.
  • the light diffusion angle DA in the y direction of the first light emitting element 7a from which light is extracted from the first light extraction region RA closest to the first end face 5c is the largest.
  • the second light emitting element 7b from which light is extracted from the second light extraction region RB next to the first end surface 5c next to the first light extraction region RA has the second largest light diffusion angle DB in the y direction.
  • the light diffusion angle DC in the y direction of the third light emitting element 7c from which light is extracted from the third light extraction region RC farthest from the first end face 5c is the smallest.
  • the distance from the first end face 5c to the first light extraction area RA is LA
  • the distance from the first end face 5c to the second light extraction area RB is LB
  • the distance from the first end face 5c to the third light extraction area RC is LC.
  • the width of the light guide 5 in the y direction is W
  • the diffusion angle of light in the y direction of the first light emitting element 7a is DA
  • the diffusion angle of light in the y direction of the second light emitting element 7b is DB
  • the third light emitting element 7c If the diffusion angle of light in the y direction is DC, the diffusion angles DA, DB, DC satisfy the following equations.
  • the light emitted from the first light emitting element 7a propagates in the x direction inside the light guide 5 while spreading in the y direction.
  • the light emitted from the first light emitting element 7a reaches the first light extraction region RA, it spreads to a position separated by W / 2 or more in the + y direction and the ⁇ y direction. Therefore, the lights emitted from the adjacent first light emitting elements 7a overlap with each other, and a uniform amount of light can be obtained in the entire first light extraction region RA.
  • the light emitted from the second light emitting element 7b propagates in the x direction in the light guide 5 while spreading in the y direction.
  • the light emitted from the second light emitting element 7b spreads to a position separated by W / 2 or more in the y direction when it reaches the second light extraction region RB. Therefore, the lights emitted from the adjacent second light emitting elements 7b overlap with each other, and a uniform amount of light can be obtained in the entire second light extraction region RB.
  • the light emitted from the third light emitting element 7c propagates in the x direction inside the light guide 5 while spreading in the y direction.
  • the light emitted from the third light emitting element 7c reaches the third light extraction region RC, the light spreads to a position separated by W / 2 or more in the + y direction and the ⁇ y direction. Therefore, the lights emitted from the adjacent third light emitting elements 7c overlap each other, and a uniform amount of light can be obtained in the entire third light extraction region RC.
  • the three light extraction regions RA, RB, RC depend on which one of the three light emitting elements 7a, 7b, 7c of each backlight unit 4 is turned on. It is possible to select as appropriate from which light extraction region of the light extraction region, that is, which light extraction region RA, RB, RC emits light. Further, by controlling the amount of light emitted from each light emitting element 7a, 7b, 7c, the amount of light extracted from the selected light extraction regions RA, RB, RC, that is, the brightness of the selected light extraction region. Can be adjusted.
  • the backlight 3 of the present embodiment can control whether or not light is emitted from each of the light extraction regions RA, RB, and RC simply by switching the light emitting elements 7a, 7b, and 7c to be lit. Therefore, by efficiently taking out the light emitted from the illumination unit 6 from the light guide 5, a sufficient amount of light can be obtained and a backlight with high contrast can be realized. Furthermore, the structure can be simplified, the thickness can be reduced, and the inexpensive backlight 3 can be realized. In addition, by using the backlight 3 described above, it is possible to realize the liquid crystal display device 1 that can display brightly and with high contrast.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a liquid crystal display device which is one configuration example of the display device.
  • FIG. 16A, FIG. 16B, FIG. 17A, and FIG. 17B are diagrams showing examples of backlight arrangement in the liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display device 121 of this configuration example includes a lower case 122, a reflection plate 123, a backlight 3 (light control device), a diffusion plate 124, and a liquid crystal panel 2 (display element). And an upper case 125. That is, a laminated body of the reflecting plate 123, the backlight 3, the diffusion plate 124, and the liquid crystal panel 2 is accommodated in the lower case 122 and the upper case 125.
  • the reflector 123 on the opposite side of the backlight 3 from the liquid crystal panel 2
  • light leaking from the backlight 3 to the opposite side of the liquid crystal panel 2 can be reflected and contributed to display.
  • the diffusion plate 124 between the backlight 3 and the liquid crystal panel 2
  • luminance unevenness of the backlight 3 can be reduced.
  • the reflecting plate 123 and the diffusing plate 124 are not necessarily used.
  • FIG. 16A a configuration in which a plurality of backlights 3 are arranged in the screen of the liquid crystal display device 121 so that the light extraction areas RA, RB, RC are arranged in the vertical direction of the screen can be employed.
  • FIG. 16B a configuration in which a plurality of backlights 3 are arranged in the screen of the liquid crystal display device 127 so that the light extraction areas RA, RB, RC are arranged in the horizontal direction of the screen is adopted. Can do.
  • light extraction areas RA, RB, RC are provided only in a part of the longitudinal direction, and the other parts are elongated rod-shaped light guides that are areas where light is guided.
  • a backlight 137 combining a plurality of 135 (three in this example) 135 may be used.
  • regions where the light extraction regions RA, RB, RC are provided are shifted in the longitudinal direction. Therefore, when a plurality of light guides 135 are combined, the light extraction regions RA, RB, and RC are arranged along the longitudinal direction of the light guide 135.
  • a plurality of backlights 137 may be arranged in the screen of the liquid crystal display device 131 so that the light extraction areas RA, RB, RC are arranged in the vertical direction of the screen.
  • a plurality of backlights 137 may be arranged in the screen of the liquid crystal display device 133 so that the light extraction areas RA, RB, RC are arranged in the horizontal direction of the screen.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the lighting device as the first configuration example.
  • FIG. 19A and FIG. 19B are diagrams illustrating a lighting device that is a second configuration example
  • FIG. 19A is a plan view illustrating the lighting device that is a second configuration example.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 19A.
  • the first low refractive index body 8a having a refractive index of 1.3 is formed on the first main surface 5a side of the light guide 5 and the refractive index is on the second main surface 5a side.
  • a second low refractive index body 8b of 1.4 is formed.
  • the light scatterers 10 are stacked on the first low refractive index body 8a and the second low refractive index body 8b, respectively.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 18 only one first end face 5c is shown, but actually another one first end face having a different angle with respect to the first main face 5a is formed in the depth direction of the paper.
  • the light emitting element only one light emitting element 7a is shown, but actually, another one light emitting element is installed in the depth direction of the drawing.
  • the light emitting element 201 emits light from the first main surface 5a side depending on which one of the two light emitting elements provided on the first end surface 5c of the light guide 5 is lit. It is possible to switch whether light is emitted from the two principal surfaces 5b side. Therefore, it is possible to realize an illumination device that can switch the light emitting surface.
  • a character portion 204 written “SHARP” is formed on one surface of the light guide 5.
  • a first low refractive index body 8a having a refractive index of 1.3 is formed on the first main surface 5a side of the light guide 5, and the character portion 204 is formed.
  • the first low refractive index body 8a is not formed in any other part.
  • a light scatterer 10 is stacked on the first low refractive index body 8a. That is, the character part 204 is a light extraction area in the above embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 15B a first low refractive index body 8a having a refractive index of 1.3
  • the lighting device 203 light is emitted from the character part 204 depending on which of the two light emitting elements provided on the first end surface 5 c of the light guide 5 is lit, or other than the character part 204. It is possible to switch whether light is emitted from Therefore, according to this structure, the illuminating device which can be utilized as digital signage which can blink the character part 204, for example is realizable.
  • FIG. 20 shows a table lamp 400 provided with the light emitting element of the above embodiment as the light source unit 410.
  • the light source unit 410 may have a plurality of light emitting elements.
  • this desk lamp 400 since the light from the light source unit 410 has high directivity, it is possible to illuminate a narrow range as shown by a solid arrow in FIG.
  • FIG. 21 shows a ceiling light 500 including the light emitting element or the light source device of the above embodiment.
  • the ceiling light 500 may have a plurality of light emitting elements.
  • this ceiling light 500 since the light from the surface light source device has high directivity, a narrow range can be illuminated as shown in FIG.
  • the aspect of the present invention can be used for a light emitting element, a light control element, a display device, and a lighting device.
  • SYMBOLS 1 Liquid crystal display device (display apparatus), 2 ... Liquid crystal panel (display element), 3 ... Backlight, 5 ... Light guide, 7a, 7b, 7c ... Light emitting element, 8a, 8b ... Low refractive index body, 9 ... Refractive index body, 11a, 11b, 11c ... light incident surface, 100 ... back light (dimming element), 101 ... light guide, 101a ... light incident surface, 101b ... light emitting surface, 102 ... light emitting element, 103 ... light source 104 ... package, 104a ... concave, 105 ... concave mirror, 105a ... reflective surface, 105A, 105B ...
  • concave mirror 107 ... light transmitting member, 108 ... package, 108a ... concave, 109 ... concave mirror, 109a ... reflective , 109A, 109B ... cross section of concave mirror, 110 ... light emitting element, 111 ... backlight (dimming element), 112 ... package, 112a ... concave, 113 ... concave mirror, 11 a ... reflecting surface, 113A, 113B ... cross section of concave mirror, 121,127,131,133 ... liquid crystal display device (display device), 135 ... light guide, 137 ... backlight (dimming element), 201,203 ...
  • Illumination device central axis of concave mirror (optical axis of light reflected by reflecting surface), D1, D2, DA, DB, DC: diffusion angle, Pf: parabolic focus, RA, RB, RC: light extraction region

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Abstract

　発光素子は、光源と、前記光源から射出された光を反射するミラーと、を備え、ミラーで反射された光の光軸に対して垂直な平面内における互いに直交する２つの方向を第１の方向及び第２の方向としたときに、第１の方向の光の拡散角と第２の方向の光の拡散角は互いに異なる。

Description

発光素子、調光素子、表示装置および照明装置
　本発明は、発光素子、調光素子、表示装置および照明装置に関する。
　本願は、２０１１年５月３１日に、日本に出願された特願２０１１－１２１６７１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　導光体の端面に発光素子を配置したサイドライト方式の照明装置として、特許文献１の照明装置が知られている。サイドライト方式の照明装置では、照明光の輝度を高めるために、複数の発光素子を導光体の端面に設置するのが一般的である。この場合、発光素子から射出される光の指向性が高いと、隣接する発光素子の境界部で光の明暗が発生し、輝度むらが発生する惧れがある。そのため、特許文献１の照明装置では、発光素子から射出された光を拡散部材で拡散させて、導光体全体で均一な光量の光が得られるようにしている。
特開２００１－５２５１８号公報
　特許文献１の照明装置では、発光素子と導光体との間に拡散部材を設置している。そのため、部品点数が増加し、コストアップの原因となる。また、発光素子から射出された光は、導光体の内部を全反射しながら伝播するため、発光素子から射出された光が導光体の光射出面と直交する方向（導光体の板厚方向）に拡散されると、光が全反射しなくなる。
　そのため、導光体の光入射面近傍で光漏れが発生し、輝度むらが発生する。
　本発明の態様における目的は、輝度むらを抑制可能な発光素子、調光素子、表示装置および照明装置を提供することにある。
　本発明の一態様における発光素子は、光源と、前記光源から射出された光を反射するミラーと、を備え、前記ミラーで反射された光の光軸に対して垂直な平面内における互いに直交する２つの方向を第１の方向及び第２の方向としたときに、前記第１の方向の光の拡散角と前記第２の方向の光の拡散角は互いに異なる。
　前記ミラーは、前記ミラーを、前記光軸を含む互いに直交する第１の平面及び第２の平面で切ったときに、その光軸上の点における前記ミラーを前記第１の平面で切ったときの断面の曲率と、前記第２の平面で切ったときの断面の曲率が互いに異なるアナモルフィック形状であってもよい。
　前記２つの断面のうち曲率の大きい断面における前記ミラーの形状は放物線であり、前記放物線の焦点に前記光源が配置されていてもよい。
　前記２つの断面のうち曲率の小さい断面における前記ミラーの曲率は０であってもよい。
　凹部が形成されたパッケージを備え、前記パッケージの前記凹部に前記ミラーが形成され、前記凹部に前記光源から射出された光を透過する光透過部材が充填され、前記光透過部材に前記光源が埋設されていてもよい。
　前記光源が一方向に配列して複数設けられ、前記パッケージには、前記複数の光源のそれぞれに対応した前記反射面が複数形成され、前記複数の反射面が前記複数の光源の配列方向に沿って設けられていてもよい。
　本発明の他の態様における調光素子は、光入射面と光射出面とを有する導光体と、前記導光体の光入射面に光を入射させる複数の発光素子と、前記導光体上に設けられ、前記導光体の内部を伝播した光を前記導光体の外部に取り出し可能であり、前記光の伝播方向に沿って設けられた複数の光取出領域と、を備え、前記複数の光取出領域から取り出し可能な光の伝播角度は互いに異なり、前記複数の発光素子から射出された光は、互いに異なる伝播角度で前記導光体の内部を伝播し、前記複数の発光素子は、本発明の発光素子であり、前記発光素子において、光の拡散角が大きい方向は、前記導光体の光射出面の法線と直交し且つ前記光の伝播方向と直交する方向であり、光の拡散角が小さい方向は、前記導光体の光射出面の法線と平行な方向である。
　前記複数の光取出領域において前記導光体の光射出面と接する部材の屈折率は互いに異なっていてもよい。
　前記導光体の光射出面と接する部材の屈折率は、前記導光体の光入射面から遠い位置に配置されたものほど大きくてもよい。
　前記導光体の光入射面には、前記導光体の光射出面との成す角度が互いに異なる複数の傾斜面が設けられ、前記複数の発光素子の各々が前記複数の傾斜面の各々に固定されていてもよい。
　前記複数の発光素子の一つは、前記光入射面に対して相対的に近い位置の前記光取出領域から取り出される光を射出し、前記複数の発光素子の他の一つは、前記光入射面に対して相対的に遠い位置の前記光取出領域から取り出される光を射出し、前記複数の発光素子の一つが射出する光の前記光射出面の法線と直交し且つ前記光の伝播方向と直交する方向の光の拡散角は、前記複数の発光素子の他の一つが射出する光の前記光射出面の法線と直交し且つ前記光の伝播方向と直交する方向の光の拡散角よりも大きくてもよい。
　本発明のさらに他の態様における表示装置は、本発明の調光素子と、前記調光素子から射出される光を用いて表示を行う表示素子と、を備えている。
　本発明のさらに他の態様における照明装置は、本発明の調光素子を備えている。
　本発明の態様によれば、輝度むらを抑制可能な発光素子、調光素子、表示装置および照明装置を提供することができる。
第１実施形態の調光装置の斜視図である。 調光装置に備えられる発光素子の断面図である。 発光素子の凹面ミラーの構成を示す図である。 発光素子の凹面ミラーの構成を示す図である。 発光素子の凹面ミラーの構成を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 凹面ミラーの曲率を変えたときの導光体内部の光量分布を示す図である。 第２実施形態の調光装置の斜視図である。 第２実施形態の調光装置の発光素子の拡大図である。 導光体内部の光量分布を示す図である。 第３実施形態の調光装置に備えられた発光素子の拡大図である。 第４実施形態の調光装置の発光素子を示す図である。 第４実施形態の発光素子の光源を示す図である。 図８ＡのＡ－Ａ’断面における発光素子の断面図である。 図８ＡのＢ－Ｂ’断面における発光素子の断面図である。 第５実施形態の調光装置の斜視図である。 第５実施形態の調光装置の断面図である。 第４実施形態のバックライトを備えた液晶表示装置の分解斜視図である。 バックライトの光取出領域から光が射出する原理を説明するための図である。 バックライトの光取出領域から光が射出する原理を説明するための図である。 バックライトの光取出領域から光が射出する原理を説明するための図である。 発光素子から射出される光のｙ方向の拡散角を示す図である。 発光素子から射出される光のｙ方向の拡散角を示す図である。 発光素子から射出される光のｙ方向の拡散角を示す図である。 液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。 バックライトの配置例を示す図である。 バックライトの配置例を示す図である。 バックライトの配置例を示す図である。 バックライトの配置例を示す図である。 照明装置の第１の構成例の断面図である。 照明装置の第２の構成例の平面図である。 照明装置の第２の構成例の断面図である。 照明装置の第３の構成例の断面図である。 照明装置の第４の構成例の断面図である。
［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態の調光装置１００の斜視図である。調光装置１００としては、例えばバックライトが挙げられる。
　調光装置１００は、導光体１０１と、導光体１０１の光入射面１０１ａに光を入射させる複数の発光素子１０２と、を備えている。
　導光体１０１は、平面視矩形の透明な板状部材である。導光体１０１の端面は光入射面１０１ａであり、導光体１０１の主面は光射出面１０１ｂである。図１では、光射出面１０１ｂは、導光体１０１の２つの主面の双方に設けられているが、光射出面１０１ｂは、導光体１０１の一方の主面のみに設けられていてもよい。図１では、光射出面１０１ｂはｘｙ平面と平行な面であり、光入射面１０１ａはｙｚ平面と平行な面である。複数の発光素子１０２は、導光体１０１の光入射面１０１ａに沿ってｙ方向に配列されている。複数の発光素子１０２は、その光射出面を導光体１０１の光入射面１０１ａに向けて導光体１０１の光入射面１０１ａに固定されている。図１では、複数の発光素子１０２は、導光体１０１の１つの端面にのみ設けられているが、この端面とＸ方向において対向する端面に複数の発光素子１０２を配置し、２つの端面から光を入射する構成としてもよい。
　発光素子１０２から導光体１０１の光入射面１０１ａに入射した光は、導光体１０１の内部を全反射しながら概ねｘ方向に伝播する。そして、導光体１０１の２つの主面に設けられた図示略の光路変換部材によって、その光路を変換され、導光体１０１の光射出面１０１ｂから射出される。導光体１０１の光射出面１０１ｂから射出される光の光量は、発光素子１０２から射出される光の光量を変化させることによって制御される。発光素子１０２は、個々に独立して点灯、消灯が制御でき、さらに射出光量が制御できる構成となっている。これにより、調光装置１００は、射出される光の光量を調節可能な調光素子として機能する。
　図２は、発光素子１０２の断面図である。
　発光素子１０２は、パッケージ１０４と、凹面ミラー１０５と、光源１０３と、反射ミラー１０６と、光透過部材１０７と、を備えている。符号Ｐｆは、凹面ミラー１０５のｘｚ平面と平行な断面における焦点である。符号Ｐｃは、凹面ミラー１０５の光源１０３から最も離間した位置（頂点）である。符号ＣＬは、凹面ミラー１０５の中心軸（凹面ミラー１０５の頂点Ｐｃと凹面ミラー１０５の焦点Ｐｆとを結ぶ線）である。凹面ミラー１０５の中心軸ＣＬは、凹面ミラー１０５で反射された光の光軸と一致する。そのため、図２の例では、中心軸ＣＬは、発光素子１０２の光射出面１０７ａの法線（ｘ軸）と一致している。
　凹面ミラー１０５は、パッケージ１０４の凹部１０４ａに設けられている。凹面ミラー１０５の形状は、パッケージ１０４の凹部１０４ａの形状に倣った曲面形状となっている。凹面ミラー１０５は、光源１０３から射出された光を反射する放物面ミラーである。凹部１０４ａの形状は、例えば、パッケージ１０４となる樹脂部材の表面に凹部１０４ａの形状を反転させた凸形状を有する金型を押し付けることにより形成されている。凹部１０４ａの形状は、平坦な樹脂部材の表面を切削加工することによって形成しても良い。
　光源１０３は、例えば、略直方体状のチップＬＥＤ（表面実装用ＬＥＤ）である。光源１０３は、凹面ミラー１０５の焦点に配置されている。凹面ミラー１０５の中心軸ＣＬは、光源１０３の光射出面の法線（チップＬＥＤの上面の法線）と一致している。
　パッケージ１０４の凹部１０４ａには、光源１０３から射出された光を透過する光透過部材１０７が充填されている。光源１０３は、光透過部材１０７の内部に埋設されている。光透過部材１０７は、例えば、パッケージ１０４の凹部１０４ａに凹面ミラー１０５を形成し、パッケージ１０４の内部に光源１０３および反射ミラー１０６を配置した後、パッケージ１０４の内部に、アクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂を注入して硬化させることにより形成されている。光透過部材１０７の屈折率は、導光体１０１の屈折率と同じ値に設定されている。光透過部材１０７の外部に露出する面１０７ａは、発光素子１０２の光射出面となっている。
　本実施形態において、パッケージ１０４の凹部１０４ａには、光源１０３から射出された光を透過する光透過部材１０７が充填される例を示しているが、本実施形態はこれに限定されない。パッケージ１０４の凹部１０４ａには、空気等の気体が存在していてもよい。この場合、光源１０３は、固定部材によりパッケージ１０４に固定される。　
　反射ミラー１０６は、光源１０３の実装基板に、例えばアルミニウム等の金属膜をスパッタ法もしくは蒸着法で形成することにより形成されている。反射ミラー１０６は、凹面ミラー１０５と異なる方向に射出された光源１０３からの光を凹面ミラー１０５に向けて反射する。
　図３Ａは、発光素子１０２の拡大図である。図３Ｂは、凹面ミラー１０５のｘｚ平面と平行な断面と凹面ミラー１０５で反射された光のｘｚ平面内での角度分布を示す図である。図３Ｃは、凹面ミラー１０５のｘｙ平面と平行な断面と凹面ミラー１０５で反射された光のｘｙ平面内での角度分布を示す図である。
　図３Ａに示すように、凹面ミラー１０５は、光源１０３から最も離間した位置を頂点Ｐｃとする放物面ミラーである。凹面ミラー１０５の反射面１０５ａは、この反射面１０５ａを凹面ミラー１０５の中心軸ＣＬを含む互いに直交する２つの平面で切ったときに、その頂点Ｐｃにおける断面の曲率が互いに異なるアナモルフィック反射面である。
　横軸を反射光の射出角度（中心軸ＣＬと平行な方向に射出したときの射出角度を０°とする）とし、縦軸をこの射出角度で射出された光の光量とし、光の光量がピーク光量の５０％まで減衰するときの射出角度α，βの差の絶対値｜α－β｜を拡散角とし、反射光の光軸（凹面ミラー１０５の中心軸ＣＬ）に対して垂直な平面内における互いに直交する２つの方向を第１の方向および第２の方向とすると、第１の方向と第２の方向の光の拡散角は互いに異なる。光の拡散角が大きい方向は、導光体１０１の光射出面１０１ｂの法線と直交し且つ光の伝播方向と直交する方向（ｙ方向）であり、光の拡散角が小さい方向は、導光体１０１の光射出面１０１ｂの法線と平行な方向（ｚ方向）である。
　本実施形態の場合、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、反射面１０５ａのｘｚ平面と平行な断面およびｘｙ平面と平行な断面の形状は、いずれも放物線である。反射面１０５ａのｘｚ平面と平行な断面１０５Ｂにおける放物線の曲率は、反射面１０５ａのｘｙ平面と平行な断面１０５Ａにおける放物線の曲率よりも大きい。そのため、反射面１０５ａで反射された光の角度分布は、ｚ方向への広がりが小さく、ｙ方向への広がりが大きい。ｘｚ平面内において、光の光量がピーク光量の５０％まで減衰するときの射出角度はθ１，θ２である。よって、ｚ方向の拡散角Ｄ１は｜θ１－θ２｜である。ｘｙ平面内において、光の光量がピーク光量の５０％まで減衰するときの射出角度はθ３，θ４である。
よって、ｚ方向の拡散角Ｄ２は｜θ３－θ４｜である。ｚ方向への光の広がりはｙ方向への光の広がりよりも小さいので、ｚ方向の拡散角Ｄ１はｙ方向の拡散角Ｄ２よりも小さい。
　図３Ｂ及び図３Ｃにおいて、焦点Ｐｆは、反射面１０５ａのｘｚ平面と平行な断面における放物線の焦点である。反射面１０５ａのｘｚ平面と平行な断面１０５Ｂにおける放物線の曲率と反射面１０５ａのｘｙ平面と平行な断面１０５Ａにおける放物線の曲率とは異なる。そのため、焦点Ｐｆは、反射面１０５ａのｘｙ平面と平行な断面１０５Ａにおける放物線の焦点とは異なる。光源１０３は、反射面１０５ａのｘｚ平面と平行な断面１０５Ｂにおける放物線の焦点Ｐｆに配置されている。そのため、反射面１０５ａで反射された光は、ｘｚ平面と平行な平面内において概ね平行光であり、拡散角Ｄ１は概ね０°である。
　図４Ａないし図４Ｉは、反射面１０５ａのｘｚ平面と平行な断面における放物線の曲率Ｃ１を０．１に固定し、反射面１０５ａのｘｙ平面と平行な断面における放物線の曲率Ｃ２を０．０１ないし０．０９まで０．０１刻みで変化させたときの導光体内部の光量分布を示す図である。図４Ａないし図４Ｉにおいて、上段側は、ｚ方向から見た導光体１０１及び発光素子１０２の平面図であり、下段側は、導光体１０１のＡ－Ａ′断面における導光体内部の光量分布を示す図である。
　発光素子１０２から射出される光のｙ方向への広がりは、反射面１０５ａのｘｙ平面と平行な断面における放物線の曲率Ｃ２によって変化する。曲率Ｃ２を大きくするとｙ方向への光の広がりは小さくなり、曲率Ｃ２を小さくするとｙ方向への光の広がりは大きくなる。曲率Ｃ２が０．０９の場合、発光素子１０２から射出される光はｚ方向から見て概ね平行光となる。導光体１０１のＡ－Ａ′断面内には、各発光素子１０２と対向する位置に大きな光量ピークが発生する。隣接する発光素子１０２の境界部に十分に光が広がらないため、境界部は暗くなる。そのため、導光体１０１のＡ－Ａ′断面内には大きな光量分布が発生する。曲率Ｃ２を小さくしていくと、隣接する発光素子１０２の境界部まで光が広がるようになり、境界部は明るくなる。そのため、導光体１０１のＡ－Ａ′断面内の光量分布は均一化される。
　本実施形態の調光装置１００においては、発光素子１０２から射出される光のｚ方向の拡散角Ｄ１はｙ方向の拡散角Ｄ２よりも小さい。そのため、ｙ方向への光の広がりを許容しつつ、ｚ方向への光の広がりを抑制することができる。ｘｚ平面で見た場合、光は高い指向性をもった光となるので、発光素子１０２の光軸（凹面ミラー１０５の中心軸ＣＬ）が導光体１０１の光射出面１０１ｂに対して臨界角以上の角度に設定されていれば、導光体１０１の光射出面１０１ｂから外部に漏れ出す光は非常に少なくなる。ｘｙ平面で見た場合には、光はｙ方向への広がりが大きい指向性の小さい光となるので、発光素子１０２から射出された光は、隣接する発光素子１０２の境界部まで広がり、境界部の光量が大きくなる。その結果、導光体全体で光量分布が均一化され、輝度むらの少ない調光装置となる。
［第２実施形態］
　図５Ａは、第２実施形態の調光装置１１１の斜視図である。図５Ｂは、調光装置１１１に備えられた発光素子１１０の拡大図である。
　調光装置１１１において第１実施形態の調光装置１００と異なる点は、発光素子１１０の反射面１０９ａのｘｙ平面と平行な断面の曲率を０とした点である。調光装置１１１において第１実施形態の調光装置１００と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　調光装置１１１は、導光体１０１と、導光体１０１の光入射面１０１ａに光を入射させる複数の発光素子１１０と、を備えている。発光素子１１０は、パッケージ１０８と、凹面ミラー１０９と、光源１０３と、を備えている。凹面ミラー１０９は、パッケージ１０８の凹部１０８ａに設けられている。凹面ミラー１０９の形状は、パッケージ１０８の凹部１０８ａの形状に倣った曲面形状となっている。凹面ミラー１０９は、光源１０３から最も離間した位置を頂点Ｐｃとする放物面ミラーである。
　凹面ミラー１０９の反射面１０９ａは、反射面１０９ａを凹面ミラー１０９の中心軸（反射面１０９ａで反射された光の光軸）ＣＬを含む互いに直交する２つの平面で切ったときに、その頂点Ｐｃにおける断面の曲率が互いに異なるアナモルフィック反射面である。反射面１０９ａで反射された光の光軸ＣＬに対して垂直な平面内における互いに直交する２つの方向を第１の方向および第２の方向とすると、第１の方向と第２の方向の光の拡散角は互いに異なる。光の拡散角が大きい方向は、導光体１０１の光射出面１０１ｂの法線と直交し且つ光の伝播方向と直交する方向（ｙ方向）であり、光の拡散角が小さい方向は、導光体１０１の光射出面１０１ｂの法線と平行な方向（ｚ方向）である。
　本実施形態の場合、反射面１０９ａのｘｚ平面と平行な断面１０９Ｂの形状は放物線であり、反射面１０９ａのｘｙ平面と平行な断面１０９Ａの形状は直線である。断面１０９Ａの曲率は０であり、断面１０９Ｂの曲率は０よりも大きい。光源１０３は、反射面１０９ａの断面１０９Ｂにおける放物線の焦点に配置されている。そのため、反射面１０９ａで反射された光の角度分布は、ｚ方向への広がりが小さく、ｙ方向への広がりが大きい。
　ｚ方向への光の広がりはｙ方向への光の広がりよりも小さいので、ｚ方向の拡散角はｙ方向の拡散角よりも小さい。
　図６は、導光体内部の光量分布を示す図である。図６において、上段側は、ｚ方向から見た導光体１０１及び発光素子１１０の平面図であり、下段側は、導光体１０１のＡ－Ａ′断面における導光体内部の光量分布を示す図である。
　反射面１０９ａの断面１０９Ａの曲率は０である。そのため、反射面１０９ａはｙ方向への光の広がりに対して何ら集光作用を持たない。そのため、発光素子１１０から射出された光は、隣接する発光素子１０２の境界部まで広がり、境界部の光量が増加する。そのため、導光体１０１のＡ－Ａ′断面内の光量分布は均一化される。よって、輝度むらの少ない調光装置１１１が得られる。
［第３実施形態］
　図７は、第３実施形態の調光装置に備えられた発光素子１１４の拡大図である。
　発光素子１１４において第１実施形態の発光素子１０２と異なる点は、発光素子複数個分の長さを有する長軸のパッケージ１１２に複数の光源１０３を一体に取り付けた点である。発光素子１１４において第１実施形態の発光素子１０２と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　パッケージ１１２には、各光源１０３に対応した複数の凹部１１２ａがｙ方向に沿って形成されている。複数の凹部１１２ａには、凹面ミラー１１３が形成されている。凹面ミラー１１３の形状は、パッケージ１１２の凹部１１２ａの形状に倣った曲面形状となっている。凹面ミラー１１３は、光源１０３から射出された光を反射する放物面ミラーである。凹部１１２ａの形状は、例えば、パッケージ１１２となる樹脂部材の表面に凹部１１２ａの形状を反転させた凸形状を有する金型を押し付けることにより形成されている。凹部１１２ａの形状は、平坦な樹脂部材の表面を切削加工することによって形成しても良い。
　凹面ミラー１１３は、光源１０３から最も離間した位置を頂点Ｐｃとする放物面ミラーである。凹面ミラー１１３の反射面１１３ａは、反射面１１３ａを凹面ミラー１１３の中心軸（反射面１１３ａで反射された光の光軸）ＣＬを含む互いに直交する２つの平面で切ったときに、その頂点Ｐｃにおける断面の曲率が互いに異なるアナモルフィック反射面である。
　本実施形態の場合、反射面１１３ａのｘｚ平面と平行な断面１１３Ｂおよびｘｙ平面と平行な断面１１３Ａの形状は、いずれも放物線である。反射面１１３ａのｘｚ平面と平行な断面１１３Ｂにおける放物線の曲率は、反射面１１３ａのｘｙ平面と平行な断面１１３Ａにおける放物線の曲率よりも大きい。光源１０３は、反射面１１３ａのｘｚ平面と平行な断面１１３Ｂにおける放物線の焦点に配置されている。そのため、反射面１１３ａで反射された光の角度分布は、ｚ方向への広がりが小さく、ｙ方向への広がりが大きい。ｚ方向への光の広がりはｙ方向への光の広がりよりも小さいので、ｚ方向の拡散角はｙ方向の拡散角よりも小さい。
　本実施形態の発光素子１１４においては、複数の光源１０３を同一パッケージ内にパッケージしている。そのため、部品点数が少なくなり、発光素子１１４の導光体への取り付けも容易になる。
［第４実施形態］
　図８Ａ～図１０は、第４実施形態における発光素子３０２を示す。
　本実施形態の発行素子３０２と第１実施形態の発光素子１０２との違いは、凹面ミラーの反射面の形状と、光源の形状である。発光素子３０２において第１実施形態の発光素子１０２と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　第１実施形態の発光素子１０２は、凹面ミラー１０５の反射面１０５ａが、この反射面１０５ａを凹面ミラー１０５の中心軸ＣＬを含む互いに直交する２つの平面で切ったときに、その頂点Ｐｃにおける断面の曲率が互いに異なるアナモルフィック反射面であった。これに対し、図８Ａ、図９、図１０に示すように、本実施形態における発光素子３０２では、凹面ミラー３０５の反射面３０５ａを、頂点ＰＣを通りＸ軸と平行などの平面で切ったときにおいても、その断面は概略同一である。
　本実施形態の光源３０３は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、Ｙ軸に沿った寸法ＷＹがＺ軸方向に沿った寸法ＷＺより大きい。
　図９は、図８Ａにおける発光素子３０２のＡ－Ａ’断面における断面図である。図９において、発光素子３０３のＺ方向に沿った寸法ＷＺは、十分に小さく、光源３０３の光射出面は、反射面３０５ａの放物面の焦点Ｐｆと概略一致する。そのため、反射面３０５ａで反射された光は、ｘｚ平面と平行な平面内において概ね平行光であり、拡散角は概ね０°である。
　図１０は、図８Ａにおける発光素子３０２のＢ－Ｂ’断面における断面図である。図１０において、発光素子３０３のＺ方向に沿った寸法ＷＹは、反射面３０５ａに対して無視できない程度に大きいため、光源３０３の光射出面の一部は、反射面３０５ａの放物面の焦点Ｐｆからずれる。そのため、反射面３０５ａで反射された光は、ｘｚ平面と平行な平面内において拡散する。
　発光素子３０２から射出される光のｙ方向への広がりは、光源３０３のＺ方向に沿った寸法ＷＹによって変化する。寸法ＷＹを大きくするとｙ方向への光の広がりは大きくなり、寸法ＷＹを小さくするとｙ方向への光の広がりは小さくなる。　　　
　本実施形態の発光素子３０２から射出される光のｚ方向の拡散角は、ｙ方向の拡散角よりも小さい。そのため、ｙ方向への光の広がりを許容しつつ、ｚ方向への光の広がりを抑制することができる。ｘｚ平面で見た場合、光は高い指向性をもった光となる。ｘｙ平面で見た場合には、光はｙ方向への広がりが大きい指向性の小さい光となるので、発光素子３０２から射出された光は、隣接する発光素子３０２の境界部まで広がり、境界部の光量が大きくなる。その結果、本実施形態の発光素子３０２を有する調光素子は、輝度むらの少ない調光装置となる。
［第５実施形態］
　本実施形態では、第１実施形態の調光装置１００と異なる導光体を有する調光装置について説明する。図１１Ａは、本実施形態の調光装置４００の斜視図である。図１１Ｂは、本実施形態の調光装置４００の断面図である。なお、本実施形態の面調光装置４００において、実施形態１の調光装置１００と共通する構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
　本実施形態の調光装置４００は、発光素子１０２と、導光体４１０と、プリズムシート４２０と、を備える。発光素子１０２は、第１実施形態の発光素子と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。なお、本実施形態における発光素子１０２は、ｘｚ平面で見た場合に指向性の低い光が射出される場合においても適用することができる。導光体４１０は、発光素子１０２から射出された光を端面４１１から入射させ、内部で伝播させる間に光射出面４１２から光を射出させる機能を有している。プリズムシート４２０は、導光体４１０の光射出面４１２から射出された光の進行方向を、光射出面４１２の法線により近い方向に変更する機能を有する。図１１Ａ及び図１１Ａに示すように、発光素子１０２は、導光体４１０の端面４１１に配置される。プリズムシート４２０は、導光体４１０の光射出面４１２と対向するように配置される。
　導光体４１０は、例えばアクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂からなる板体である。導光体４１０は、発光素子１０２が設けられた端面４１１から先端部に向けて厚みが徐々に薄くなる楔形の形状を有している。すなわち、図１１Ｂに示すように、ｚｘ平面における導光体４１０の平面形状は、直角三角形である。導光体の端面４１１は、発光素子１０２から射出された光を入射させる光入射面である。発光素子１０２からの光は導光体４１０内部を伝播し、光射出面４１２から射出される。
　光射出面４１２に対向する反射面４１３は、光射出面４１２に対して一定の傾斜角を有する。光射出面４１２に対する反射面４１３の傾斜角θ５（光射出面４１２と反射面４１３とのなす角度、導光体４１０の先端角と呼ぶ場合もある）は、例えば２°程度に設定される。反射面４１３には、例えばアルミニウム等の光反射率の高い金属膜が設けられている。なお、金属膜は、反射面４１３上に蒸着等により形成された金属膜であっても良いし、導光体４１０とは別体に作製した金属板を光学接着剤により貼り合わせた構成であっても良い。光Ｌは、光射出面４１２および反射面４１３で反射する毎に、光射出面４１２および反射面４１３への入射角が小さくなる。
　ここで、例えば導光体４１０を構成するアクリル樹脂の屈折率が１．５、空気の屈折率を１．０とすると、導光体４１０の光射出面４１２における臨界角、すなわち導光体４１０を構成するアクリル樹脂と空気との界面における臨界角は、Ｓｎｅｌｌの法則から４２°程度となる。導光体４１０に入射した直後の光が光射出面４１２に入射した際、光射出面４１２への光Ｌの入射角が臨界角である４２°よりも大きいと、全反射条件を満たすため、光Ｌは光射出面４１２で全反射する。その後、光Ｌが光射出面４１２と反射面４１３との間で反射を繰り返し、光射出面４１２への光Ｌの入射角が臨界角である４２°よりも小さくなった時点で全反射条件を満たさなくなり、光Ｌは外部空間に射出される。
　すなわち、光Ｌは、光射出面４１２への入射角が臨界角よりも大きい間は導光体４１０の内部に閉じ込められ、光射出面４１２への入射角が臨界角よりも小さくなった時点で光射出面４１２から順次射出される。光Ｌは光射出面４１２から射出される際に屈折するので、光射出面４１２への入射角が４２°程度の光は、射出角が７０°程度の光となって射出される。このように、光の伝播方向に平行、かつ導光体４１０の光射出面４１２に垂直な平面（ｘｚ平面）内で見たとき、光Ｌ３は導光体４１０に入射した時点では指向性を持たないが、導光体４１０から射出する時点では高い指向性を有する。
　導光棒４１０から射出するときの光Ｌ３の射出角は７０°程度であり、光Ｌ３はかなり水平に近い方向に射出される。したがって、プリズム４３０を用いて、導光棒４１０から射出された光Ｌ３を導光棒４１０の射出面４１２の法線方向に近い方向に立ち上げる。具体的には、先端角θ２が３８．５°程度のプリズム構造体４３１を有するプリズム４３０を用い、光Ｌ３を、プリズム構造体４３１の第１面４３１ａから入射させ、第２面４３１ｂで反射させることで、導光棒４１０の光射出面４１２に対して略法線方向に立ち上げることができる。
　本実施形態の調光装置４００においては、指向性が高く、照度分布が均一な光を射出することが可能となる。　
［第６実施形態］
　図１２は、第６実施形態の調光装置を備えた液晶表示装置（表示装置）１の分解斜視図である。本実施形態において、調光装置はバックライト３として機能する。
　図１２に示すように、液晶表示装置１は、液晶パネル２（表示素子）と、液晶パネル２の背面側に配置されたバックライト３と、を有している。
　液晶パネル２は、バックライト３から射出された光を利用して表示を行う透過型の液晶パネルである。使用者は、バックライト３の反対側、すなわち、図１２における液晶パネル２の上側から表示を視認することができる。液晶パネル２の構成は特に限定されるものではなく、スイッチング用薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，以下、ＴＦＴと略記する）を画素毎に備えたアクティブマトリクス型液晶パネルであっても良いし、ＴＦＴを備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。また、透過型の液晶パネルに限らず、半透過型（透過・反射兼用型）液晶パネルであっても良い。表示モードについても、特に限定されることはなく、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等、種々の表示モードの液晶パネルを用いることができる。
　バックライト３は、寸法、形状、構成が全て同一の３個のバックライトユニット４から構成されている。３個のバックライトユニット４は、導光体５の長手方向と直交する方向、すなわち、導光体５の３つの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが並ぶ方向と直交する方向（ｙ方向）に互いに隣接して配置されている。したがって、バックライト３は、液晶表示装置１の画面における水平方向および垂直方向に沿って３個ずつ、合計９個の光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを有している。
　各バックライトユニット４は照明部６と導光体５とから構成されている。照明部６は複数（図１２の例では３個）の発光素子７ａ，７ｂ，７ｃから構成されている。
　発光素子７ａ，７ｂ，７ｃは、第１実施形態又は第２実施形態に示した構成の発光素子である。すなわち、発光素子の光射出面から射出される光の光軸に対して垂直な平面内において互いに直交する２つの方向を第１の方向及び第２の方向としたときに、第１の方向と第２の方向の光の拡散角が互いに異なる発光素子である。光の拡散角が大きい方向は、導光体５の主面５ａの法線と直交し且つ光の伝播方向と直交する方向（ｙ方向）であり、光の拡散角が小さい方向は、導光体５の主面５ａの法線と平行な方向（ｚ方向）である。
　なお、導光体５の主面５ａは、導光体５の内部を伝播した光が液晶パネル２に向けて射出される光射出面である。
　導光体５は、例えばアクリル樹脂等の光透過性を有する樹脂からなる平行平板で構成されている。図１２の例では、バックライト３が、導光体５が別体とされた３個のバックライトユニット４から構成されているが、合計９個の光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを有する導光体が一体の構造であっても良い。この構造であっても、指向性の高い発光素子を用いることで光を射出させる光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを選択することが可能である。
　導光体５の１つの端面に、３個の発光素子７ａ，７ｂ，７ｃが光射出側を導光体５側に向けて設置されている。導光体５は、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃから射出された光が入射され、その光を内部で全反射させつつ、発光素子７ａ，７ｂ，７ｃが設置された端面側から反対側の端面（図１２の－ｘ方向から＋ｘ方向）に向けて伝播させ、その間に外部空間に取り出す機能を有している。また、３個の発光素子７ａ，７ｂ，７ｃは、個々に独立して点灯、消灯が制御でき、さらに射出光量が制御できる構成となっている。これにより、バックライト３は、射出される光の光量を調節可能な調光素子として機能する。
　図示を省略したが、バックライト３には、発光素子７ａ，７ｂ，７ｃが実装されるプリント配線板、発光素子７ａ，７ｂ，７ｃの駆動および制御を担う駆動用ＩＣを含む制御部などが備えられている。発光素子７ａ，７ｂ，７ｃとしては、ｘｚ平面内において高い指向性を有する発光素子を用いることが好ましく、例えば導光体５内部を光が導光する間の射出光の広がり角に対する強度分布の半値幅（ｘｚ平面内における拡散角）が５°程度のものを用いることができる。
　導光体５の２つの主面のうち、液晶パネル２に対向する主面５ａには、複数（本実施形態では３つ）の光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが導光体５の長手方向（図１２のｘ軸方向）に沿って設けられている。各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣには、導光体５の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率体８ａ，８ｂおよび導光体５の屈折率と等しい屈折率を有する屈折率体９がそれぞれ設けられている。低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９上にはそれぞれ、各低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折体９から射出された光を散乱させる光散乱体１０が積層されている。なお、以下の説明では、便宜上、各光取出領域を、発光素子７ａ，７ｂ，７ｃに近い側から遠い側に向けて、第１光取出領域ＲＡ、第２光取出領域ＲＢ、第３光取出領域ＲＣ、と称する。また、光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが設けられた導光体５の主面を第１主面５ａ、第１主面５ａの反対側の主面を第２主面５ｂ、発光素子７ａ，７ｂ，７ｃが設けられた導光体５の端面を第１端面５ｃ、第１端面５ｃの反対側の端面を第２端面５ｄ、と称する。
　低屈折率体８ａ，８ｂは、いずれも導光体５の屈折率よりも低い屈折率を有し、屈折率体９は、導光体５の屈折率と等しい屈折率を有している。低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９はそれぞれ異なる屈折率を有している。また、低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９は、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃから射出されて各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに入射される光の伝播方向に沿って（図１２の－ｘ方向から＋ｘ方向に向けて）、屈折率が相対的に低いものから屈折率が相対的に高いものの順に配列されている。例えば、導光体５の屈折率ｎＷＧは、１．５であり、第１光取出領域ＲＡに設けられた第１低屈折率体８ａの屈折率ｎＡは１．３であり、第２光取出領域ＲＢに設けられた第２低屈折率体８ｂの屈折率ｎＢは１．４であり、第３光取出領域ＲＣに設けられた屈折率体９の屈折率ｎＣは１．５である。
　屈折率が異なる低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９を形成する手法としては、例えば以下の２つの手法を挙げることができる。
　第１の手法は、異なる材料を用いて低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９を形成することである。例えば導光体５の材料としてアクリル樹脂を用い、第１低屈折率体８ａの材料としてデュポン社製の非晶性フッ素樹脂「ＡＦ１６００」（登録商標、屈折率：ｎＡ＝１．２９～１．３１）、第２低屈折率体８ｂの材料としてＤＩＣ社製の紫外線硬化樹脂「ＯＰ４０」（登録商標、屈折率：ｎＢ＝１．４０３）、屈折率体９の材料としてクラレ社製のメタクリル樹脂「パラペット（光学グレード）」（登録商標、屈折率：ｎＣ＝１．４９）の各液状体を導光体５上に選択的に塗布し、硬化させることで実現できる。
　なお、屈折率体９は導光体５と等しい屈折率を有しているため、導光体５上に必ずしも屈折率体９を形成する必要はない。例えば、導光体５上に光散乱体１０が配置されているだけでもよい。
　第２の手法は、所定の基材中に低屈折率材料を含有させた材料を用い、低屈折率材料の濃度を異ならせて屈折率を調整することである。例えば、上記の屈折率体９の材料として用いたクラレ社製のメタクリル樹脂「パラペット（光学グレード）」（登録商標、屈折率：ｎＣ＝１．４９）中に、Ａｒｄｒｉｃｈ社製のメゾポーラスシリカナノパウダー（登録商標、屈折率：１．２７）、もしくはＪａｓｏｎ　Ｗｅｌｌｓ社製のエアロゲル（登録商標、屈折率：１．２７）等の低屈折率材料を含有させ、これら低屈折率材料の濃度を異ならせた２種類の液状体を作製する。そして、各液状体を導光体５上に選択的に塗布し、硬化させることで実現できる。
　低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９上には、光散乱体１０が積層されている。光散乱体１０は、低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９から入射された光を散乱させてバックライト３の外部空間に取り出す機能を有している。具体的には、光散乱体１０としては、ベースフィルム上に散乱ビーズ等がコーティングされた市販の光散乱フィルムを使用することができ、低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９上に光散乱フィルムを貼付することで光散乱体１０を形成することができる。本実施形態の光散乱体１０としては、光散乱能の高い光散乱フィルムを用いることが望ましい。
　各バックライトユニット４において、導光体５の第１端面５ｃは導光体５の短手方向（図１２のｙ方向）において３つに分割され、第１主面５ａに対する角度が互いに異なる３つの傾斜面１１ａ，１１ｂ，１１ｃとなっている。これらの傾斜面１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、例えば第１主面５ａと端面とのなす角度が直角となった導光体を用意しておき、その端面を、３つに分割した領域毎に第１主面５ａに対して異なる角度をなすように斜めに研削する等の方法で形成できる。そして、各傾斜面１１ａ，１１ｂ，１１ｃの略中央に、発光素子７ａ，７ｂ，７ｃが１個ずつ光学接着剤を介して固定されている。したがって、第１端面５ｃの全体では、３個の発光素子７ａ，７ｂ，７ｃが導光体５の短手方向に並べられている。
　なお、以下の説明では、便宜上、第１端面５ｃの３つの傾斜面１１ａ，１１ｂ，１１ｃのうち、第１主面５ａに対する角度が最も小さい傾斜面（図１２の右側）を第１光入射面１１ａ、第１主面５ａに対する角度が次に小さい傾斜面（図１２の中央）を第２光入射面１１ｂ、第１主面５ａに対する角度が最も大きい傾斜面（図１２の左側）を第３光入射面１１ｃ、と称する。また、第１光入射面１１ａに設けられた発光素子を第１発光素子７ａ、第２光入射面１１ｂに設けられた発光素子を第２発光素子７ｂ、第３光入射面１１ｃに設けられた発光素子を第３発光素子７ｃ、と称する。
　図１３Ａは、図１２のＡ－Ａ’線に沿う断面図である。図１３Ｂは、図８のＢ－Ｂ’線に沿う断面図である。図１３Ｃは、図８のＣ－Ｃ’線に沿う断面図である。
　本実施形態の場合、第１光入射面１１ａと第１主面５ａとのなす角度βＡは、５５°に設定されている。第２光入射面１１ｂと第１主面５ａとのなす角度βＢは、６５°に設定されている。第３光入射面１１ｃと第１主面５ａとのなす角度βＣは、７５°に設定されている。各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃは各光入射面１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対して垂直に光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが入射するように固定されている。各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃから射出された光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、導光体５の第１主面５ａと第２主面５ｂとの間で全反射を繰り返し、第１端面５ｃ側から第２端面５ｄ側に向けて伝播される。
　ここで、導光体５の厚さ方向の中心を通る仮想水平面に対する光軸のなす角度を伝播角度φと定義すると、第１発光素子７ａからの光Ｌａの伝播角度φＡは３５°、第２発光素子７ｂからの光Ｌｂの伝播角度φＢは２５°、第３発光素子７ｃからの光Ｌｃの伝播角度φＣは１５°である。よって、各光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、第１端面５ｃ側から第２端面５ｄ側に向けて伝播される間、第１光取出領域ＲＡ、第２光取出領域ＲＢ、第３光取出領域ＲＣの順に、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに入射する。
　なお、図１３Ａないし図１３Ｃでは、図面を見やすくするため、導光体５の長手方向の寸法（ｘ方向の寸法）に対して厚み（ｚ方向の寸法）を十分大きく描いており、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃから射出される光の中心軸のみを描いているため、光が各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに必ずしも入射しない場合もあるように思えるが、実際には導光体５の長手方向の寸法に対して厚みが十分に小さく、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃからの光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは有限の光束径を有しているため、光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに確実に入射する。
　すなわち、本実施形態の照明部６は、３個の発光素子７ａ，７ｂ，７ｃを備えており、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃからの光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣから光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを取り出し可能な入射角を含む入射角で各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに入射させる。また、照明部６は、１つの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに対して３種類の異なる入射角θ（θＡ＝５５°、θＢ＝６５°、θＣ＝７５°）で入射させるように、いずれの発光素子７ａ，７ｂ，７ｃを点灯させるかを切り換えることにより、導光体５の内部における光の伝播角度φ（φＡ＝３５°、φＢ＝２５°、φＣ＝１５°）を切り換える機能を有している。
　ここで、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃからの光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣにおける導光体５と各低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９との界面に入射する際の臨界角を考慮する。
　第１光取出領域ＲＡでの導光体５と第１低屈折率体との界面は、屈折率ｎＷＧ＝１．５の導光体と屈折率ｎＡ＝１．３の第１低屈折率体８ａとの界面となるので、Ｓｎｅｌｌの法則より、臨界角γＡは６０．１°となる。したがって、第１光取出領域ＲＡでは、入射角が６０．１°未満で入射した光は界面を透過し、入射角が６０．１°以上で入射した光は界面で全反射する。同様に、第２光取出領域ＲＢでの導光体５と第２低屈折率体８ｂとの界面は、屈折率ｎＷＧ＝１．５の導光体５と屈折率ｎＢ＝１．４の第２低屈折率体８ｂとの界面となるので、臨界角γＢは６９．０°となる。したがって、第２光取出領域ＲＢでは、入射角が６９．０°未満で入射した光は界面を透過し、入射角が６９．０°以上で入射した光は界面で全反射する。これに対して、第３光取出領域ＲＣでの導光体５と屈折率体９との界面は、屈折率ｎＷＧ＝１．５の導光体と屈折率ｎＣ＝１．５の屈折率体９との界面となるので、全ての入射角において光は界面を透過する。
　すなわち、第１光取出領域ＲＡ、第２光取出領域ＲＢ、第３光取出領域ＲＣを単独で見た場合には、第１光取出領域ＲＡで光を外部に取り出し可能な入射角範囲は６０．１°未満、第２光取出領域ＲＢで光を外部に取り出し可能な入射角範囲は６９．０°未満、第３光取出領域ＲＣで光を外部に取り出し可能な入射角範囲は全ての角度範囲となる。
　このように、本実施形態の３つの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに設けられた２つの低屈折率体８ａ，８ｂおよび屈折率体９は、光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣに入射される光の伝播方向に沿って、屈折率が相対的に低いものから屈折率が相対的に高いものの順に配列されている。このような屈折率の違いに基づき、３つの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣは、光を外部に取り出し可能な入射角範囲が異なっている。さらに、３つの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣは、入射される光の伝播方向に沿って、取り出し可能な入射角範囲が相対的に狭い光取出領域から取り出し可能な入射角範囲が相対的に広い光取出領域（第１光取出領域ＲＡでの取出可能な入射角範囲は６０．１°未満、第２光取出領域ＲＢでの取出可能な入射角範囲は６９．０°未満、第３光取出領域ＲＣでの取出可能な入射角範囲は全角度範囲）の順に配列されている。
　このとき、図１３Ａに示すように、第１光入射面１１ａに固定された第１発光素子７ａを点灯させたとすると、第１光入射面１１ａと第１主面５ａとのなす角度βＡが５５°であり、第１発光素子７ａからの光Ｌａは第１光入射面１１ａに対して垂直に入射するため、第１発光素子７ａからの光Ｌａの第１主面５ａに対する入射角θＡは５５°となる。
　また、本実施形態の導光体５は平行平板で構成されているため、第１発光素子７ａからの光Ｌａが何回全反射を繰り返しても、第１主面５ａに対する入射角θＡは常に５５°である。第１発光素子７ａからの光Ｌａが第１光取出領域ＲＡに到達し、導光体５と第１低屈折率体８ａとの界面に対して入射角θＡ＝５５°で入射する。ここでの臨界角γＡは６０．１°であるから、光Ｌａは導光体５と第１低屈折率体８ａとの界面を透過して第１低屈折率体８ａに入射される。その後、光散乱体１０で散乱して外部に取り出される。このようにして、第１発光素子７ａから射出された光Ｌａの略全量を第１光取出領域ＲＡから取り出すことができる。
　次に、図１３Ｂに示すように、第１発光素子７ａを消灯させ、第２光入射面１１ｂに固定された第２発光素子７ｂを点灯させたとすると、第２光入射面１１ｂと第１主面５ａとのなす角度βＢが６５°であり、第２発光素子７ｂからの光Ｌｂは第２光入射面１１ｂに対して垂直に入射するため、第２発光素子７ｂからの光Ｌｂの第１主面５ａに対する入射角θＢは６５°となる。第２発光素子７ｂからの光Ｌｂが第１光取出領域ＲＡに到達し、導光体５と第１低屈折率体８ａとの界面に対して入射角θＢ＝６５°で入射する。ここでの臨界角γＡは６０．１°であるから、光Ｌｂは導光体５と第１低屈折率体８ａとの界面を透過できず、全反射する。次に、第２発光素子７ｂからの光Ｌｂが第２光取出領域ＲＢに到達し、導光体５と第２低屈折率体８ｂとの界面に対して入射角θＢ＝６５°で入射する。ここでの臨界角γＢは６９．０°であるから、光Ｌｂは導光体５と第２低屈折率体８ｂとの界面を透過して第２低屈折率体８ｂに入射される。その後、光散乱体１０から外部に取り出される。このようにして、第２発光素子７ｂから射出された光Ｌｂの略全量を第２光取出領域ＲＢから取り出すことができる。
　仮に第１発光素子７ａから射出された光Ｌａが第２光取出領域ＲＢに入射したとすると、この場合も入射角が臨界角よりも小さいという条件を満たすため、この光Ｌａを第２光取出領域ＲＢから取り出すことができる。しかしながら、第１発光素子７ａから射出された光Ｌａは第２光取出領域ＲＢに到達する前に第１光取出領域ＲＡで略全量が取り出されてしまうため、ほとんど第２光取出領域ＲＢに到達することがない。したがって、実際には第１発光素子７ａから射出された光Ｌａが第２光取出領域ＲＢから取り出されることはなく、第２発光素子７ｂから射出された光Ｌｂが第２光取出領域ＲＢから取り出されることになる。本実施形態のバックライト３は、このような原理に基づいて所定の発光素子から射出された光を所定の光取出領域のみから取り出すことができる。
　次に、図１３Ｃに示すように、第２発光素子７ｂを消灯させ、第３光入射面１１ｃに固定された第３発光素子７ｃを点灯させたとすると、第３光入射面１１ｃと第１主面５ａとのなす角度βＣが７５°であり、第３発光素子７ｃからの光Ｌｃは第２光入射面１１ｃに対して垂直に入射するため、第３発光素子７ｃからの光Ｌｃの第１主面５ａに対する入射角θＣは７５°となる。第２発光素子７ｃからの光Ｌｃが第１光取出領域ＲＡもしくは第２光取出領域ＲＢに到達し、導光体５と第１低屈折率体８ａもしくは第２低屈折率体８ｂとの界面に対して入射角θＣ＝７５°で入射する。この入射角θＣは臨界角γＡおよび臨界角γＢよりも大きいため、光Ｌｃは各界面を透過できず、全反射する。その後、第３発光素子７ｃからの光Ｌｃが第３光取出領域ＲＣに到達すると、光Ｌｃは導光体５と屈折率体９との界面を透過して屈折率体９に入射される。その後、光散乱体１０から外部に取り出される。このようにして、第３発光素子７ｃから射出された光Ｌｃの略全量を第３光取出領域ＲＣから取り出すことができる。
　図１４Ａないし図１４Ｃは、第１発光素子７ａ、第２発光素子７ｂおよび第３発光素子７ｃのｙ方向の光の拡散角ＤＡ，ＤＢ，ＤＣを示す図である。
　第１発光素子７ａ、第２発光素子７ｂおよび第３発光素子７ｃのｙ方向の光の拡散角ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ（ｙ方向への光の広がり）は互いに異なる。第１端面５ｃに近い光取出領域から光が取り出される発光素子ほどｙ方向の光の拡散角は大きい。
　図１４Ａないし図１４Ｃの例では、第１端面５ｃに最も近い第１光取出領域ＲＡから光が取り出される第１発光素子７ａのｙ方向の光の拡散角ＤＡは最も大きい。第１光取出領域ＲＡの次に第１端面５ｃに近い第２光取出領域ＲＢから光が取り出される第２発光素子７ｂのｙ方向の光の拡散角ＤＢはその次に大きい。第１端面５ｃから最も遠い第３光取出領域ＲＣから光が取り出される第３発光素子７ｃのｙ方向の光の拡散角ＤＣは最も小さい。
　第１端面５ｃから第１光取出領域ＲＡまでの距離をＬＡ、第１端面５ｃから第２光取出領域ＲＢまでの距離をＬＢ、第１端面５ｃから第３光取出領域ＲＣまでの距離をＬＣ、導光体５のｙ方向の幅をＷ、第１発光素子７ａのｙ方向の光の拡散角をＤＡ、第２発光素子７ｂのｙ方向の光の拡散角をＤＢ、第３発光素子７ｃのｙ方向の光の拡散角をＤＣとすると、拡散角ＤＡ，ＤＢ，ＤＣは、以下の式を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図１４Ａに示すように、第１発光素子７ａから射出された光は、ｙ方向に広がりながら導光体５の内部をｘ方向に伝播する。第１発光素子７ａから射出された光は、第１光取出領域ＲＡに到達した時点で、＋ｙ方向および－ｙ方向にＷ／２以上離れた位置まで広がる。そのため、隣接する第１発光素子７ａから射出された光同士が重なり、第１光取出領域ＲＡ全体で均一な光量が得られる。
　図１４Ｂに示すように、第２発光素子７ｂから射出された光は、ｙ方向に広がりながら導光体５の内部をｘ方向に伝播する。第２発光素子７ｂから射出された光は、第２光取出領域ＲＢに到達した時点で、ｙ方向にＷ／２以上離れた位置まで広がる。そのため、隣接する第２発光素子７ｂから射出された光同士が重なり、第２光取出領域ＲＢ全体で均一な光量が得られる。
　図１４Ｃに示すように、第３発光素子７ｃから射出された光は、ｙ方向に広がりながら導光体５の内部をｘ方向に伝播する。第３発光素子７ｃから射出された光は、第３光取出領域ＲＣに到達した時点で、＋ｙ方向および－ｙ方向にＷ／２以上離れた位置まで広がる。そのため、隣接する第３発光素子７ｃから射出された光同士が重なり、第３光取出領域ＲＣ全体で均一な光量が得られる。
　本実施形態のバックライト３によれば、各バックライトユニット４の３個の発光素子７ａ，７ｂ，７ｃのうちのいずれの発光素子を点灯させるかによって、３つの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣのうちのいずれの光取出領域から光を取り出すか、すなわち、いずれの光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣを発光させるかを適宜選択することができる。また、各発光素子７ａ，７ｂ，７ｃから射出される光の量を制御することにより、選択された光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣから取り出す光の量、すなわち、選択された光取出領域の明るさを調整することができる。
　本実施形態のバックライト３は、点灯させる発光素子７ａ，７ｂ，７ｃを切り替えるだけで各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣから光を射出するか否かを制御できる。そのため、照明部６から射出された光を導光体５から効率良く取り出すことで、光量が十分に得られ、コントラストの高いバックライトを実現できる。さらに、構造が簡単で薄型化が図れ、安価なバックライト３を実現できる。また、上記のバックライト３を用いることで、明るく、コントラストの高い表示が可能な液晶表示装置１を実現できる。
［表示装置の構成例］
　以下、表示装置の一構成例について、図１５～図１７Ｂを用いて説明する。
　図１５は、表示装置の一構成例である液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７Ａ、図１７Ｂは、液晶表示装置におけるバックライトの配置例を示す図である。
　図１５に示すように、本構成例の液晶表示装置１２１は、下側ケース１２２と、反射板１２３と、バックライト３（調光装置）と、拡散板１２４と、液晶パネル２（表示素子）と、上側ケース１２５と、を備えている。すなわち、反射板１２３とバックライト３と拡散板１２４と液晶パネル２との積層体が、下側ケース１２２および上側ケース１２５の内部に収容されている。バックライト３の液晶パネル２と反対側に反射板１２３を配置したことにより、バックライト３から液晶パネル２と反対側に漏れ出た光を反射させて表示に寄与させることができる。また、バックライト３と液晶パネル２との間に拡散板１２４を配置したことにより、バックライト３の輝度ムラを軽減することができる。ただし、反射板１２３や拡散板１２４は必ずしも用いなくても良い。
　図１６Ａに示すように、液晶表示装置１２１の画面内において、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが画面の垂直方向に並ぶように、複数のバックライト３を配置する構成を採用することができる。もしくは、図１６Ｂに示すように、液晶表示装置１２７の画面内において、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが画面の水平方向に並ぶように、複数のバックライト３を配置する構成を採用することができる。
　もしくは、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、長手方向の一部にのみ光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが設けられ、その他の部分は光が導光する領域となった細長い棒状の導光体１３５を複数本（本例では３本）組み合わせたバックライト１３７を用いても良い。複数本の導光体１３５は、光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが設けられた領域が長手方向にずれている。そのため、複数本の導光体１３５を組み合わせたときに、導光体１３５の長手方向にわたって光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが並ぶような形態となる。
　例えば、図１７Ａに示すように、液晶表示装置１３１の画面内において、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが画面の垂直方向に並ぶように、複数のバックライト１３７を配置する構成としても良い。もしくは、図１７Ｂに示すように、液晶表示装置１３３の画面内において、各光取出領域ＲＡ，ＲＢ，ＲＣが画面の水平方向に並ぶように、複数のバックライト１３７を配置する構成としても良い。
［照明装置の構成例］
　以下、照明装置の構成例について、図１８～２１を用いて説明する。
　図１８は、第１の構成例である照明装置の断面図である。図１９Ａ、図１９Ｂは、第２の構成例である照明装置を示す図であって、図１９Ａは、第２の構成例である照明装置を示す平面図である。図１９Ｂは、図１９ＡのＡ－Ａ’線に沿う断面図である。
　例えば図１８に示す照明装置２０１では、導光体５の第１主面５ａ側に屈折率が１．３の第１低屈折率体８ａが形成され、第２主面５ａ側に屈折率が１．４の第２低屈折率体８ｂが形成されている。また、第１低屈折率体８ａ上、第２低屈折率体８ｂ上にはそれぞれ光散乱体１０が積層されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。なお、図１８では一つの第１端面５ｃしか図示していないが、実際には紙面の奥行き方向に第１主面５ａに対する角度が異なる他の一つの第１端面が形成されている。発光素子についても、一つの発光素子７ａしか図示していないが、実際には紙面の奥行き方向に他の一つの発光素子が設置されている。
　この照明装置２０１において、導光体５の第１端面５ｃに設けられた２つの発光素子のうち、いずれの発光素子を点灯させるかによって、第１主面５ａ側から光を射出させるか、第２主面５ｂ側から光を射出させるかを切り換えることができる。したがって、発光面を切り換えることが可能な照明装置を実現することができる。
　また、図１９Ａに示す照明装置２０３では、導光体５の一面に「ＳＨＡＲＰ」と書かれた文字部２０４が形成されている。文字部２０４に対応して、図１５Ｂに示すように、導光体５の第１主面５ａ側に屈折率が１．３の第１低屈折率体８ａが形成されており、文字部２０４以外の部分には第１低屈折率体８ａが形成されていない。また、第１低屈折率体８ａ上には光散乱体１０が積層されている。すなわち、文字部２０４が上記実施形態における光取出領域となっている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。なお、図１９Ｂでは一つの第１端面５ｃしか図示していないが、実際には紙面の奥行き方向に第１主面５ａに対する角度が異なる他の一つの第１端面が形成されている。発光素子についても、一つの発光素子７ａしか図示していないが、実際には紙面の奥行き方向に他の一つの発光素子が設置されている。
　この照明装置２０３において、導光体５の第１端面５ｃに設けられた２つの発光素子のうち、いずれの発光素子を点灯させるかによって、文字部２０４から光を射出させるか、文字部２０４以外から光を射出させるかを切り換えることができる。したがって、本構成によれば、例えば文字部２０４の点滅が可能なデジタルサイネージとして利用可能な照明装置を実現できる。
　さらに図２０は、光源部４１０として、上記実施形態の発光素子を備えた電気スタンド４００を示している。光源部４１０は、複数の発光素子を有していてもよい。この電気スタンド４００では、光源部４１０からの光が高い指向性を有しているため、図２０に実線の矢印で示すように、狭い範囲を照明することができる。
　図２１は、上記実施形態の発光素子または光源装置を備えたシーリングライト５００を示している。シーリングライト５００は、発光素子を複数有していてもよい。このシーリングライト５００では、面光源装置からの光が高い指向性を有しているため、図２１に示すように、狭い範囲を照明することができる。
　本発明の態様は、発光素子、調光素子、表示装置および照明装置に利用することができる。
１…液晶表示装置（表示装置）、２…液晶パネル（表示素子）、３…バックライト、５…導光体、７ａ，７ｂ，７ｃ…発光素子、８ａ，８ｂ…低屈折率体、９…屈折率体、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…光入射面、１００…バックライト（調光素子）、１０１…導光体、１０１ａ…光入射面、１０１ｂ…光射出面、１０２…発光素子、１０３…光源、１０４…パッケージ、１０４ａ…凹部、１０５…凹面ミラー、１０５ａ…反射面、１０５Ａ，１０５Ｂ…凹面ミラーの断面、１０７…光透過部材、１０８…パッケージ、１０８ａ…凹部、１０９…凹面ミラー、１０９ａ…反射面、１０９Ａ，１０９Ｂ…凹面ミラーの断面、１１０…発光素子、１１１…バックライト（調光素子）、１１２…パッケージ、１１２ａ…凹部、１１３…凹面ミラー、１１３ａ…反射面、１１３Ａ，１１３Ｂ…凹面ミラーの断面、１２１，１２７、１３１，１３３…液晶表示装置（表示装置）、１３５…導光体、１３７…バックライト（調光素子）、２０１，２０３…照明装置、ＣＬ…凹面ミラーの中心軸（反射面で反射された光の光軸）、Ｄ１，Ｄ２，ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ…拡散角、Ｐｆ…放物線の焦点、ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ…光取出領域

Claims (13)

  1. 　光源と、
    　前記光源から射出された光を反射するミラーと、を備え、
    　前記ミラーで反射された光の光軸に対して垂直な平面内における互いに直交する２つの方向を第１の方向及び第２の方向としたときに、前記第１の方向の光の拡散角と前記第２の方向の光の拡散角は互いに異なる発光素子。
  2. 　前記ミラーは、前記ミラーを、前記光軸を含む互いに直交する第１の平面及び第２の平面で切ったときに、その光軸上の点における前記ミラーを前記第１の平面で切ったときの断面の曲率と、前記第２の平面で切ったときの断面の曲率が互いに異なるアナモルフィック形状である請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記２つの断面のうち曲率の大きい断面における前記ミラーの形状は放物線であり、
    　前記放物線の焦点に前記光源が配置されている請求項２に記載の発光素子。
  4. 　前記２つの断面のうち曲率の小さい断面における前記ミラーの曲率は０である請求項２に記載の発光素子。
  5. 　凹部が形成されたパッケージを備え、
    　前記パッケージの前記凹部に前記ミラーが形成され、
    　前記凹部に前記光源から射出された光を透過する光透過部材が充填され、
    　前記光透過部材に前記光源が埋設されている請求項２に記載の発光素子。
  6. 　前記光源が一方向に配列して複数設けられ、
    　前記パッケージには、前記複数の光源のそれぞれに対応した前記ミラー面が複数形成され、前記複数の反射面が前記複数の光源の配列方向に沿って設けられている請求項５に記載の発光素子。
  7. 　光入射面と光射出面とを有する導光体と、
    　前記導光体の光入射面に光を入射させる複数の発光素子と、
    　前記導光体上に設けられ、前記導光体の内部を伝播した光を前記導光体の外部に取り出し可能であり、前記光の伝播方向に沿って設けられた複数の光取出領域と、を備え、
    　前記複数の光取出領域から取り出し可能な光の伝播角度は互いに異なり、
    　前記複数の発光素子から射出された光は、互いに異なる伝播角度で前記導光体の内部を伝播し、
    　前記複数の発光素子は、請求項１に記載の発光素子であり、
    　前記複数の発光素子において、光の拡散角が大きい方向は、前記導光体の光射出面の法線と直交し且つ前記光の伝播方向と直交する方向であり、光の拡散角が小さい方向は、前記導光体の光射出面の法線と平行な方向である調光素子。
  8. 　前記複数の光取出領域において前記導光体の光射出面と接する部材の屈折率は互いに異なる請求項７に記載の調光素子。
  9. 　前記導光体の光射出面と接する部材の屈折率は、前記導光体の光入射面から遠い位置に配置されたものほど大きい請求項８に記載の調光素子。
  10. 　前記導光体の光入射面には、前記導光体の光射出面との成す角度が互いに異なる複数の傾斜面が設けられ、
    　前記複数の発光素子の各々が前記複数の傾斜面の各々に固定されている請求項９に記載の調光素子。
  11. 　前記複数の発光素子の一つは、前記光入射面に対して相対的に近い位置の前記光取出領域から取り出される光を射出し、
    　前記複数の発光素子の他の一つは、前記光入射面に対して相対的に遠い位置の前記光取出領域から取り出される光を射出し、
    　前記複数の発光素子の一つが射出する光の前記光射出面の法線と直交し且つ前記光の伝播方向と直交する方向の拡散角は、前記複数の発光素子の他の一つが射出する光の前記光射出面の法線と直交し且つ前記光の伝播方向と直交する方向の光の拡散角よりも大きい請求項１０に記載の調光素子。
  12. 　請求項７に記載の調光素子と、前記調光素子から射出される光を用いて表示を行う表示素子と、を備えている表示装置。
  13. 　請求項７に記載の調光素子を備えている照明装置。
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