WO2018155676A1 - 発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

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WO2018155676A1
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拓郎 桃井
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株式会社エンプラス
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    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device, a surface light source device, and a display device.
  • LEDs light-emitting diodes
  • emitted from LED is used instead of a fluorescent lamp, a halogen lamp, etc.
  • a transmissive image display device such as a liquid crystal display device
  • a light emitting device arranged in a lattice shape is used as a backlight (see, for example, Patent Document 1).
  • the light emitting device described in Patent Document 1 includes a light emitting element and a light flux controlling member. Further, the optical axis of the light emitting element and the central axis of the light flux controlling member coincide.
  • the light flux controlling member includes a light incident surface that allows light emitted from the light emitting element to enter the light flux controlling member, a light emitting surface that emits light incident on the light incident surface to the outside of the light flux controlling member, and a light incident surface. And a bottom surface connecting the light emitting surfaces.
  • the light incident surface is the inner surface of a recess opened on the bottom side.
  • the light exit surface has a smooth convex shape on the bottom side so that the optical axis of the light emitting element intersects, and a smooth convex shape on the outside of the center portion toward the opposite side of the bottom surface It has become.
  • the light emitted from the center of the light emitting surface of the light emitting element is refracted away from the central axis at the light incident surface, and enters the light flux controlling member.
  • the light incident on the inside of the light flux controlling member is refracted so as to be further away from the central axis on the light emitting surface and is emitted to the outside of the light flux controlling member.
  • light emitted from the light emitting element and incident on the inside of the light flux controlling member is positively emitted to the outside.
  • the light reaching the light emitting surface is controlled to be actively emitted. Therefore, in the surface light source device having the light emitting device described in Patent Document 1, although the light emitted from the light emitting element is refracted by the light incident surface and the light emitting surface of the light flux controlling member, the light is clearly above the light emitting device. There is a risk of producing parts. When such a surface light source device is reduced in thickness and lighted, the bright part is emphasized, and there is a risk of uneven brightness on the irradiated surface.
  • An object of the present invention is to provide a light emitting device capable of spreading light emitted from a light emitting element over a wider range while suppressing the amount of light directed directly above the conventional light emitting device.
  • Another object of the present invention is to provide a surface light source device and a display device having the light emitting device.
  • the light emitting device includes a light emitting element and a light flux control member that controls light distribution of light emitted from the light emitting element, and an optical axis of the light emitting element and a central axis of the light flux control member coincide with each other.
  • the light flux controlling member is an inner surface of a recess opening toward the back side so as to intersect the central axis, an incident surface on which light emitted from the light emitting element is incident, and the center A light control surface arranged on the front side so as to intersect the axis and controlling light distribution of light incident on the incident surface; a back surface disposed on the back side so as to surround the opening edge of the recess; and the opening of the recess An annular groove formed on the back surface so as to surround the edge, and the annular groove is disposed on the central axis side from the first inner surface and from the central axis to the first inner surface.
  • a second inner surface spaced apart, and the light control A surface is disposed so as to intersect the central axis, and a first transmission part that transmits a first light beam emitted from a light emission center of the light emitting element, and a first transmission part so as to surround the first transmission part.
  • a total reflection part that is continuously arranged and totally reflects a second light beam emitted from the light emission center at an angle larger than the first light beam with respect to the optical axis toward the second inner surface; and the total reflection part A third light beam that is continuously arranged in the total reflection part so as to surround the light source and is emitted from the light emission center at an angle larger than the second light beam with respect to the optical axis, the total reflection part, and the second inner surface And a second transmission part that transmits the second light beam that has been sequentially reflected.
  • the surface light source device includes a plurality of light emitting devices according to the present invention and a light diffusing plate that diffuses and transmits light from the light emitting devices.
  • the display device includes the surface light source device according to the present invention and an irradiated member that is irradiated with light emitted from the surface light source device.
  • the present invention it is possible to provide a light emitting device capable of spreading the light emitted from the light emitting element over a wider range while suppressing the amount of light directed directly above the conventional light emitting device.
  • a surface light source device and a display device in which a bright portion is hardly formed immediately above the light emitting device and luminance unevenness is suppressed.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing a configuration of a surface light source device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 2A and 2B are sectional views of the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a partial enlarged cross-sectional view of the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a perspective view of the light flux controlling member according to Embodiment 1 as viewed from the back side.
  • 5A to 5D are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member according to the first embodiment.
  • 6A is an optical path diagram in the surface light source device according to Embodiment 1
  • FIG. 6B is an optical path diagram in the surface light source device according to Comparative Example 1.
  • FIG. 7A to 7D are optical path diagrams in the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 8A to 8D are optical path diagrams in the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 9A to 9D are optical path diagrams in the surface light source device according to Comparative Example 1.
  • FIG. 10A to 10D are optical path diagrams in the surface light source device according to Comparative Example 1.
  • FIG. 11A to 11D are optical path diagrams in the surface light source device according to Comparative Example 2.
  • FIG. 12A and 12B are graphs showing the luminance distribution in the surface light source device.
  • FIG. 13: is the perspective view which looked at the light beam control member of the surface light source device which concerns on Embodiment 2 of this invention from the back surface side.
  • 14A to 14D are diagrams showing a configuration of a light flux controlling member of the surface light source device according to Embodiment 2.
  • FIG. 1A is a plan view of surface light source device 100 according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1B is a front view
  • 2A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 1B
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 1A
  • FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of the surface light source device 100.
  • the legs of the light flux controlling member 300 are omitted.
  • hatching of the surface light source device 100 is omitted.
  • the surface light source device 100 includes a housing 110, a plurality of light emitting devices 200, and a light diffusion plate (irradiated surface) 120.
  • the surface light source device 100 of the present invention can be applied to a backlight of a liquid crystal display device.
  • the surface light source device 100 is combined with a display member (irradiated member) 107 such as a liquid crystal panel (shown by a dotted line in FIG. 1B), so that the display device 100 ′ can be used. Can be used.
  • the inner surface of the bottom plate 112 of the housing 110 functions as a diffuse reflection surface.
  • a substrate 210 on which the light emitting device 200 is disposed is disposed at a predetermined position.
  • the top plate 114 of the housing 110 is provided with an opening.
  • the light diffusing plate 120 is disposed so as to close the opening and functions as a light emitting surface.
  • the size of the light emitting surface can be, for example, about 400 mm ⁇ about 700 mm.
  • the plurality of light emitting devices 200 are arranged in a grid pattern on the substrate 210 on the bottom plate 112 of the housing 110.
  • “arranged in a grid pattern” means that the unit grids are arranged in a polygon such as a rectangle or a triangle.
  • Examples of the unit cell include a triangular lattice (triangular lattice), a rectangular lattice, a square lattice (square lattice), and a polygonal lattice.
  • the plurality of light emitting devices 200 are arranged in a square lattice pattern. That is, in the present embodiment, the plurality of light emitting devices 200 are arranged in the first direction (X direction in FIG. 2A) in the center distance and in the second direction (Y direction in FIG. 2A) orthogonal to the first direction. They are arranged so that the distance between the centers is the same P.
  • the ratio of the distance H between the substrate 210 and the light diffusing plate 120 to the distance P between the centers of the plurality of light emitting devices 200 can be set as appropriate.
  • the ratio of the distance H between the substrate 210 and the light diffusing plate 120 to the center distance P between the plurality of light emitting devices 200 is preferably 0.18 or less from the viewpoint of reducing the thickness of the surface light source device 100.
  • Each of the plurality of light emitting devices 200 includes a light emitting element 220 and a light flux controlling member 300.
  • the light emitting element 220 is a light source of the surface light source device 100 and is mounted on the substrate 210.
  • the light emitting element 220 is a light emitting diode (LED) such as a white light emitting diode.
  • the light emitting element 220 is arranged so that the light emission center (optical axis OA) is located on the central axis CA of the light flux controlling member 300.
  • the light emitting element 220 is arranged so that the light emission center (optical axis OA) coincides with the center of the light emitting device 200 (see FIG. 3).
  • the “optical axis OA of the light emitting element” means a light beam at the center of the three-dimensional outgoing light beam from the light emitting element 220.
  • the light emitting element 220 is square so that the center distance in the first direction (X direction in FIG. 2A) and the center distance in the second direction (Y direction in FIG. 2A) orthogonal to the first direction are the same. They are arranged in a grid. That is, the distance between the centers of the plurality of light emitting elements in the first direction and the second direction is P.
  • the position (height) of the light emitting surface of the light emitting element 220 in the optical axis direction of the light emitting element 220 can be set as appropriate.
  • the position (height) of the light emitting surface of the light emitting element 220 in the optical axis direction of the light emitting element 220 may be the same position as the opening edge of the recess 305 (see FIG. 4), or the substrate 210 side from the opening edge. Or the light diffusion plate 120 side from the opening edge.
  • the light emitting surface of the light emitting element 220 is disposed at the same position (height) as the opening edge of the recess 305 in the optical axis direction.
  • the light flux controlling member 300 is a lens and is fixed on the substrate 210.
  • the light flux controlling member 300 controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element 220 and expands the traveling direction of the light in the surface direction of the substrate 210.
  • the light flux controlling member 300 is disposed on the light emitting element 220 so that the central axis CA coincides with the optical axis OA of the light emitting element 220 (see FIG. 3).
  • an incident surface 310 and a light control surface 320 of the light flux controlling member 300 described later are rotationally symmetric (circularly symmetric), and the rotational axis thereof coincides with the optical axis OA of the light emitting element 220.
  • the rotation axes of the incident surface 310 and the light control surface 320 are referred to as “center axis CA of the light flux controlling member”.
  • the light flux controlling member 300 can be formed by integral molding.
  • the material of the light flux controlling member 300 can be appropriately selected as long as it can transmit light having a desired wavelength.
  • Examples of the material of the light flux controlling member 300 include light transmissive resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), epoxy resin (EP), and silicone resin, or glass.
  • the refractive index of the material of the light beam control member 300 is not particularly limited, but may be 1.55 or more from the viewpoint of providing a total reflection function to the total reflection portion 322 described later without increasing the size of the light beam control member 300. preferable.
  • Examples of materials having a refractive index of 1.55 or more include transparent materials suitable for lenses such as polycarbonate, thiourethane resin, and nanocomposite materials in which nanoparticles imparting a high refractive index function are dispersed in a base resin material. included. That is, the light flux controlling member 300 is preferably made of polycarbonate.
  • the surface light source device 100 according to the present embodiment has a main feature in the configuration of the light flux controlling member 300. Therefore, features that the light flux controlling member 300 should have will be described in detail separately.
  • the light diffusing plate 120 is a plate-like member having light diffusibility, and transmits the light emitted from the light emitting device 200 while diffusing it.
  • the light diffusion plate 120 is disposed on the plurality of light emitting devices 200 substantially in parallel with the substrate 210.
  • the light diffusing plate 120 is approximately the same size as an irradiated member such as a liquid crystal panel.
  • the light diffusion plate 120 is formed of a light-transmitting resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), styrene / methyl methacrylate copolymer resin (MS).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • MS styrene / methyl methacrylate copolymer resin
  • fine irregularities are formed on the surface of the light diffusion plate 120, or light diffusers such as beads are dispersed inside the light diffusion plate 120.
  • the light emitted from each light emitting element 220 is controlled by the light flux controlling member 300 so as to illuminate a predetermined irradiation area of the light diffusion plate 120.
  • the light flux controlling member 300 appropriately illuminates a predetermined irradiation area, so that the inner surface of the light diffusing plate 120 is illuminated substantially uniformly.
  • Light that reaches the light diffusion plate 120 from each light flux controlling member 300 passes through the light diffusion plate 120 while being diffused.
  • the surface light source device 100 according to the present invention can uniformly illuminate a planar irradiated member (for example, a liquid crystal panel).
  • FIG. 4 is a perspective view of light flux controlling member 300 according to Embodiment 1 of the present invention as seen from the back side.
  • 5A is a plan view of the light flux controlling member 300
  • FIG. 5B is a bottom view
  • FIG. 5C is a front view
  • FIG. 5D is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 5A. .
  • the light flux controlling member 300 has an incident surface 310, a light control surface 320, a back surface 330, and an annular groove 340. Further, the light flux controlling member 300 forms a gap 350 for facilitating the handling of the light flux controlling member 300 and a gap for releasing heat generated from the light emitting element 220 to the outside, and the light flux controlling member 300 is mounted on the substrate. A leg portion (not shown) for positioning and fixing to 210 may be provided.
  • the incident surface 310 causes most of the light emitted from the light emitting element 220 to enter the light flux controlling member 300 while controlling the traveling direction of the light.
  • the incident surface 310 is the inner surface of the recess 305 that opens toward the back side.
  • the incident surface 310 is disposed so as to intersect with the central axis CA (optical axis OA).
  • the incident surface 310 is rotationally symmetric (circularly symmetric in the present embodiment) with the central axis CA as a rotation axis. That is, the concave portion 305 is disposed at the center of the back surface 330 so as to intersect with the central axis CA (the optical axis OA of the light emitting element 220) of the light flux controlling member 300 (see FIG. 3).
  • the light control surface 320 is disposed on the front side (light diffusing plate 120 side) of the light flux controlling member 300.
  • the light control surface 320 emits part of the light incident into the light flux controlling member 300 to the outside while controlling the traveling direction, and totally reflects the other part of the light toward the annular groove 340.
  • Let The light control surface 320 intersects with the central axis CA and has rotational symmetry (circular symmetry in the present embodiment) with the central axis CA as a rotational axis.
  • the light control surface 320 includes a first transmission part 321, a total reflection part 322, and a second transmission part 323.
  • the first transmission part 321 is arranged in a predetermined range centering on the central axis CA so as to intersect with the central axis CA.
  • the first transmission part 321 transmits the first light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at a small angle with respect to the optical axis OA while controlling the traveling direction thereof.
  • transmission part 321 can be suitably set if the above-mentioned function is exhibited.
  • the shape of the first transmission part 321 may be a flat surface, a curved surface convex on the back side, or a curved surface convex on the front side. In the present embodiment, the first transmission part 321 is a curved surface convex on the back side.
  • the first transmission unit 321 transmits the first light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle of 0 ° to 14 °.
  • the total reflection part 322 is arranged continuously to the first transmission part 321 so as to surround the first transmission part 321.
  • the total reflection unit 322 totally reflects at least the second light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle larger than the first light beam with respect to the optical axis OA toward the second inner surface 342 of the annular groove 340. It is preferable that the total reflection portion 322 totally reflects light emitted from a region other than the light emission center of the light emitting element 220 toward the second inner surface 342. However, all the light emitted from the region other than the light emission center of the light emitting element 220 and reaching the total reflection part 322 does not need to be totally reflected toward the second inner surface 342.
  • a part of the light reaching the total reflection part 322 may be transmitted or reflected toward a region other than the second inner surface 342.
  • the shape of the total reflection portion 322 is designed so that at least the light emitted from the light emission center of the light emitting element 220 and reaching the total reflection portion 322 is totally reflected toward the second inner surface 342.
  • the light emitted from the light emission center of the light emitting element 220 and traveling toward the total reflection part 322 may be designed to reach the total reflection part 322 at an angle equal to or greater than the critical angle.
  • total reflection portion 322 is a smooth curved surface that is convex on the front side.
  • the shape of the total reflection portion 322 is designed in consideration of the position of the light emitting element 22, the shape of the incident surface 310, the material of the light flux controlling member 300, and the like. As described above, if the refractive index of the material of the light flux controlling member 300 is high, the light emitted from the light emission center of the light emitting element 220 is totally reflected toward the second inner surface 342 without increasing the size of the light flux controlling member 300. The shape which can be made can be given to the total reflection part 322.
  • the total reflection unit 322 totally reflects, for example, the second light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle greater than 14 ° and less than 46 °.
  • the surface of total reflection portion 322 is exposed to the outside of light flux controlling member 300. That is, in the present embodiment, no reflecting member such as a reflecting film is formed on the surface of the total reflection portion 322.
  • the second transmission part 323 is arranged continuously to the total reflection part 322 so as to surround the total reflection part 322.
  • the second transmission part 323 is sequentially formed by the third light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle larger than the second light beam with respect to the optical axis OA, the total reflection part 322 and the second inner surface 342 of the annular groove 340.
  • the reflected second light beam is transmitted.
  • the shape of the second transmission part 323 can be appropriately set as long as the above-described function can be exhibited.
  • the second transmission part 323 is a smooth curved surface convex on the front side.
  • the second transmission part 323 transmits the third light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle of more than 46 °.
  • the back surface 330 is a surface disposed on the back side so as to surround the opening edge of the recess 305.
  • the shape of the back surface 330 can be set as appropriate.
  • the back surface 330 may be a surface perpendicular to the central axis CA, may be an inclined surface inclined to the back side as it is away from the central axis CA, or may be inclined to the front side as it is away from the central axis CA. It may be a surface. Further, the back surface 330 may be a smooth surface or may be roughened. In the present embodiment, the back surface 330 is a smooth plane perpendicular to the central axis CA.
  • the annular groove 340 is formed on the back surface 330 so as to surround the opening edge of the recess 305 (incident surface 310).
  • the annular groove 340 is rotationally symmetric about the central axis CA.
  • the annular groove 340 includes a first inner surface 341 disposed on the central axis CA side and a second inner surface 342 disposed away from the first inner surface 341 with respect to the central axis CA.
  • a plurality of ridges 343 are arranged on the second inner surface 342 side, and the surface of these ridges 343 is the second inner surface 342.
  • the first inner surface 341 may be disposed so as to be parallel to the central axis CA, or may be inclined toward the front side as the distance from the central axis CA increases. In the present embodiment, the first inner surface 341 is parallel to the central axis CA.
  • the second inner surface 342 is formed on the back side of the light flux controlling member 300 so as to surround the first inner surface 341.
  • the second inner surface 342 is inclined toward the back side with distance from the central axis CA.
  • the position of the annular groove 340 on the back surface 330 is particularly limited as long as at least a part of the second light beam totally reflected by the total reflection part 322 reaches the second inner surface 342 and is reflected toward the second transmission part 323. Not.
  • the annular groove 340 is preferably disposed in a region where most of the second light beam totally reflected by the total reflection portion 322 reaches.
  • the second inner surface 342 (plural ridges 343) internally reflects the light beam totally reflected by the total reflection portion 322 toward the second transmission portion 323.
  • the second inner surface 342 (the plurality of ridges 343) is inclined so as to face the back side as the distance from the central axis CA increases.
  • Each ridge 343 is disposed between the first inclined surface 344, the second inclined surface 345, the first inclined surface 344, and the second inclined surface 345, and the rear surface side as the distance from the central axis CA increases.
  • a ridge line 346 inclined in the direction toward the.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the ridge line 346 of the ridge 343 is a triangular shape, a triangular shape with a chamfered top, a semicircular shape, and another surface between the first inclined surface 344 and the second inclined surface 345. Trapezoidal shape etc. are included.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the ridge line 346 of the ridge 343 is a triangular shape. That is, in the present embodiment, the first inclined surface 344 and the second inclined surface are connected by the ridge line 346.
  • Each ridge 343 functions like a total reflection prism.
  • the plurality of ridges 343 are arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the central axis CA (n-fold symmetry when the number of ridges 343 is n).
  • FIG. 6A shows a simulation result of an optical path in a cross section including the central axis CA of the surface light source device 100 according to the present embodiment
  • FIG. 6B includes the central axis CA of the surface light source device 500 according to Comparative Example 1.
  • the simulation result of the optical path in a cross section is shown.
  • 6A and 6B show light rays emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at different angles by 2 ° in the range of 0 to 80 ° with respect to the optical axis OA.
  • the distance H between the substrate 210 and the light diffusion plate 120 is 10 mm.
  • the surface light source device 500 according to the comparative example 1 is different from the light flux control member 300 according to the present embodiment only in the configuration of the light flux control member 600.
  • the light flux controlling member 600 of the surface light source device 500 according to the comparative example 1 includes a transmission unit 642 that transmits the second light beam to the outside instead of the total reflection unit 322.
  • FIGS. 6A and 6B hatching in the surface light source devices 100 and 500 is omitted to show the optical path.
  • the surface light source device 100 according to the present embodiment has less light directed directly above the light emitting device 200 than the surface light source device 500 according to Comparative Example 1. I understand that. That is, it can be seen that no bright portion is formed immediately above the light emitting device 200. Further, the surface light source device 100 according to the present embodiment is configured to emit light emitted from the light emission center of the light emitting element 220 as compared with the surface light source device 500 according to the comparative example 1 as a light emitting device 200 (light flux controlling member 300). It is possible to reach a position further away from the central axis CA.
  • the surface light source device 700 according to Comparative Example 2 differs from the light flux control member 300 according to the present invention only in the configuration of the light flux control member 800. Specifically, the light flux controlling member 800 of the surface light source device 700 according to the comparative example 2 does not have the annular groove 340 and is formed in a knurled shape in which the back surface 330 is roughened.
  • FIGS. 7A to 7D and FIGS. 8A to 8D show simulation results of the optical path in the cross section including the central axis CA of the surface light source device 100 according to the present invention.
  • FIGS. 9A to 9D and FIGS. The simulation result of the optical path in the cross section containing central axis CA of the surface light source device 500 which concerns on is shown.
  • 11A to 11D show the simulation results of the optical path in the cross section including the central axis CA of the surface light source device 700 according to Comparative Example 2.
  • FIG. 7A, FIG. 9A, and FIG. 11A are optical path diagrams in the range of the emission angle of 2 to 10 °, and FIGS.
  • FIGS. 7B, 9B, and 11B are optical path diagrams of the output angle in the range of 10 to 20 °. 7C, FIG. 9C, and FIG. 11C are optical path diagrams in the range of the emission angle of 20-30 °, and FIGS. 7D, 9D, and 11C are optical path diagrams of the output angle in the range of 30-40 °.
  • 8A and 10A are optical path diagrams in the range where the emission angle is 40 to 50 °
  • FIGS. 8B and 10B are optical path diagrams in the range where the output angle is 50 to 60 °
  • FIGS. 8C and 10C are FIG. 8D and FIG. 10D are optical path diagrams in which the emission angle is in the range of 70 to 80 °.
  • hatching in the surface light source devices 100 and 500 is omitted to show the optical path.
  • the first light beam having a small emission angle emitted from the light emission center of the light emitting element 220 is incident on the incident surface 310,
  • the light is transmitted to the outside of the light flux controlling member 300 by being controlled so as to be away from the central axis CA by the one transmitting portion 321.
  • the light emitted from the light flux controlling member 300 reaches a position on the light diffusing plate 120 that is relatively close to the central axis CA.
  • the second light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle larger than the first light beam is incident on the incident surface 310 and then reaches the total reflection part 322.
  • the second light beam is totally reflected by the total reflection part 322 toward the annular groove 340, further internally reflected sequentially by the first inclined surface 344 and the second inclined surface 345, and emitted from the second transmission part 323.
  • the second light beam reaches the light diffusion plate 120 in a wider range than the second light beam in the surface light source device 500 according to Comparative Example 1 described later.
  • the third light beam emitted from the light emission center of the light emitting element 220 at an angle larger than the second light beam is incident on the incident surface 310 and then the second transmission portion 323 from the central axis CA.
  • the light is controlled so as to go away, and is emitted to the outside of the light flux controlling member 300.
  • the light emitted from the light flux controlling member 300 reaches a position far from the central axis CA on the light diffusion plate 120.
  • the first light beam is incident on the incident surface 310 and the first transmission unit 321 deviates from the central axis CA.
  • the light is controlled so as to go away, and is emitted to the outside of the light flux controlling member 600.
  • the second light beam is controlled so as to be further away from the central axis CA at the transmission part, and is emitted to the outside of the light flux controlling member 600.
  • the third light beam is controlled by the second transmission portion 642 so as to be further away from the central axis CA, and is emitted to the outside of the light flux controlling member 600.
  • the first light beam is incident on the incident surface 310 and is directed toward the direction away from the central axis CA by the first transmission unit 321. And is emitted to the outside of the light flux controlling member 800.
  • the second light ray is totally reflected by the total reflection portion 322 and travels toward the back surface 330.
  • some of the second light rays are internally reflected by the back surface 330 and emitted from the second transmission part 323 toward the upper side of the light flux controlling member 800.
  • the third light beam is controlled by the second transmission portion 323 so as to be further away from the central axis CA and is emitted to the outside of the light flux controlling member 800.
  • the annular groove 340 is not formed, it can be seen that some of the light rays totally reflected by the total reflection portion 322 are directed directly upward. .
  • the luminance distribution on the light diffusion plate 120 in the surface light source device 100 was simulated.
  • the surface light source device 500 according to Comparative Example 1 was also examined.
  • the luminance distribution was examined for and.
  • FIG. 12A is a graph showing the luminance distribution in the surface light source device 100 according to the present embodiment
  • FIG. 12B is a graph showing the luminance distribution in the surface light source device 500 according to Comparative Example 1.
  • the horizontal axis is the distance from the central axis CA
  • the vertical axis is the luminance.
  • L1 indicates the result of total light
  • L2 indicates the result of direct light
  • L3 indicates the result of scattered light.
  • the surface light source device 500 As described above, in the surface light source device 500 according to the comparative example 1, most of the light emitted from the light emitting element 220 and incident on the incident surface 310 is outside the light flux controlling member 600 from the light control surface. It is emitted (see FIG. 6B). In the light flux controlling member 600, even if the light in the vicinity of the optical axis OA is expanded to suppress the luminance immediately above the light emitting element 220, the expanded light does not reach far away, and a ring-shaped bright portion is formed in the vicinity of the optical axis OA. To do. As shown in the region surrounded by the dotted line in FIG.
  • the optical axis of the light emitting device in the surface light source device 500 according to the comparative example 1 (in the comparative example 1, the distance H between the substrate 210 and the light diffusion plate 120 is 10 mm), the optical axis of the light emitting device. It is also clear from the fact that high luminance is shown in the vicinity of a distance of 15 mm from OA. On the other hand, in the surface light source device 100 according to the present embodiment, the luminance on the surface light source device by direct light (luminance in the vicinity of a distance of 15 mm from the optical axis OA) is lower than that in the surface light source device 500 according to Comparative Example 1. I understand.
  • the light flux controlling member 300 has the total reflection portion 322, so that it passes above the light emitting device 200 and reaches a distance of about 15 mm from the optical axis OA. This is probably because the amount of light to be used is reduced (see FIG. 6A).
  • the second light beam does not pass through the total reflection part 322 but is totally reflected by the total reflection part 322 and further internally reflected by the second inner surface 342 of the annular groove 340. Then, the light is emitted from the second transmission part 323 to the outside.
  • the light-emitting device 200 according to the present embodiment can be controlled so that the light beam that escapes above the light-emitting device 200 is directed to the side as compared with the conventional light-emitting device. Generation of bright parts can be suppressed, and light can reach a wider range. Therefore, by applying the light emitting device 200 according to the present embodiment to the surface light source device 100, the surface light source device 100 can be thinned or the number of the light emitting devices 200 can be reduced.
  • Embodiment 2 (Configuration of surface light source device)
  • the surface light source device according to the second embodiment is different from the surface light source device 100 of the first embodiment only in the configuration of the light flux controlling member 400. Therefore, only the light flux controlling member 400 will be described.
  • symbol is attached
  • FIG. 13 is a perspective view of light flux controlling member 400 of the surface light source device according to Embodiment 2 of the present invention as seen from the back side.
  • 14A is a plan view of the light flux controlling member 400
  • FIG. 14B is a bottom view
  • FIG. 14C is a front view
  • FIG. 14D is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 14A. .
  • the light flux controlling member 400 of the surface light source device according to Embodiment 2 includes an incident surface 310, a light control surface 320, a back surface 330, and an annular groove 440.
  • the annular groove 440 has a first inner surface 341 and a second inner surface 442.
  • a plurality of ridges 343 are not formed on the second inner surface 442. That is, in the present embodiment, the second inner surface 442 is formed in the shape of the side surface of the truncated cone.
  • optical path diagram in the surface light source device according to the second embodiment is almost the same as the optical path diagram in the surface light source device 100 according to the first embodiment.
  • the surface light source device according to the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment.
  • the light emitting device and the surface light source device according to the present invention can be applied to, for example, a backlight of a liquid crystal display device or general illumination.

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Abstract

発光装置は、発光素子と、光束制御部材とを有する。光束制御部材は、入射面と、光制御面と、裏面と、環状溝とを有する。光制御面は、第１透過部と、全反射部と、第２透過部とを含む。環状溝は、第１内面と、第２内面とを含む。発光素子の発光中心から出射された光線のうち、一部の光線である第２光線は、入射面で光束制御部材の内部に入射し、全反射部で全反射した後、第２内面で内部反射して、第２透過部から光束制御部材の外部に出射される。

Description

発光装置、面光源装置および表示装置
　本発明は、発光装置、面光源装置および表示装置に関する。
　近年、省エネルギーや小型化の観点から、照明用の光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）が使用されている。そして、ＬＥＤと、ＬＥＤから出射された光の配光を制御する光束制御部材とを組み合わせた発光装置は、蛍光灯やハロゲンランプなどに代わり使用されている。また、液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして格子状に配置された発光装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の発光装置は、発光素子および光束制御部材を有する。また、発光素子の光軸および光束制御部材の中心軸は、一致している。光束制御部材は、発光素子から出射された光を光束制御部材の内部に入射させる光入射面と、光入射面で入射した光を光束制御部材の外部に出射させる光出射面と、光入射面および光出射面を繋ぐ底面とを有している。
　光入射面は、底面側に開口した凹部の内面である。また、光出射面は、発光素子の光軸を交わるように、その中央部分が底面側に滑らかな凸形状となっており、中央部分より外側は、底面と反対側に向かって滑らかな凸形状となっている。
　発光素子の発光面の中心から出射された光は、光入射面で中心軸から離れるように屈折して光束制御部材の内部に入射する。光束制御部材の内部に入射された光は、光出射面でさらに中心軸から離れるように屈折して光束制御部材の外部に出射される。このように、特許文献１の発光装置では、発光素子から出射され、光束制御部材の内部に入射した光を積極的に外部に出射させている。
特開２００９－０４３６２８号公報
　特許文献１に記載の発光装置では、光出射面に到達した光を積極的に出射するように制御している。よって、特許文献１に記載の発光装置を有する面光源装置では、発光素子から出射された光を光束制御部材の光入射面および光出射面によって屈折させてはいるものの、発光装置の直上に明部が生じてしまうおそれがある。このような面光源装置を薄型化および少灯化する場合には、当該明部が強調されてしまい、被照射面上において輝度ムラが生じてしまうおそれがある。
　そこで、本発明の目的は、上記従来の発光装置よりも、直上に向かう光量をより抑制しつつ、かつ発光素子から出射された光をより広範囲に拡げることができる発光装置を提供することである。また、本発明の別の目的は、この発光装置を有する面光源装置および表示装置を提供することである。
　本発明に係る発光装置は、発光素子と、前記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とを有し、前記発光素子の光軸および前記光束制御部材の中心軸が一致した発光装置であって、前記光束制御部材は、前記中心軸と交わるように裏側に向けて開口した凹部の内面であって、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、前記中心軸と交わるように表側に配置され、前記入射面で入射した光の配光を制御する光制御面と、前記凹部の開口縁部を取り囲むように裏側に配置された裏面と、前記凹部の開口縁部を取り囲むように前記裏面に形成された円環状の環状溝と、を有し、前記環状溝は、前記中心軸側に配置された第１内面と、前記第１内面より前記中心軸から離れて配置された第２内面と、を含み、前記光制御面は、前記中心軸と交わるように配置され、前記発光素子の発光中心から出射された第１光線を透過させる第１透過部と、前記第１透過部を取り囲むように前記第１透過部に連続して配置され、前記発光中心から前記光軸に対して前記第１光線より大きな角度で出射された第２光線を前記第２内面に向けて全反射させる全反射部と、前記全反射部を取り囲むように前記全反射部に連続して配置され、前記発光中心から前記光軸に対して前記第２光線より大きな角度で出射された第３光線と、前記全反射部および前記第２内面で順次反射した第２光線とを透過させる第２透過部とを含む。
　本発明に係る面光源装置は、本発明に係る複数の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板とを有する。
　本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される被照射部材とを有する。
　本発明によれば、上記従来の発光装置よりも、直上に向かう光量をより抑制しつつ、かつ発光素子から出射された光をより広範囲に拡げることができる発光装置を提供できる。また、本発明によれば、発光装置の直上に明部が生じにくい、輝度ムラが抑制された面光源装置および表示装置を提供できる。
図１Ａ、Ｂは、本発明の実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す図である。 図２Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の断面図である。 図３は、実施の形態１に係る面光源装置の部分拡大断面図である。 図４は、実施の形態１に係る光束制御部材を裏面側から見た斜視図である。 図５Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図６Ａは、実施の形態１に係る面光源装置における光路図であり、図６Ｂは、比較例１に係る面光源装置における光路図である。 図７Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る面光源装置における光路図である。 図８Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る面光源装置における光路図である。 図９Ａ～Ｄは、比較例１に係る面光源装置における光路図である。 図１０Ａ～Ｄは、比較例１に係る面光源装置における光路図である。 図１１Ａ～Ｄは、比較例２に係る面光源装置における光路図である。 図１２Ａ、Ｂは、面光源装置における輝度分布を示すグラフである。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る面光源装置の光束制御部材を裏面側から見た斜視図である。 図１４Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る面光源装置の光束制御部材の構成を示す図である。
　以下、本発明に係る面光源装置および表示装置について、添付した図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の面光源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、発光装置が格子状に配置されている面光源装置について説明する。
　［実施の形態１］
　（面光源装置の構成）
　図１～図３は、本発明の実施の形態１に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図１Ａは、本発明の実施の形態１に係る面光源装置１００の平面図であり、図１Ｂは、正面図である。図２Ａは、図１Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図２Ｂは、図１Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。図３は、面光源装置１００の部分拡大断面図である。なお、図３では、光束制御部材３００の脚部を省略している。また、図３では、面光源装置１００のハッチングを省略している。
　図１Ａ、Ｂ、図２Ａ、Ｂおよび図３に示されるように、面光源装置１００は、筐体１１０と、複数の発光装置２００と、光拡散板（被照射面）１２０とを有する。本発明の面光源装置１００は、液晶表示装置のバックライトなどに適用できる。また、図１Ｂに示されるように、面光源装置１００は、液晶パネルなどの表示部材（被照射部材）１０７（図１Ｂにおいて、点線で示している）と組み合わせることで、表示装置１００’としても使用できる。
　筐体１１０の底板１１２の内面は、拡散反射面として機能する。底板１１２上には、発光装置２００が配置された基板２１０が所定の位置に配置されている。また、筐体１１０の天板１１４には、開口部が設けられている。光拡散板１２０は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍとすることができる。
　複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上の基板２１０に格子状に配列されている。ここで「格子状に配列」とは、単位格子が矩形や三角形などの多角形となるように配列されていることをいう。単位格子の例には、三角形の格子（三角格子）、長方形の格子、正方形の格子（正方格子）、多角形の格子を含む。本実施の形態では、複数の発光装置２００は、正方格子状に配列されている。すなわち、本実施の形態では、複数の発光装置２００は、第１の方向（図２ＡにおけるＸ方向）の中心間距離および第１の方向に直交する第２の方向（図２ＡにおけるＹ方向）の中心間距離がいずれも同じＰとなるように配列されている。
　また、複数の発光装置２００の中心間距離Ｐに対する基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈの比は、適宜設定できる。複数の発光装置２００の中心間距離Ｐに対する基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈの比は、面光源装置１００を薄型化する観点から、０．１８以下であることが好ましい。例えば、複数の発光装置２００の中心間距離Ｐが３６ｍｍの場合、基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈは６ｍｍ（Ｈ／Ｐ＝０．１７）であり、複数の発光装置２００の中心間距離Ｐが４４ｍｍの場合、基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈは８ｍｍ（Ｈ／Ｐ＝０．１８）であり、複数の発光装置２００の中心間距離Ｐが６０ｍｍの場合、基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈは１０ｍｍ（Ｈ／Ｐ＝０．１７）である。
　複数の発光装置２００は、それぞれ発光素子２２０および光束制御部材３００を有する。発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に実装されている。発光素子２２０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。発光素子２２０は、その発光中心（光軸ＯＡ）が光束制御部材３００の中心軸ＣＡ上に位置するように配置されている。また、発光素子２２０は、その発光中心（光軸ＯＡ）が発光装置２００の中心と一致するように配置されている（図３参照）。ここで、「発光素子の光軸ＯＡ」とは、発光素子２２０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。発光素子２２０は、第１の方向（図２ＡにおけるＸ方向）の中心間距離および第１の方向に直交する第２の方向（図２ＡにおけるＹ方向）の中心間距離が同じとなるように正方格子状に配列されている。すなわち、第１の方向および第２の方向における複数の発光素子の中心間距離は、いずれもＰである。
　また、発光素子２２０の光軸方向における発光素子２２０の発光面の位置（高さ）は、適宜設定できる。発光素子２２０の光軸方向における発光素子２２０の発光面の位置（高さ）は、凹部３０５（図４参照）の開口縁部と同じ位置であってもよいし、開口縁部より基板２１０側であってもよいし、開口縁部より光拡散板１２０側であってもよい。本実施の形態では、発光素子２２０の発光面は、光軸方向において、凹部３０５の開口縁部と同じ位置（高さ）に配置されている。
　光束制御部材３００は、レンズであり、基板２１０上に固定されている。光束制御部材３００は、発光素子２２０から出射された光の配光を制御し、当該光の進行方向を基板２１０の面方向に拡げる。光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＯＡと一致するように、発光素子２２０の上に配置されている（図３参照）。なお、後述する光束制御部材３００の入射面３１０および光制御面３２０は回転対称（円対称）であり、かつこの回転軸は発光素子２２０の光軸ＯＡと一致する。この入射面３１０および光制御面３２０の回転軸を「光束制御部材の中心軸ＣＡ」という。
　光束制御部材３００は、一体成形により形成することができる。光束制御部材３００の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であれば適宜選択できる。光束制御部材３００の材料の例には、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）、シリコーン樹脂などの光透過性樹脂、またはガラスが含まれる。光束制御部材３００の材料の屈折率は、特に限定されないが、光束制御部材３００を大型化することなく後述の全反射部３２２に全反射機能を付与する観点から、１．５５以上であることが好ましい。屈折率が１．５５以上である材料の例には、ポリカーボネート、チオウレタン樹脂、ベース樹脂材料に高屈折率機能を付与するナノ粒子を分散させたナノコンポジット材料などのレンズに好適な透明材料が含まれる。すなわち、光束制御部材３００は、ポリカーボネート製であることが好ましい。本実施の形態に係る面光源装置１００は、光束制御部材３００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材３００の備えるべき特徴については、別途詳細に説明する。
　光拡散板１２０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置２００からの出射光を拡散させつつ透過させる。光拡散板１２０は、複数の発光装置２００の上に基板２１０と略平行に配置されている。通常、光拡散板１２０は、液晶パネルなどの被照射部材とほぼ同じ大きさである。たとえば、光拡散板１２０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、光拡散板１２０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板１２０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
　本発明に係る面光源装置１００では、各発光素子２２０から出射された光は、光束制御部材３００により光拡散板１２０の所定の照射領域を照らすように制御される。後述するように、光束制御部材３００は、所定の照射領域を適切に照らすため、光拡散板１２０の内面は略均一に照らされる。各光束制御部材３００から光拡散板１２０に到達した光は、拡散されつつ光拡散板１２０を透過する。その結果、本発明に係る面光源装置１００は、面状の被照射部材（例えば液晶パネル）を均一に照らすことができる。
　（光束制御部材の構成）
　図４は、本発明の実施の形態１に係る光束制御部材３００を裏面側から見た斜視図である。図５Ａは、光束制御部材３００の平面図であり、図５Ｂは、底面図であり、図５Ｃは、正面図であり、図５Ｄは、図５Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
　図４および図５Ａ～Ｄに示されるように、光束制御部材３００は、入射面３１０と、光制御面３２０と、裏面３３０と、環状溝３４０とを有する。また、光束制御部材３００は、光束制御部材３００の取り扱いを容易にするための鍔部３５０と、発光素子２２０から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を形成するとともに、光束制御部材３００を基板２１０に位置決めして固定するための脚部（図示省略）とを有していてもよい。
　入射面３１０は、発光素子２２０から出射された光のうち、大部分の光を、その光の進行方向を制御するとともに、光束制御部材３００の内部に入射させる。入射面３１０は、裏側に向けて開口した凹部３０５の内面である。入射面３１０は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）と交わるように配置されている。入射面３１０は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（本実施の形態では円対称）である。すなわち、凹部３０５は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡ（発光素子２２０の光軸ＯＡ）と交わるように裏面３３０の中央部に配置されている（図３参照）。
　光制御面３２０は、光束制御部材３００の表側（光拡散板１２０側）に配置されている。光制御面３２０は、光束制御部材３００内に入射した光のうち、一部の光をその進行方向を制御しつつ外部に出射させ、他の一部の光を環状溝３４０に向けて全反射させる。光制御面３２０は、中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（本実施の形態では円対称）である。
　光制御面３２０は、第１透過部３２１と、全反射部３２２と、第２透過部３２３とを有する。
　第１透過部３２１は、中心軸ＣＡと交わるように、中心軸ＣＡを中心とする所定の範囲に配置されている。第１透過部３２１は、発光素子２２０の発光中心から光軸ＯＡに対して小さい角度で出射された第１光線を、その進行方向を制御しつつ透過させる。第１透過部３２１の形状は、前述の機能を発揮できれば適宜設定できる。第１透過部３２１の形状は、平面であってもよいし、裏側に凸の曲面であってもよいし、表側に凸の曲面であってもよい。本実施の形態では、第１透過部３２１は、裏側に凸の曲面である。第１透過部３２１は、例えば発光素子２２０の発光中心から０°以上１４°以下の角度で出射された第１光線を透過させる。
　全反射部３２２は、第１透過部３２１を取り囲むように第１透過部３２１に連続して配置されている。全反射部３２２は、少なくとも、発光素子２２０の発光中心から光軸ＯＡに対して第１光線より大きい角度で出射された第２光線を環状溝３４０の第２内面３４２に向けて全反射させる。全反射部３２２は、発光素子２２０の発光中心以外の領域から出射された光も第２内面３４２に向けて全反射させることが好ましい。しかしながら、発光素子２２０の発光中心以外の領域から出射されて全反射部３２２に到達したすべての光が、第２内面３４２に向けて全反射される必要はない。したがって、全反射部３２２に到達した一部の光は、透過してもよいし、第２内面３４２以外の領域に向けて反射されてもよい。全反射部３２２の形状は、少なくとも、発光素子２２０の発光中心から出射されて全反射部３２２に到達した光が第２内面３４２に向けて全反射するように設計される。具体的には、発光素子２２０の発光中心から出射されて全反射部３２２に向かう光が、臨界角以上の角度で全反射部３２２に到達するように設計すればよい。本実施の形態では、全反射部３２２は、表側に凸の滑らかな曲面である。全反射部３２２の形状は、発光素子２２の位置や、入射面３１０の形状、光束制御部材３００の材料などを考慮して設計される。前述したように、光束制御部材３００の材料の屈折率が高ければ、光束制御部材３００を大型化することなく、発光素子２２０の発光中心から出射された光を第２内面３４２に向けて全反射させうる形状を全反射部３２２に付与することができる。全反射部３２２は、例えば発光素子２２０の発光中心から１４°超４６°以下の角度で出射された第２光線を全反射させる。また、本実施の形態では、全反射部３２２の表面は、光束制御部材３００の外部に露出している。すなわち、本実施の形態では、全反射部３２２の表面には、反射膜などの反射部材は形成されていない。
　第２透過部３２３は、全反射部３２２を取り囲むように全反射部３２２に連続して配置されている。第２透過部３２３は、発光素子２２０の発光中心から光軸ＯＡに対して第２光線より大きい角度で出射された第３光線と、全反射部３２２および環状溝３４０の第２内面３４２で順次反射した第２光線とを透過させる。第２透過部３２３の形状は、前述の機能を発揮できれば適宜設定できる。本実施の形態では、第２透過部３２３は、表側に凸の滑らかな曲面である。第２透過部３２３は、例えば発光素子２２０の発光中心から４６°超の角度で出射された第３光線を透過させる。
　裏面３３０は、凹部３０５の開口縁部を取り囲むように裏側に配置された面である。裏面３３０の形状は、適宜設定できる。裏面３３０は、中心軸ＣＡに垂直な面であってもよいし、中心軸ＣＡから離れるにつれて、裏側に傾斜した傾斜面であってもよいし、中心軸ＣＡから離れるにつれて、表側に傾斜した傾斜面であってもよい。また、裏面３３０は、滑らかな面であってもよいし、粗面化されていてもよい。本実施の形態では、裏面３３０は、中心軸ＣＡに垂直な滑らかな平面である。
　環状溝３４０は、凹部３０５（入射面３１０）の開口縁部を取り囲むように裏面３３０に形成されている。環状溝３４０は、中心軸ＣＡを軸とした回転対称である。環状溝３４０は、中心軸ＣＡ側に配置された第１内面３４１と、中心軸ＣＡに対して第１内面３４１より離れて配置された第２内面３４２と、を含む。また、本実施の形態では、第２内面３４２側には複数の凸条３４３が配置されており、これらの凸条３４３の表面が第２内面３４２である。
　第１内面３４１は、中心軸ＣＡと平行となるように配置されていてもよいし、中心軸ＣＡから離れるにつれて表側に向かって傾斜していてもよい。本実施の形態では、第１内面３４１は、中心軸ＣＡと平行である。
　第２内面３４２は、第１内面３４１を取り囲むように光束制御部材３００の裏側に形成されている。第２内面３４２は、中心軸ＣＡから離れるにつれて裏側に向かって傾斜している。
　裏面３３０における環状溝３４０の位置は、全反射部３２２で全反射した第２光線の少なくとも一部が第２内面３４２に到達し、第２透過部３２３に向けて反射されることができれば特に限定されない。環状溝３４０は、全反射部３２２で全反射した第２光線の大部分が到達する領域に配置されていることが好ましい。
　第２内面３４２（複数の凸条３４３）は、全反射部３２２で全反射した光線を第２透過部３２３に向けて内部反射させる。第２内面３４２（複数の凸条３４３）は、中心軸ＣＡから離れるにつれて裏側に向うように傾斜している。また、各凸条３４３は、第１傾斜面３４４と、第２傾斜面３４５と、第１傾斜面３４４および第２傾斜面３４５の間に配置されており、中心軸ＣＡから離れるにつれて、裏面側に向かう方向に傾斜した稜線３４６とを有している。凸条３４３の稜線３４６に垂直な断面形状は、三角形状、頂部にＲ面取を施した三角形状、半円形状、第１傾斜面３４４および第２傾斜面３４５の間に他の面を介した台形状などが含まれる。本実施の形態では、凸条３４３の稜線３４６に垂直な断面形状は、三角形状である。すなわち、本実施の形態では、第１傾斜面３４４および第２傾斜面は、稜線３４６で接続されている。各凸条３４３は、全反射プリズムのように機能する。すなわち、全反射部３２２で全反射した第２光線は、第１傾斜面３４４および第２傾斜面３４５で順次反射して第２透過部３２３に向かう。複数の凸条３４３は、中心軸ＣＡに対して回転対称（凸条３４３の数をｎとしたときｎ回対称）となるように配置されている。
　次に、面光源装置１００の光路についてシミュレーションした。図６Ａは、本実施の形態に係る面光源装置１００の中心軸ＣＡを含む断面における光路のシミュレーション結果を示しており、図６Ｂは、比較例１に係る面光源装置５００の中心軸ＣＡを含む断面における光路のシミュレーション結果を示している。図６Ａ、Ｂでは、発光素子２２０の発光中心から、光軸ＯＡに対して０～８０°の範囲でそれぞれ２°ずつ異なる角度で出射された光線を示している。基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈは、１０ｍｍである。また、比較例１に係る面光源装置５００は、光束制御部材６００の構成のみが本実施の形態に係る光束制御部材３００と異なる。具体的には、比較例１に係る面光源装置５００の光束制御部材６００は、全反射部３２２の代わりに、第２光線を外部に透過させる透過部６４２を有する。また、図６Ａ、Ｂでは、光路を示すために、面光源装置１００、５００におけるハッチングを省略している。
　図６Ａと図６Ｂとを比較するとわかるように、本実施の形態に係る面光源装置１００は、比較例１に係る面光源装置５００と比較して、発光装置２００の直上部に向かう光が少ないことが分かる。すなわち、発光装置２００の直上部に明部が生じないことが分かる。また、本実施の形態に係る面光源装置１００は、比較例１に係る面光源装置５００と比較して、発光素子２２０の発光中心から出射された光を、発光装置２００（光束制御部材３００）の中心軸ＣＡからより離れた位置に到達させることができる。
　次に、光線の出射角度と、光線の光拡散板１２０における到達位置との関係についてシミュレーションした。また、比較例１、２に係る面光源装置５００、７００についても、同様にシミュレーションした。比較例２に係る面光源装置７００は、光束制御部材８００の構成のみが本発明に係る光束制御部材３００と異なる。具体的には、比較例２に係る面光源装置７００の光束制御部材８００は、環状溝３４０を有しておらず、かつ裏面３３０が粗面化されたローレット形状に形成されている。
　図７Ａ～Ｄおよび図８Ａ～Ｄは、本発明に係る面光源装置１００の中心軸ＣＡを含む断面における光路のシミュレーション結果を示しており、図９Ａ～Ｄおよび図１０Ａ～Ｄは、比較例１に係る面光源装置５００の中心軸ＣＡを含む断面における光路のシミュレーション結果を示している。図１１Ａ～Ｄは、比較例２に係る面光源装置７００の中心軸ＣＡを含む断面における光路のシミュレーション結果を示している。図７Ａ、図９Ａおよび図１１Ａは、出射角度が２～１０°の範囲の光路図であり、図７Ｂ、図９Ｂおよび図１１Ｂは、出射角度が１０～２０°の範囲の光路図であり、図７Ｃ、図９Ｃおよび図１１Ｃは、出射角度が２０～３０°の範囲の光路図であり、図７Ｄ、図９Ｄおよび図１１Ｃは、出射角度が３０～４０°の範囲の光路図である。図８Ａおよび図１０Ａは、出射角度が４０～５０°の範囲の光路図であり、図８Ｂおよび図１０Ｂは、出射角度が５０～６０°の範囲の光路図であり、図８Ｃおよび図１０Ｃは、出射角度が６０～７０°の範囲の光路図であり、図８Ｄおよび図１０Ｄは、出射角度が７０～８０°の範囲の光路図である。また、図７～図１１では、光路を示すために、面光源装置１００、５００におけるハッチングを省略している。
　図７Ａ、Ｂに示されるように、本実施の形態に係る面光源装置１００では、発光素子２２０の発光中心から出射された出射角度の小さい第１光線は、入射面３１０で入射した後、第１透過部３２１で中心軸ＣＡから離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材３００の外部に出射される。そして、光束制御部材３００から出射された光は、中心軸ＣＡから比較的近い光拡散板１２０上の位置に到達する。
　図７Ｂ～Ｄに示されるように、発光素子２２０の発光中心から第１光線より大きな角度で出射された第２光線は、入射面３１０で入射した後、全反射部３２２に到達する。第２光線は、全反射部３２２で環状溝３４０に向かって全反射され、さらに第１傾斜面３４４および第２傾斜面３４５で順次内部反射されて、第２透過部３２３から出射される。このとき、第２光線は、後述の比較例１に係る面光源装置５００における第２光線よりも広い範囲において光拡散板１２０に到達する。
　図８Ａ～Ｄに示されるように、発光素子２２０の発光中心から第２光線より大きな角度で出射された第３光線は、入射面３１０で入射した後、第２透過部３２３で中心軸ＣＡから離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材３００の外部に出射される。そして、光束制御部材３００から出射された光は、光拡散板１２０上の中心軸ＣＡから遠い位置に到達する。
　一方、図９Ａ～Ｄおよび図１０Ａ～Ｄに示されるように、比較例１に係る面光源装置５００では、第１光線は、入射面３１０で入射し、第１透過部３２１で中心軸ＣＡから離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材６００の外部に出射される。第２光線は、透過部で中心軸ＣＡからさらに離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材６００の外部に出射される。第３光線は、第２透過部６４２で中心軸ＣＡからさらに離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材６００の外部に出射される。このように、比較例１に係る面光源装置５００では、発光素子２２０から出射された光は、発光角度が大きくなるにつれて、中心軸から離れた位置に到達することがわかる。
　また、図１１Ａ～Ｄに示されるように、比較例２に係る面光源装置７００では、第１光線は、入射面３１０で入射し、第１透過部３２１で中心軸ＣＡから離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材８００の外部に出射される。第２光線は、全反射部３２２で全反射して、裏面３３０に向かって進行する。裏面３３０に到達した第２光線のうち、一部の第２光線は、裏面３３０で内部反射して第２透過部３２３から光束制御部材８００の上方に向かって出射される。なお、特に図示しないが、第３光線は、第２透過部３２３で中心軸ＣＡからさらに離れる方向に向かうように制御されて、光束制御部材８００の外部に出射される。このように、比較例２に係る面光源装置７００では、環状溝３４０が形成されていないため、全反射部３２２で全反射した光線のうち、一部の光線が直上に向かってしまうことが分かる。
　次に、面光源装置１００における光拡散板１２０上の輝度分布についてシミュレーションした。また、比較のため、比較例１にかかる面光源装置５００についても調べた。本シミュレーションでは、発光素子２２０の発光中心から出射され、光束制御部材３００、６００の光制御面から出射された直射光と、直射光以外の散乱光と、直射光および散乱光を合わせた全体光とについて輝度分布を調べた。
　図１２Ａは、本実施の形態に係る面光源装置１００における輝度分布を示すグラフであり、図１２Ｂは、比較例１に係る面光源装置５００における輝度分布を示すグラフである。図１２Ａ、Ｂの横軸は、中心軸ＣＡからの距離であり、縦軸は輝度である。Ｌ１は、全体光の結果を示しており、Ｌ２は、直射光の結果を示しており、Ｌ３は、散乱光の結果を示している。
　前述したように、比較例１に係る面光源装置５００では、発光素子２２０から出射され、入射面３１０で入射した光のうち、大部分の光は、光制御面から光束制御部材６００の外部に出射される（図６Ｂ参照）。光束制御部材６００では、光軸ＯＡ近傍の光を拡げて発光素子２２０直上の輝度を抑制しようとしても、拡げられた光線は遠方まで届かず、光軸ＯＡの近傍に輪帯状の明部を形成する。図１２Ｂの点線で囲まれた領域に示されるように、比較例１に係る面光源装置５００（比較例１では、基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈ＝１０ｍｍ）では、発光装置の光軸ＯＡからの距離１５ｍｍ付近において高い輝度を示していることからも明らかである。一方、本実施の形態に係る面光源装置１００では、直射光による面光源装置上の輝度（光軸ＯＡからの距離１５ｍｍ付近における輝度）は、比較例１に係る面光源装置５００よりも低いことがわかる。これは、本実施の形態に係る面光源装置１００では、光束制御部材３００が全反射部３２２を有しているため、発光装置２００の上方に抜けて、光軸ＯＡからの距離１５ｍｍ付近へ到達する光が少なくなったためと考えられる（図６Ａ参照）。
　前述したように、Ｈ＝１０ｍｍの場合には、光軸ＯＡからの距離１５ｍｍ付近に到達する光線によって明部が生じるが、基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈが大きくなった場合には、被照射面が遠くなることにより照射範囲が広がり、明部が目立たなくなる。本発明は、光制御面における屈折によって限界まで光を拡げても、基板２１０および光拡散板１２０の間隔Ｈが小さいために、拡げられた光が特定位置に集中して到達し、光拡散板上に明部を生成してしまうような場合に有効である。すなわち、本発明では、特定位置に集中しやすい光を光制御面において全反射し、一度、光束制御部材の裏面に形成された環状溝の第２内面へ戻し、光拡散板上の特定位置に光が集中しないように第２内面において再度反射させることで、明部の生成を抑制できる。
　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る発光装置２００は、第２光線が全反射部３２２を透過せずに全反射部３２２で全反射され、環状溝３４０の第２内面３４２でさらに内部反射して、第２透過部３２３から外部に出射される。このように、本実施の形態に係る発光装置２００は、従来の発光装置と比較して、発光装置２００の上方に抜けてしまう光線を側方に向かうように制御できるため、発光装置の直上の明部の発生を抑制でき、より広範囲に光線を到達させることができる。したがって、本実施の形態に係る発光装置２００を面光源装置１００に適用することで、面光源装置１００を薄型化したり、発光装置２００の数を減らしたりできる。
　［実施の形態２］
　（面光源装置の構成）
　実施の形態２に係る面光源装置は、光束制御部材４００の構成のみが実施の形態１の面光源装置１００と異なる。そこで、光束制御部材４００のみについて説明する。また、実施の形態１の光束制御部材３００と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。
　図１３は、本発明の実施の形態２に係る面光源装置の光束制御部材４００を裏面側から見た斜視図である。図１４Ａは、光束制御部材４００の平面図であり、図１４Ｂは、底面図であり、図１４Ｃは、正面図であり、図１４Ｄは、図１４Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。
　実施の形態２に係る面光源装置の光束制御部材４００は、入射面３１０と、光制御面３２０と、裏面３３０と、環状溝４４０とを有する。環状溝４４０は、第１内面３４１および第２内面４４２を有する。第２内面４４２には、複数の凸条３４３が形成されていない。すなわち、本実施の形態では、第２内面４４２は、円錐台の側面の形状に形成されている。
　また、特に図示しないが、実施の形態２に係る面光源装置における光路図は、実施の形態１に係る面光源装置１００における光路図とほぼ同じであった。
　（効果）
　実施の形態２に係る面光源装置は、実施の形態１と同様の効果を有する。
　本出願は、２０１７年２月２７日出願の特願２０１７－０３４７４０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。
　本発明に係る発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。
　１００、５００、７００　面光源装置
　１００’　表示装置
　１０７　被照射面
　１１０　筐体
　１１２　底板
　１１４　天板
　１２０　光拡散板
　２００　発光装置
　２１０　基板
　２２０　発光素子
　３００、４００、６００、８００　光束制御部材
　３０５　凹部
　３１０　入射面
　３２０　光制御面
　３２１　第１透過部
　３２２　全反射部
　３２３　第２透過部
　３３０　裏面
　３４０、４４０　環状溝
　３４１　第１内面
　３４２、４４２　第２内面
　３４３　凸条
　３４４　第１傾斜面
　３４５　第２傾斜面
　３４６　稜線
　３５０　鍔部
　ＣＡ　光束制御部材の中心軸
　ＯＡ　発光素子の光軸

Claims (6)

  1. 　発光素子と、前記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とを有し、前記発光素子の光軸および前記光束制御部材の中心軸が一致した発光装置であって、
    　前記光束制御部材は、
    　前記中心軸と交わるように裏側に向けて開口した凹部の内面であって、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、
    　前記中心軸と交わるように表側に配置され、前記入射面で入射した光の配光を制御する光制御面と、
    　前記凹部の開口縁部を取り囲むように裏側に配置された裏面と、
    　前記凹部の開口縁部を取り囲むように前記裏面に形成された円環状の環状溝と、を有し、
    　前記環状溝は、
    　前記中心軸側に配置された第１内面と、
    　前記第１内面より前記中心軸から離れて配置された第２内面と、を含み、
    　前記光制御面は、
    　前記中心軸と交わるように配置され、前記発光素子の発光中心から出射された第１光線を透過させる第１透過部と、
    　前記第１透過部を取り囲むように前記第１透過部に連続して配置され、前記発光中心から前記光軸に対して前記第１光線より大きな角度で出射された第２光線を前記第２内面に向けて全反射させる全反射部と、
    　前記全反射部を取り囲むように前記全反射部に連続して配置され、前記発光中心から前記光軸に対して前記第２光線より大きな角度で出射された第３光線と、前記全反射部および前記第２内面で順次反射した第２光線とを透過させる第２透過部とを含む、
    　発光装置。
  2. 　前記第２内面には、第１傾斜面と、第２傾斜面と、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面の間に配置された稜線と、を有し、前記稜線が前記中心軸から離れるにつれて裏側に向かって傾斜した複数の凸条が、前記中心軸に対して回転対称となるように配置されており、
    　前記全反射部で全反射した第２光線は、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面で順次反射した後に、前記第２透過部から前記光束制御部材の外部に出射される、
    　請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記光束制御部材の材料の屈折率は、１．５５以上である、請求項１または請求項２に記載の発光装置。
  4. 　前記光束制御部材は、ポリカーボネート製である、請求項３に記載の発光装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の複数の発光装置と、
    　前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、
    　を有する、面光源装置。
  6. 　請求項５に記載の面光源装置と、
    　前記面光源装置から出射された光を照射される被照射部材と、
    　を有する、表示装置。
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