WO2013183227A1

WO2013183227A1 - 光束制御部材、発光装置、照明装置および表示装置

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Publication number: WO2013183227A1
Application number: PCT/JP2013/003026
Authority: WO
Inventors: 洋 ▲高▼鳥
Original assignee: 株式会社エンプラス
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2013-12-12
Also published as: JP6067696B2; JPWO2013183227A1

Abstract

　光束制御部材（１００）は、発光素子（２４０）から出射された光を入射する入射面（１１０）と、入射面（１１０）から入射した光の一部を反射させる全反射面（１２０）と、入射面（１１０）から入射した光の一部および全反射面（１２０）で反射した光を外部に出射する出射面（１３０）と、出射面（１３０）から出射された光の一部を反射する庇部（１５０）とを有する。庇部（１５０）は、出射面（１３０）よりも出射面（１３０）の径方向外側に、出射面（１３０）よりも高くなるように形成されている。

Description

光束制御部材、発光装置、照明装置および表示装置

　本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、前記発光装置を有する照明装置、および前記照明装置を有する表示装置に関する。

　近年、導光板を使用しない中空構造のエッジライト方式の面光源装置（照明装置）の光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という）が使用されるようになってきた。このような面光源装置では、ＬＥＤから出射された光の配光を制御するために、ＬＥＤと光束制御部材（レンズ）とを組み合わせて使用することがある（例えば、特許文献１参照）。

　図１Ａは、特許文献１に記載の面光源装置１０の構成を示す断面図であり、図１Ｂは、面光源装置１０の部分拡大断面図である。これらの図に示されるように、面光源装置１０は、中空のユニットケース１１と、ユニットケース１１内の互いに対向する２つの側面上に一列に配置されたＬＥＤ光源ユニット１２と、ＬＥＤ光源ユニット１２から出射された光の配光を制御する集光レンズ１３と、ユニットケース１１内の底面側に配置された反射面部材１４と、ユニットケース１１内の天面側に配置された発光面部材１５とを有する。集光レンズ１３は、天面側（図中上側）と底面側（図中下側）とで同一形状である。

　ＬＥＤ光源ユニット１２から出射された光は、集光レンズ１３により配光を制御される。集光レンズ１３から出射された光は、反射面部材１４で拡散反射された後、被照射部材としての発光面部材１５を透過して外部に出射される。特許文献１に記載の面光源装置１０では、反射面部材１４の表面粗さＲａを１μｍ超とすることで、発光面における輝度分布の均一化を図っている。

特開２００９－９９２７１号公報

　特許文献１に記載の面光源装置１０（照明装置）には、発光面の光源近傍の領域に明部が生じやすいという問題がある。図１Ｂを参照すると、反射面部材１４の光源近傍の領域Ａに到達した光は、拡散反射されて（正反射ではない）、発光面部材１５の光源近傍の領域Ｂに到達する。領域Ａに到達する光は、ＬＥＤの光軸に対して大きな角度で出射された光であるため、光軸方向の光に比べて低光度の光である。しかしながら、領域Ａおよび領域Ｂが光源に近く、かつ領域Ｂの内面（被照射面）への入射角が小さいことから、発光面（発光面部材１５の外面）における領域Ｂの輝度は、他の領域よりも高くなりやすい。

　このように、従来の照明装置には、光源の光軸と略平行に配置される被照射面が均一の明るさとなるように光を照射することができないという問題があった。

　本発明の目的は、発光素子を光源とする照明装置において、発光素子の光軸と略平行に配置される被照射部材に光を均一に照射できるように、発光素子から出射された光の配光を制御できる光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、この光束制御部材を有する発光装置、この発光装置を有する照明装置、およびこの照明装置を有する表示装置を提供することである。

　本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、裏側に中心軸と交わるように形成された、前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、前記中心軸を取り囲み、かつ裏側から表側に向かって漸次直径が拡大するように形成された、前記入射面から入射した光の一部を表側に向けて反射させる全反射面と、表側に前記中心軸と交わるように形成された、前記入射面から入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を外部に出射する出射面と、前記出射面において裏側からの高さが最も高い点よりも裏側からの高さが高くなるように、前記出射面よりも前記出射面の径方向外側に、前記中心軸に沿う方向に延在するように形成された、前記出射面から出射された光の一部を反射する庇部と、を有する構成を採る。

　本発明の発光装置は、本発明の光束制御部材と発光素子とを有し、前記光束制御部材は前記中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている構成を採る。

　本発明の照明装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置から出射された光を照射される被照射部材とを有し、前記発光装置は、前記発光装置から出射された光の前記発光素子の光軸に対する出射角度が大きいほど前記被照射部材への入射角度が小さくなるように配置されている構成を採る。

　本発明の表示装置は、本発明の照明装置と、前記照明装置から出射された光を照射される表示部材と、を有する構成を採る。

　本発明の光束制御部材を有する発光装置は、従来の発光装置に比べて、発光素子の光軸と略平行に配置された被照射部材（例えば、発光面部材や壁面など）に光を均一に照射することができる。したがって、本発明の照明装置は、従来の照明装置（例えば、面光源装置）に比べて輝度ムラが少ない。

図１Ａ，Ｂは、特許文献１に記載の面光源装置の構成を示す断面図である。図２Ａは、実施の形態１の面光源装置の平面図であり、図２Ｂは、実施の形態１の面光源装置の正面図である。図３Ａは、図２Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａおよび図３Ａに示されるＢ－Ｂ線の部分拡大断面図である。実施の形態１の光束制御部材の斜視図である。図５Ａは、実施の形態１の光束制御部材の正面図であり、図５Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の背面図である。図６Ａは、実施の形態１の光束制御部材の平面図であり、図６Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の底面図である。図７Ａは、図５および図６に示されるＣ－Ｃ線の断面図であり、図７Ｂは、図６に示されるＤ－Ｄ線の断面図である。図８Ａ，Ｂは、実施の形態１の光束制御部材の効果を説明するための光路図である。図９Ａ～Ｃは、実施の形態１の光束制御部材の効果を説明するための光路図である。実施の形態１の光束制御部材の配光特性をシミュレーションする際の、光束制御部材とｘ軸、ｙ軸およびｚ軸との関係を示す斜視図である。実施の形態１の光束制御部材の配光特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１２Ａ，Ｂは、実施の形態１の面光源装置の発光面における輝度分布の測定結果を示すグラフである。図１３Ａは、実施の形態２の光束制御部材の正面図であり、図１３Ｂは、実施の形態２の光束制御部材の背面図である。図１４Ａは、実施の形態２の光束制御部材の平面図であり、図１４Ｂは、実施の形態２の光束制御部材の底面図である。図１５Ａは、図１３および図１４に示されるＥ－Ｅ線の断面図であり、図１５Ｂは、図１４に示されるＦ－Ｆ線の断面図である。図１６Ａは、実施の形態３の光束制御部材の正面図であり、図１６Ｂは、実施の形態３の光束制御部材の背面図である。図１７Ａは、実施の形態３の光束制御部材の平面図であり、図１７Ｂは、実施の形態３の光束制御部材の底面図である。図１８Ａは、図１６および図１７に示されるＧ－Ｇ線の断面図であり、図１８Ｂは、図１７に示されるＨ－Ｈ線の断面図である。実施の形態３の光束制御部材の配光特性のシミュレーション結果を示すグラフである。図２０Ａ，Ｂは、本発明の光束制御部材の変更例の構成を示す図である。図２１Ａ，Ｂは、本発明の光束制御部材の変更例の構成を示す図である。図２２Ａ，Ｂは、本発明の光束制御部材の変更例の構成を示す図である。図２３Ａ，Ｂは、本発明の光束制御部材の変更例の構成を示す図である。図２４Ａ，Ｂは、本発明の光束制御部材の変更例の構成を示す図である。本発明の光束制御部材の変更例の構成を示す図である。図２６Ａ，Ｂは、本発明の面光源装置の変更例の構成を示す図である。本発明の照明装置の別の例を示す断面図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の照明装置の代表例として液晶表示装置のバックライトなどに適する面光源装置について説明する。これらの面光源装置は、液晶パネルなどの表示部材と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。

　［実施の形態１］
　（面光源装置および発光装置の構成）
　図２および図３は、本発明の実施の形態１の面光源装置２００の構成を示す図である。図２Ａは、面光源装置２００の平面図であり、図２Ｂは、面光源装置２００の正面図である。図３Ａは、図２Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａおよび図３Ａに示されるＢ－Ｂ線の部分拡大断面図である。

　図２および図３に示されるように、実施の形態１の面光源装置２００は、筐体２１０、２つの基板２２０、複数の発光装置２３０、および被照射部材としての発光面部材２５０を有する。

　筐体２１０は、その内部に基板２２０および複数の発光装置２３０を収容するための、直方体状の箱である。筐体２１０は、天板２１１と、天板２１１と対向する底板２１２と、天板２１１および底板２１２を繋ぐ４つの側壁２１３～２１６とから構成される。天板２１１の発光面となる領域には、長方形状の開口部が形成されている（図３Ｂ参照）。後述するように、この開口部は、発光面部材２５０により塞がれる。また、底板２１２の内面は、発光装置２３０から出射された光を発光面部材２５０に向けて拡散反射させる拡散反射面２１２ａとして機能する。筐体２１０は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂や、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属などから構成される。

　２つの基板２２０は、複数の発光装置２３０を所定の間隔で配置するための矩形状の平板である。２つの基板２２０は、互いに対向する２つの側壁２１３，２１５にそれぞれ固定されている。基板２２０には、発光装置２３０（光束制御部材１００）を位置決めするための複数の貫通孔または凹部が形成されている。

　複数の発光装置２３０は、２枚の基板２２０のそれぞれの上に所定の間隔で一列に配置されている。複数の発光装置２３０は、それぞれ発光素子２４０および光束制御部材１００を有している（図３Ｂ参照）。

　発光素子２４０は、面光源装置２００（および発光装置２３０）の光源であり、基板２２０の上に固定されている。発光素子２４０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

　光束制御部材１００は、発光素子２４０から出射された光の配光を制御する。光束制御部材１００は、その中心軸ＣＡが発光素子２４０の光軸ＬＡに一致するように、発光素子２４０の上に配置されている。ここで「発光素子の光軸」とは、発光素子２４０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。後述するように、光束制御部材１００は、基板２２０側（裏側）に位置決め用のボス（凸部）１６１を有している。基板２２０の貫通孔または凹部にボス１６１を嵌め込むことで、光束制御部材１００は、基板２２０上の適切な位置に位置決めされる。

　光束制御部材１００は、一体成形により形成されている。光束制御部材１００の素材は、所望の波長の光を通過させ得るものであれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材１００の素材は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）などの光透過性樹脂、またはガラスである。

　本発明の面光源装置２００は、光束制御部材１００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材１００については、別途詳細に説明する。

　発光面部材２５０は、光拡散性を有する板状の部材であり、筐体２１０の天板２１１に形成された開口部を塞ぐように配置されている。発光面部材２５０は、発光装置２３０からの出射光を照射される被照射部材であり、発光面部材２５０の内面（底板２１２と対向する面）は、発光装置２３０からの出射光を照射される被照射面となる。発光面部材２５０は、光束制御部材１００からの出射光および拡散反射面２１２ａからの反射光を拡散させつつ透過させる。通常、発光面部材２５０は、液晶パネルなどとほぼ同じ大きさである。たとえば、発光面部材２５０は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、発光面部材２５０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または発光面部材２５０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

　本実施の形態の面光源装置２００では、複数の発光装置２３０は、それぞれ、発光素子２４０の光軸ＬＡが発光面部材２５０に対して略平行になるように配置されている。すなわち、複数の発光装置２３０は、それぞれ、発光装置２３０から出射された光の発光素子２４０の光軸ＬＡに対する出射角度が大きいほど発光面部材２５０への入射角度が小さくなるように配置されている。各発光素子２４０から出射された光は、光束制御部材１００により各発光素子２４０の光軸ＬＡ方向に集光される（狭角配光化される）。光束制御部材１００から出射された光は、直接または拡散反射面２１２ａで拡散反射されて、発光面部材２５０の内面に略均一に到達する。発光面部材２５０の内面に到達した光は、発光面部材２５０によりさらに拡散されつつ発光面部材２５０を透過する。その結果、本発明の面光源装置２００では、発光面（発光面部材２５０の外面）の明るさが均一化される（輝度ムラが小さい）。

　（光束制御部材の構成）
　次に、本実施の形態の光束制御部材１００の構成について説明する。

　図４～７は、実施の形態１の光束制御部材１００の構成を示す図である。図４は、光束制御部材１００の斜視図である。図５Ａは、光束制御部材１００の正面図であり、図５Ｂは、光束制御部材１００の背面図である。図５Ａおよび図５Ｂでは、庇部１５０を一部省略している。図６Ａは、光束制御部材１００の平面図であり、図６Ｂは、光束制御部材１００の底面図である。図７Ａは、図５および図６においてＣ－Ｃ線で示される断面図であり、図７Ｂは、図６においてＤ－Ｄ線で示される断面図である。

　図４～７に示されるように、光束制御部材１００は、入射面１１０、全反射面１２０、出射面１３０、フランジ１４０、庇部１５０およびホルダ１６０を有する。以下の説明では、発光素子２４０に対向し、光を入射する側を「裏側」といい、発光素子２４０に対向せず、光を出射する側を「表側」という。また、回転対称の全反射面１２０の中心軸を「光束制御部材１００の中心軸ＣＡ」と定義する。

　入射面１１０は、光束制御部材１００の裏側（発光素子２４０側）に中心軸ＣＡと交わるように形成された凹部１１１の内面である（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。入射面１１０は、発光素子２４０から出射された光を光束制御部材１００内に入射させる。入射面１１０は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称面である。入射面１１０は、凹部１１１の天面を構成する内天面１１０ａと、凹部１１１の側面を構成するテーパー状の内側面１１０ｂとを含む。

　全反射面１２０は、光束制御部材１００の底部の外縁から出射面１３０の外縁（より正確には、フランジ１４０の内縁）に延びる面である（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。全反射面１２０は、入射面１１０から入射した光の一部を出射面１３０（表側）に向けて反射させる。全反射面１２０は、中心軸ＣＡを取り囲むように形成された回転対称面である。全反射面１２０の直径は、入射面１１０側（裏側）から出射面１３０側（表側）に向けて漸増している。全反射面１２０を構成する母線（中心軸ＣＡを含む断面図における全反射面１２０）は、外側（中心軸ＣＡから離れる側）に凸の円弧状曲線である（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。

　出射面１３０は、光束制御部材１００において入射面１１０の反対側（表側）に位置する面であり、中心軸ＣＡと交わるように形成されている。出射面１３０は、入射面１１０から入射した光の一部および全反射面１２０で反射した光を外部に出射する。本実施の形態の光束制御部材１００では、出射面１３０は、中心軸ＣＡを中心とする回転対称面であり、中心軸ＣＡとの交点が裏側からの高さが最も高い点となっている（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。出射面１３０を構成する母線（中心軸ＣＡを含む断面図における出射面１３０）は、表側に凸の円弧状曲線である。

　フランジ１４０は、全反射面１２０および出射面１３０の外縁から出射面１３０の径方向（中心軸ＣＡに直交する方向）に延在するように形成されている。本実施の形態の光束制御部材１００では、入射面１１０、全反射面１２０および出射面１３０を含む光束制御部材本体は、フランジ１４０を介して、庇部１５０およびホルダ１６０と接続されている（図７Ａ参照）。

　庇部１５０は、フランジ１４０から中心軸ＣＡに沿う方向に延在するように形成された、曲板状（部分円筒状）の部材である（図４参照）。庇部１５０は、出射面１３０の最も高い点（出射面１３０と中心軸ＣＡとの交点）よりも裏側からの高さが高くなるように、出射面１３０の径方向外側に形成されている。本実施の形態の光束制御部材１００では、出射面１３０と庇部１５０とは接触していないが、出射面１３０と庇部１５０とは接触していてもよい。庇部１５０は、出射面１３０から出射された光の一部を中心軸ＣＡ方向に反射させる。本実施の形態の光束制御部材１００では、庇部１５０の内面１５１は、先端部（発光素子２４０から離れた一端部）からフランジ１４０側に向かって径が漸減するようなテーパー状に形成されている。すなわち、庇部１５０の基端部は、庇部１５０の先端部よりも厚い（図５Ａおよび図７Ａ参照）。

　図５Ａに示されるように、庇部１５０の内面１５１（中心軸ＣＡ側の面）は、滑らかな面である。内面１５１は、出射面１３０から出射され、内面１５１に到達した光の一部を中心軸ＣＡ側に表面反射させる（図８Ｂ参照）。

　また、図５Ｂおよび図６Ａに示されるように、庇部１５０の外側（中心軸ＣＡと反対側）の面には、断面略三角形状の凸条１５２が中心軸ＣＡに沿う方向に複数形成されている。複数の凸条１５２は、それぞれ全反射プリズムのように機能する。複数の凸条１５２は、内面１５１から庇部１５０内に入射し凸条１５２に内部入射した光の一部をプリズム面で全反射して内面１５１側に戻す（図９Ｃ参照）。内面１５１に到達した光は、内面１５１から中心軸ＣＡ側に出射される。

　庇部１５０は、平面視したときに、中心軸ＣＡを中心として、中心角１８０°以下（図６Ａのθ_１参照）の範囲内に形成されていることが好ましい。θ_１が１８０°超の場合、被照射部材（例えば、発光面部材２５０）の光束制御部材１００近傍の領域に暗部が生じてしまうおそれがある。図６Ａに示されるように、本実施の形態の光束制御部材１００では、庇部１５０は、中心軸ＣＡを中心として、中心角１８０°の範囲で形成されている。

　ホルダ１６０は、略円筒形状の部材であり、上端部がフランジ１４０に接続されている。ホルダ１６０は、入射面１１０、全反射面１２０および出射面１３０を含む光束制御部材本体ならびに庇部１５０を支持するとともに、発光素子２４０に対して光束制御部材本体を位置決めする。ホルダ１６０の下端部には、２種類のボス（凸部）１６１，１６２が形成されている。高さが高い２つのボス１６１は、基板２２０に設けられた貫通孔または凹部に嵌め込まれることで、光束制御部材本体を位置決めする。高さが低い４つのボス１６２は、基板２２０上に接着されることで、光束制御部材本体を位置決めする。

　図８および図９は、実施の形態１の光束制御部材１００の効果を説明するための光路図である。図８Ａは、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材の光路図であり、図８Ｂおよび図９Ａは、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する本発明の光束制御部材（変形例；図２１参照）の光路図であり、図９Ｂおよび図９Ｃは、複数の凸条１５２を形成されている庇部１５０を有する本実施の形態の光束制御部材１００の光路図である。図９Ｃを除く光路図は、中心軸ＣＡに直交する方向から見た光路図であり、図９Ｃの光路図は、中心軸ＣＡ方向から見た光路図である。これらの図では、ホルダ１６０などを省略している。

　図８Ａに示されるように、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材では、発光素子２４０から発光素子２４０の光軸ＬＡに対して大きな角度で出射された光の一部は、出射面１３０から光軸ＬＡに対して大きな角度で出射される。面光源装置において、出射面１３０から光軸ＬＡに対して大きな角度で出射された光の一部は、拡散反射面の光束制御部材の近傍領域で拡散反射され、発光面部材の光束制御部材の近傍領域に到達し、発光面に明部（周囲よりも輝度が高い領域）を形成してしまう（図１Ｂ参照）。

　これに対し、庇部１５０を有する本発明の光束制御部材では、図８Ｂに示されるように、出射面１３０から光軸ＬＡに対して大きな角度で出射された光の一部は、庇部１５０の内面１５１で表面反射される。面光源装置において、内面１５１で表面反射された光は、発光面部材の光束制御部材から離れた領域に到達する。したがって、庇部１５０を有する本発明の光束制御部材を使用することで、発光面における明部の形成（図１Ｂ参照）を抑制することができる。

　また、庇部１５０を有する本発明の光束制御部材では、庇部１５０の内面１５１に到達した光の一部が庇部１５０の内部に入射する。庇部１５０が凸条１５２を有していない場合は、図９Ａに示されるように、庇部１５０の内部に入射した光は、庇部１５０の外面から外部に出射される。一方、庇部１５０が複数の凸条１５２を有している場合は、図９Ｂおよび図９Ｃに示されるように、庇部１５０の内部に入射した光は、いずれかの凸条１５２の２つの面で反射して、内面１５１から光軸ＬＡ側に出射される。したがって、複数の凸条１５２を形成された庇部１５０を有する本実施の形態の光束制御部材１００を使用することで、発光面における明部の形成（図１Ｂ参照）をより抑制することができる。

　（光束制御部材の配光特性）
　本実施の形態の光束制御部材１００の配光特性についてシミュレーションを行った。図１０に示されるように、発光素子２４０の発光中心を原点として光束制御部材１００を３次元直交座標系に配置した場合における、ｘｚ平面に沿って出射される光の光度を計算した。光束制御部材１００の入射面１１０の最下部から出射面１３０の最上部までの高さは８.１ｍｍ、出射面１３０の外径は１０.５ｍｍ、出射面１３０の最下部（外縁）からの庇部１５０の高さは１５ｍｍ、庇部１５０の最大厚みは１.５ｍｍである。

　また、比較のため、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材（図８Ａ参照）と、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する光束制御部材（図９Ａ参照）についても、同様のシミュレーションをおこなった。これらの３つの光束制御部材の入射面、全反射面および出射面の形状は、同一である。

　図１１は、シミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、光軸ＬＡ（ｚ軸）に対する光の角度θ_２（°）であり、縦軸は、光の光度Ｉ（ｃｄ）である。破線は、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材の配光特性を示す。細い実線は、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する光束制御部材の配光特性を示す。太い実線は、複数の凸条１５２を形成されている庇部１５０を有する光束制御部材１００の配光特性を示す。

　図１１に示されるように、庇部１５０を有する本発明の光束制御部材（細い実線および太い実線）では、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材（破線）に比べて、光軸ＬＡに対して＋１０～３０°の光（光束制御部材近傍の拡散反射面に向かう光）が減少し、光軸ＬＡに対して－１０～３０°の光（発光面部材に向かう光）が増加した。この効果は、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する光束制御部材よりも、複数の凸条１５２を形成されている庇部１５０を有する光束制御部材１００の方が顕著であった。この結果から、本実施の形態の光束制御部材１００を使用することで、光束制御部材近傍の拡散反射面に向かう光を減少させて、発光面における明部の形成（図１Ｂ参照）を抑制できることが示唆される。

　本実施の形態の面光源装置２００（図２および図３参照）の発光面における輝度分布を実測した。図２において、発光面（発光面部材２５０の外面）の中心を通り、かつｚ軸に平行な直線上の各点について輝度を測定した。面光源装置２００の発光面の大きさ（天板２１１の開口部の大きさ；図３Ｂ参照）は、４００ｍｍ（ｙ軸方向）×７００ｍｍ（ｚ軸方向）である。平面視したときの、発光素子２４０と発光面の外縁（天板２１１の開口部の外縁）との間隔は、３０ｍｍである。光束制御部材１００は、光束制御部材１００の中心軸ＣＡと拡散反射面２１２ａ（底板２１２の内面）との間隔が１０ｍｍとなるように配置されている。拡散反射面２１２ａと発光面部材２５０の内面との間隔（空間厚み）は、３０ｍｍまたは３５ｍｍである。光束制御部材１００の大きさは、上記シミュレーションで説明したものと同じである。

　また、比較のため、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材（図８Ａ参照）を有する従来の面光源装置についても、発光面における輝度分布を実測した。

　図１２は、測定結果を示すグラフである。図１２Ａは、空間厚みが３０ｍｍの場合の測定結果であり、図１２Ｂは、空間厚みが３５ｍｍの場合の測定結果である。いずれのグラフにおいても、破線は、従来の面光源装置の測定結果を示し、実線は、実施の形態１の面光源装置２００の測定結果を示す。横軸は、発光面の中心からの距離Ｄ（ｍｍ）を示しており、縦軸は、発光面における輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ^２）を示している。

　これらのグラフに示されるように、従来の面光源装置（破線）では、光源の近くに輝線（矢印で示す）が生じていたが、本実施の形態の面光源装置２００（実線）では、光源近傍の輝度が低下しており、輝線の発生が抑制されていた。これは、光束制御部材１００の庇部１５０により、光源近傍における拡散反射が抑制されたためと考えられる（図１Ｂ参照）。

　（効果）
　以上のように、本実施の形態の光束制御部材１００を有する発光装置２３０は、従来の発光装置に比べて、発光素子２４０の光軸と略平行に配置された被照射部材（例えば、発光面部材２５０）に光を均一に照射することができる。したがって、本実施の形態の面光源装置２００は、従来の面光源装置に比べて輝度ムラが少ない。

　［実施の形態２］
　実施の形態１では、出射面が回転対称（円対称）の光束制御部材１００について説明した。実施の形態２では、出射面が略シリンドリカル形状（ｘ軸方向には曲率を有するが、ｙ軸方向には曲率を有しない形状）の光束制御部材３００について説明する。

　本発明の実施の形態２の面光源装置および発光装置は、実施の形態１の光束制御部材１００の代わりに実施の形態２の光束制御部材３００を有する点において、実施の形態１の面光源装置２００および発光装置２３０と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態２の光束制御部材３００についてのみ説明する。

　（光束制御部材の構成）
　図１３～１５は、実施の形態２の光束制御部材３００の構成を示す図である。図１３Ａは、光束制御部材３００の正面図であり、図１３Ｂは、光束制御部材３００の背面図である。図１３Ａおよび図１３Ｂでは、庇部１５０を一部省略している。図１４Ａは、光束制御部材３００の平面図であり、図１４Ｂは、光束制御部材３００の底面図である。図１５Ａは、図１３および図１４においてＥ－Ｅ線で示される断面図であり、図１５Ｂは、図１４においてＦ－Ｆ線で示される断面図である。なお、実施の形態１の光束制御部材１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図１３～１５に示されるように、光束制御部材３００は、入射面１１０、全反射面１２０、出射面３３０、フランジ１４０、庇部１５０およびホルダ１６０を有する。実施の形態２の光束制御部材３００は、出射面３３０の形状のみが実施の形態１の光束制御部材１００と異なる。そこで、図１３～１５を参照して、出射面３３０の形状について説明する。

　実施の形態２の光束制御部材３００では、出射面３３０のｘｚ平面に平行な断面の形状が、ｙ軸方向のいずれの点においても同一である。すなわち、出射面３３０が、ｘ軸方向には曲率を有するが、ｙ軸方向には曲率を有しない略シリンドリカル形状をしている。したがって、出射面３３０は、ｘ軸方向には光を集光するが、ｙ軸方向には光を拡げて出射する。

　（効果）
　実施の形態２の光束制御部材３００は、実施の形態１の光束制御部材１００に比べて、ｙ軸方向に光を拡げることができる。したがって、光束制御部材３００を含む面光源装置では、発光面の２つの光束制御部材３００間の領域に暗部が生じにくく（図３Ａ参照）、発光面の輝度ムラをより低減させることができる。

　なお、出射面３３０の形状は、略シリンドリカル形状ではなく、略トロイダル形状（ｘ軸方向の曲率がｙ軸方向の曲率よりも大きい形状）であってもよい。すなわち、出射面３３０がｙ軸方向について曲率を有していてもよい。出射面３３０を略トロイダル形状とすることで、ｘ軸方向とｙ軸方向とで別個に配光を制御することができる。

　［実施の形態３］
　実施の形態３では、出射面の半分が実施の形態１の光束制御部材１００の出射面と同じ形状であり、出射面の残り半分が実施の形態２の光束制御部材３００の出射面と同じ形状の光束制御部材４００について説明する。

　本発明の実施の形態３の面光源装置および発光装置は、実施の形態１の光束制御部材１００の代わりに実施の形態３の光束制御部材４００を有する点において、実施の形態１の面光源装置２００および発光装置２３０と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態３の光束制御部材４００についてのみ説明する。

　（光束制御部材の構成）
　図１６～１８は、実施の形態３の光束制御部材４００の構成を示す図である。図１６Ａは、光束制御部材４００の正面図であり、図１６Ｂは、光束制御部材４００の背面図である。図１６Ａおよび図１６Ｂでは、庇部１５０を一部省略している。図１７Ａは、光束制御部材４００の平面図であり、図１７Ｂは、光束制御部材４００の底面図である。図１８Ａは、図１６および図１７においてＧ－Ｇ線で示される断面図であり、図１８Ｂは、図１７においてＨ－Ｈ線で示される断面図である。なお、実施の形態１の光束制御部材１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

　図１６～１８に示されるように、光束制御部材４００は、入射面１１０、全反射面１２０、出射面４３０、フランジ１４０、庇部１５０およびホルダ１６０を有する。実施の形態３の光束制御部材４００は、出射面４３０の形状のみが実施の形態１の光束制御部材１００と異なる。そこで、図１６～１８を参照して、出射面４３０の形状について説明する。

　実施の形態３の光束制御部材４００では、出射面４３０の形状が、庇部１５０側の半分（第１出射面４３０ａ）と残りの半分（第２出射面４３０ｂ）とで異なる。庇部１５０側の第１出射面４３０ａは、実施の形態１の光束制御部材１００の出射面１３０と同様に、中心軸ＣＡを中心とする回転対称の形状をしている。第１出射面４３０ａは、ｘ軸方向およびｙ軸方向の両方向について同等の集光効果を有する。一方、第２出射面４３０ｂは、実施の形態２の光束制御部材３００の出射面３３０と同様に、略シリンドリカル形状をしている。第２出射面４３０ｂは、ｘ軸方向とｙ軸方向とで異なる集光効果を有する。

　また、実施の形態３の光束制御部材４００では、ｙｚ平面に平行な一対の第３出射面４３０ｃも形成されている。第３出射面４３０ｃは、第１出射面４３０ａと第２出射面４３０ｂとの間の段差により形成される平面である。

　（光束制御部材の配光特性）
　本実施の形態の光束制御部材４００の配光特性について、実施の形態１の光束制御部材１００と同様にシミュレーションを行った。比較のため、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材と、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する光束制御部材についても、同様のシミュレーションをおこなった。これらの３つの光束制御部材の入射面、全反射面および出射面の形状は、同一である。

　図１９は、シミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、光軸ＬＡ（ｚ軸）に対する光の角度θ_２（°）であり、縦軸は、光の光度Ｉ（ｃｄ）である。破線は、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材の配光特性を示す。細い実線は、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する光束制御部材の配光特性を示す。太い実線は、複数の凸条１５２を形成されている庇部１５０を有する光束制御部材４００の配光特性を示す。

　図１９に示されるように、庇部１５０を有する本発明の光束制御部材（細い実線および太い実線）では、庇部１５０を有しない従来の光束制御部材（破線）に比べて、光軸ＬＡに対して＋１０～３０°の光（光束制御部材近傍の拡散反射面に向かう光）が減少し、光軸ＬＡに対して－１０～３０°の光（発光面部材に向かう光）が増加した。この効果は、凸条１５２を形成されていない庇部１５０を有する光束制御部材よりも、複数の凸条１５２を形成されている庇部１５０を有する光束制御部材４００の方が顕著であった。この結果から、本実施の形態の光束制御部材４００を使用することで、光束制御部材近傍の拡散反射面に向かう光を減少させて、発光面における明部の形成（図１Ｂ参照）を抑制できることが示唆される。

　（効果）
　実施の形態３の光束制御部材４００は、第１出射面４３０ａではｘ軸方向およびｙ軸方向に光を集光し、第２出射面４３０ｂではｘ軸方向にのみ光を集光し、ｙ軸方向に光を拡げることができる。したがって、光束制御部材４００を含む面光源装置では、発光面の２つの光束制御部材４００間の領域における暗部の発生を抑制しつつ（図３Ａ参照）、遠方にも光を到達させて、発光面の輝度ムラをより低減させることができる。

　［変形例］
　上記各実施の形態では、庇部１５０の厚みが基端部と先端部とで異なる光束制御部材について説明したが、図２０Ａ（断面図）および図２０Ｂ（平面図）に示されるように、庇部１５０の厚みは基端部と先端部とで同一であってもよい。

　また、上記各実施の形態では、庇部１５０に複数の凸条１５２が形成されている光束制御部材について説明したが、図２１Ａ（断面図）および図２１Ｂ（平面図）に示されるように、庇部１５０に凸条１５２が形成されていなくてもよい。

　また、上記各実施の形態では、庇部１５０が曲板状の光束制御部材について説明したが、図２２Ａ（断面図）および図２２Ｂ（平面図）に示されるように、庇部１５０は平板状であってもよい。

　また、上記各実施の形態では、一体型の光束制御部材について説明したが、図２３Ａ（断面図）および図２３Ｂ（平面図）に示されるように、入射面１１０、全反射面１２０および出射面１３０を有する光束制御部材本体と、庇部１５０およびホルダ１６０とは別体であってもよい。この場合、庇部１５０およびホルダ１６０に反射機能を付与してもよい。

　また、上記各実施の形態では、一体型の光束制御部材について説明したが、図２４Ａ（断面図）および図２４Ｂ（平面図）に示されるように、入射面１１０、全反射面１２０、出射面１３０およびホルダ１６０を有する光束制御部材本体と、庇部１５０とは別体であってもよい。さらに、図２５（平面図）に示されるように、複数の庇部１５０が互いに連結されていてもよい。

　また、上記各実施の形態では、発光素子２４０の光軸ＬＡを挟んで庇部１５０と発光面部材２５０とが対向するように光束制御部材を配置した面光源装置について説明したが、発光素子の光軸ＬＡを挟んで庇部１５０と底板２１２とが対向するように光束制御部材を配置してもよい。このようにすることで、出射面１３０から出射され、発光面部材２５０に直接到達する光を低減させることができる。

　また、上記各実施の形態では、底板２１２の内面全面が拡散反射面２１２ａである面光源装置について説明したが、図２６Ａ（断面図）に示されるように、底板２１２の内面２１２ａのうち光束制御部材近傍の領域に正反射面２１２ｂを形成してもよい。これにより、庇部１５０の機能を補完して明部の発生をさらに抑制することができる。

　また、上記各実施の形態では、天板２１１の開口部を通過した光が発光面部材２５０に直接到達する面光源装置について説明したが、図２６Ｂ（断面図）に示されるように、発光面部材２５０の内面の上にプリズムシート２６０を配置してもよい。プリズムシート２６０には、断面三角形状の複数の凸条が、発行面部材２５０と対向し、かつ発光素子２４０の光軸ＬＡ方向に沿って形成されている。プリズムシート２６０の凸条は、庇部１５０の凸条１５２と同様に全反射プリズムとして機能し、到達した光を底板２１２側に反射することで、光束制御部材から出射された光をより遠方に導く。

　上記各実施の形態では、発光素子２４０の光軸ＬＡと略平行に配置された被照射部材（発光面部材２５０）を光が透過する照明装置（面光源装置２００）について説明した。このような照明装置は、液晶表示装置のバックライトや、シーリングライト、内照式看板などとして好適である。一方、本発明の照明装置では、被照射部材は光を透過させなくてもよい。たとえば、図２７に示されるように、光を透過させない被照射部材（例えば、壁面や、絵または文字が記載された看板など）に対して光を照射してもよい。図２７に示される例では、発光素子２４０の光軸ＬＡが被照射部材６１０の被照射面と鋭角に交わるように、発光装置２３０は配置されている。この場合、庇部１５０が被照射部材６１０とは反対側に向くように光束制御部材１００を配置することで、発光素子２４０から出射され被照射部材６１０へ向かわない光を被照射部材６１０を有効に照らす光に変えることができる。このような照明装置は、壁面照明や、外照式看板などとして好適である。

　本出願は、２０１２年６月４日出願の特願２０１２－１２７３６４に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。

　本発明の光束制御部材、発光装置および面光源装置は、発光素子の光軸と略平行に配置された被照射部材に光を均一に照射することができるため、例えば、液晶表示装置のバックライトや面照明装置などに有用である。また、本発明の光束制御部材および発光装置は、特定方向の配光を弱めることができるため、例えば、壁面照明やダウンライトなどにも適用することができる。

　１０　面光源装置
　１１　ユニットケース
　１２　ＬＥＤ光源ユニット
　１３　集光レンズ
　１４　反射面部材
　１５　発光面部材
　１００，３００，４００，５００ａ～ｆ　光束制御部材
　１１０　入射面
　１１０ａ　内天面
　１１０ｂ　内側面
　１１１　凹部
　１２０　全反射面
　１３０，３３０，４３０　出射面
　１４０　フランジ
　１５０　庇部
　１５１　庇部の内面
　１５２　凸条
　１６０　ホルダ
　１６１，１６２　ボス
　２００　面光源装置
　２１０　筐体
　２１１　天板
　２１２　底板
　２１２ａ　拡散反射面
　２１２ｂ　正反射面
　２１３～２１６　側壁
　２２０　基板
　２３０　発光装置
　２４０　発光素子
　２５０　発光面部材
　２６０　プリズムシート
　４３０ａ　第１出射面
　４３０ｂ　第２出射面
　４３０ｃ　第３出射面
　６１０　被照射部材
　ＣＡ　光束制御部材の中心軸
　ＬＡ　発光素子の光軸

Claims

　発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
　裏側に中心軸と交わるように形成された、前記発光素子から出射された光を入射する入射面と、
　前記中心軸を取り囲み、かつ裏側から表側に向かって漸次直径が拡大するように形成された、前記入射面から入射した光の一部を表側に向けて反射させる全反射面と、
　表側に前記中心軸と交わるように形成された、前記入射面から入射した光の一部および前記全反射面で反射した光を外部に出射する出射面と、
　前記出射面において裏側からの高さが最も高い点よりも裏側からの高さが高くなるように、前記出射面よりも前記出射面の径方向外側に、前記中心軸に沿う方向に延在するように形成された、前記出射面から出射された光の一部を反射する庇部と、
　を有する、光束制御部材。
　前記庇部は、板状であり、
　前記庇部の外側の面には、断面略三角形状の凸条が前記中心軸に沿う方向に複数形成されている、
　請求項１に記載の光束制御部材。
　前記庇部は、前記中心軸を中心として、中心角１８０°以下の範囲内に部分円筒状に形成されている、請求項１に記載の光束制御部材。
　請求項１～３のいずれか一項に記載の光束制御部材と、発光素子とを有し、
　前記光束制御部材は、前記中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている、
　発光装置。
　請求項４に記載の発光装置と、前記発光装置から出射された光を照射される被照射部材とを有し、
　前記発光装置は、前記発光装置から出射された光の前記発光素子の光軸に対する出射角度が大きいほど前記被照射部材への入射角度が小さくなるように配置されている、
　照明装置。
　前記照明装置は、前記発光素子の光軸を挟んで前記庇部と前記被照射部材とが対向するように配置されている、請求項５に記載の照明装置。
　複数の前記発光装置が、前記被照射部材と平行な直線上に一列に配置されている、請求項５に記載の照明装置。
　請求項５～７のいずれか一項に記載の照明装置と、
　前記照明装置から出射された光を照射される表示部材と、
　を有する、表示装置。