WO2018194118A1

WO2018194118A1 - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置

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Publication number: WO2018194118A1
Application number: PCT/JP2018/016106
Authority: WO
Inventors: 俊彦持田
Original assignee: 株式会社エンプラス
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN110537054A; JP2018181726A; US10900636B2; US20200141557A1; CN110537054B

Abstract

光束制御部材は、入射面と、出射面と、複数の凸条とを有する。複数の凸条は、中心軸に対して略垂直に配置されている。入射面の中心軸に垂直な断面が楕円形状であるときには、複数の凸条の少なくとも一部は、当該楕円の短軸方向において凹部の外側に、短軸方向に沿って配置されている。出射面の断面が楕円形状であるときには、複数の凸条の少なくとも一部は、当該楕円の長軸方向において凹部の外側に、長軸方向に沿って配置されている。

Description

光束制御部材、発光装置、面光源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、当該光束制御部材を有する発光装置、面光源装置および表示装置に関する。

　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直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されるようになってきている。

　たとえば、直下型の面光源装置は、基板と、複数の発光素子と、複数の光束制御部材（レンズ）と、光拡散部材とを有する。発光素子は、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。複数の発光素子は、基板上にマトリックス状に配置されている。各発光素子の上には、各発光素子から出射された光を基板の面方向に拡げる光束制御部材が配置されている。光束制御部材から出射された光は、光拡散部材により拡散され、被照射部材（例えば液晶パネル）を面状に照らす。

　図１Ａ～Ｃは、従来の光束制御部材の構成を示す図である。図１Ａは、裏側から見た斜視図であり、図１Ｂは、裏側から見た断面斜視図であり、図１Ｃは、断面図である。なお、図１Ａ、Ｂでは、裏側に配置された脚部を省略している。図１Ａ～Ｃに示されるように、従来の光束制御部材２０は、入射面２２と、出射面２４とを有する。入射面２２は、発光素子と対向して配置された裏面に形成された第１凹部の内面であって、発光素子から出射された光を入射させる。出射面２４は、入射面２２の反対側に配置されており、入射面２２で入射した光を外部に出射させる。

　図２Ａ、Ｂは、光束制御部材２０の光路図である。図２Ａは、出射角３０°で発光素子１０の発光面の中心から出射された光線の光路図であり、図２Ｂは、出射角４０°で発光素子１０の発光面の中心から出射された光線の光路図である。ここで「出射角」とは、発光素子１０の光軸ＯＡに対する、出射された光線の角度（図２Ａのθ）を意味する。なお、図２Ａ、Ｂでも、裏側に配置された脚部を省略している。

　図２Ａ、Ｂに示されるように、発光素子１０から出射された光は、入射面２２で光束制御部材２０の内部に入射する。光束制御部材２０の内部に入射した光は、出射面２４に到達する。出射面２４に到達した光のうち、大部分の光は、出射面２４から外部に出射される（実線の矢印）。このとき、出射面２４から出射される光は、出射面２４で屈折して出射され、その進行方向が制御される。一方、出射面２４に到達した光のうち、他の一部の光は、出射面２４で反射し（フレネル反射）、裏面２６に到達する（破線の矢印）。裏面２６に到達した光のうち、一部の光が裏面２６で内部反射した場合、光束制御部材２０の直上に向かう光量が過剰になってしまうため、発光装置から照射される光の輝度に不均一な分布（輝度ムラ）が生じてしまう。また、裏面２６に到達した光が裏面２６から出射された場合、出射された光の一部は基板に吸収されてしまうため、光の利用効率が低下してしまい、出射された光の他の一部は基板で反射されて制御できない光となるため、配光特性が低下してしまう。そこで、特許文献１では、このような問題を解決できる光束制御部材が提案されている。

　図３Ａ～Ｃは、特許文献１に記載の光束制御部材３０の構成を示す図である。図３Ａは、裏側から見た斜視図であり、図３Ｂは、裏側から見た断面斜視図であり、図３Ｃは、断面図である。なお、図３Ａ、Ｂでは、裏側に配置された脚部を省略している。図３Ａ～Ｃに示されるように、特許文献１に記載の光束制御部材３０では、傾斜面３２を外側に有し、中心軸ＣＡと略平行な面３４を内側に有する第２凹部が裏面２６に形成されている。傾斜面３２は、光束制御部材３０の中心軸ＣＡに対して回転対称（円対称）であり、かつ中心軸ＣＡに直交する仮想線に対して所定の角度（例えば４５°）で傾斜している。

　図４Ａ、Ｂは、光束制御部材３０の光路図である。図４Ａは、出射角３０°で発光素子１０の発光面の中心から出射された光線の光路図であり、図４Ｂは、出射角４０°で発光素子１０の発光面の中心から出射された光線の光路図である。なお、図４Ａ、Ｂでも、裏側に配置された脚部を省略している。図４Ａ、Ｂに示されるように、出射面２４で内部反射した光は、裏面２６上の所定の領域に到達する。上記所定の領域に傾斜面３２を形成することで、傾斜面３２に到達した光のうち、少なくとも一部の光を側方方向に向けて反射させることができる。

　このように、特許文献１に記載の光束制御部材３０では、出射面２４で内部反射した光が、光束制御部材３０の直上に向かいにくくなるとともに、基板に吸収されにくくなる。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材３０を有する発光装置は、従来の光束制御部材２０を有する発光装置に比べて、均一にかつ効率よく光を照射することができる。

　また、近年、照明用の光源として、チップ・オン・ボード（ＣＯＢ）型のＬＥＤが、実装の容易さおよび発光効率の高さから用いられている。ＣＯＢ型のＬＥＤは、上方方向への光の出射に加えて、従来のＬＥＤよりも多くの光を側方方向へも出射することが知られている。

特開２０１１－２３２０４号公報

　特許文献１に記載の面光源装置の発光素子としてＣＯＢ型のＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの側方方向に出射される光を入射面２２から光束制御部材の内部へ多く入射させる観点から、光束制御部材は、光束制御部材の裏面が発光素子の上面よりも低くなるように配置されることがある。このとき、発光素子の側方方向に出射され、入射面２２の下部で光束制御部材の内部に入射した光は、光束制御部材の内部を伝播し、前記第２凹部を形成する内側の面３４に到達する。この光は、前記内側の面３４を透過するとともに、面３４の表面状態によっては散乱する。さらに、面３４を透過した光の大部分は、傾斜面３２で屈折して、光束制御部材の上部近傍に向かって進行する（図５参照）。このように、特許文献１に記載の面光源装置にＣＯＢ型のＬＥＤを用いた場合、この内側の面３４での散乱および傾斜面３２での屈折により、発光装置の上部近傍に向かう光が過剰になってしまうため、光束制御部材の上部近傍に円環状に輝度の高い領域ができて、輝度ムラが生じてしまう。また、光束制御部材の裏面が発光素子の上面より高くなるように配置される場合であっても、前記第１凹部の外縁付近から入射した光が屈折によって前記第２凹部を形成する内側の面３４に到達する場合がある。

　本発明の目的は、ＣＯＢ型のＬＥＤなどの、側方方向に光を多く出射する発光素子と組みあわせて用いた場合でも、光束制御部材から出射される光に輝度ムラを生じさせにくい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、当該光束制御部材を有する発光装置、面光源装置および表示装置を提供することでもある。

　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、前記光束制御部材の中心軸と交わるように裏側に配置され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を外部に出射させる出射面と、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それぞれ含み、裏側に配置された複数の凸条と、を有し、前記複数の凸条は、前記中心軸に対して略垂直に配置されている。

　本発明の発光装置は、基板と、前記基板上に配置された発光素子と、前記基板上に配置された本発明の光束制御部材と、を有する。

　本発明の面光源装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置から出射された光を拡散させつつ透過させる光拡散部材と、を有する。

　本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材と、を有する。

　本発明の光束制御部材は、ＣＯＢ型のＬＥＤなどの、側方方向に光を多く出射する発光素子と組み合わせた場合でも、出射される光に輝度ムラを生じさせにくい。

　また、本発明の発光装置、面光源装置および表示装置は、上記輝度ムラを生じさせにくい光束制御部材を含むため、出射される光に輝度ムラを生じさせにくい。

図１Ａ～Ｃは、従来の光束制御部材の構成を示す図である。図２Ａ、Ｂは、従来の光束制御部材の光路図である。図３Ａ～Ｃは、特許文献１に記載の光束制御部材の構成を示す図である。図４Ａ、Ｂは、特許文献１に記載の光束制御部材の光路図である。図５は、特許文献１に記載の光束制御部材の別の光路図である。図６Ａ、Ｂは、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７Ａ、Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す断面図である。図８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９は、実施の形態１に係る光束制御部材を裏側からみた斜視図である。図１０Ａ～Ｅ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１１は、シミュレーション条件を説明するための図である。図１２Ａ～Ｆは、シミュレーションに使用した３種類の光束制御部材の構成を示す図である。図１３Ａ～Ｃは、３種類の光束制御部材におけるシミュレーションの結果を示すグラフである。図１４は、実施の形態１に係る光束制御部材における光路図である。図１５Ａ～Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材における他の光路図である。図１６は、比較例２の光束制御部材における光路図である。図１７Ａ～Ｃは、比較例２の光束制御部材における他の光路図である。図１８Ａ、Ｂは、実施の形態１の変形例に係る光束制御部材の底面図である。図１９Ａは、実施の形態２に係る面光源装置の部分拡大断面図であり、図１９Ｂは、反射抑制部を説明するための図である。

　以下、本実施の形態に係る光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置について、図面を参照して説明する。以下の説明では、本実施の形態に係る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面光源装置について説明する。

　［実施の形態１］
　（面光源装置および発光装置の構成）
　図６～図８は、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６Ａは、実施の形態１に係る面光源装置１００の平面図であり、図６Ｂは、正面図である。図７Ａは、図６Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図７Ｂは、図６Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。図８は、面光源装置１００の部分拡大断面図である。

　図６Ａ、Ｂ、図７Ａ、Ｂおよび図８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１２０とを有する。本実施の形態に係る面光源装置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６Ｂ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６Ｂ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。

　複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上にマトリックス状に、または一列に配置されている。底板１１２の内面は、拡散反射面として機能する。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をマトリックス状に配置する場合の第１の方向（図７Ａに示すＸ方向）における発光装置２００の中心間距離（ピッチ）と、第１の方向に直交する第２の方向（図７Ａに示すＹ方向）における発光装置２００の中心間距離（ピッチ）との比率は、たとえば１：４程度である。このように、本実施の形態では、第１の方向における発光装置２００のピッチと、第２の方向における発光装置２００のピッチとが異なっても、被照射部材を均一に照らすことができる。このように第１の方向におけるピッチと第２の方向におけるピッチとが異なる場合、発光装置２００により照らされる被照射領域の形状は、略楕円形状であることが好ましい。この場合、楕円の長軸が、第１の方向と第２の方向のうちのピッチが大きい方向に沿うことが好ましい。複数の発光装置２００を筐体１１０の底板１１２上に一列に配置し、複数の発光装置２００列に直交する方向における筐体１１０の端部と発光装置２００の中心までの距離が隣接する発光装置２００間距離よりも長い場合には、楕円の長軸が、複数の発光装置２００列に直交する方向に沿うことが好ましい。

　複数の発光装置２００は、それぞれ筐体１１０の底板１１２上の所定の位置に固定されている。図８に示されるように、複数の発光装置２００は、それぞれ基板２１０と、発光素子２２０と、光束制御部材３００とを有する。

　基板２１０は、発光素子２２０および光束制御部材３００を支持する板状の部材である。基板２１０は、底板１１２の上に所定の間隔となるように配置されている。

　発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に配置されている。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。本実施の形態では、発光素子２２０は、実装が容易であり、かつ、発光効率が高い観点から、チップ・オン・ボード（ＣＯＢ）型のＬＥＤであることが好ましい。

　ＣＯＢ型のＬＥＤは、従来のＬＥＤよりも多くの光を側方方向に出射することが知られている。ＣＯＢ型のＬＥＤなどの発光素子２２０では、側方方向に多くの光を出射するため、発光素子２２０の側面方向に出射する光をより多く光束制御部材３００に入射させる必要がある。よって、発光素子２２０は、その上面が後述の第１凹部３１０の下端（開口縁部）よりも鉛直方向上方に位置するように配置されることが好ましい。

　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に一致するように、発光素子２２０の上に配置されている（図８参照）。なお、「光束制御部材３００の中心軸ＣＡ」とは、光束制御部材３００の回転中心を通る直線を意味する。なお、本実施の形態に係る光束制御部材３００では、回転対称（二回対称）であるため、光束制御部材３００の中心軸ＣＡは、第１の方向における光束制御部材３００の中点と一致し、かつ第２の方向における光束制御部材３００の中点と一致する。また、「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。

　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よい。たとえば、光束制御部材３００の材料は、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、またはガラスである。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と略平行に空気層を介して配置されている。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の広範囲を照らすように拡げられる。各光束制御部材３００から出射された光は、さらに光拡散板１２０により拡散される。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９および図１０Ａ～Ｅは、実施の形態１に係る光束制御部材３００の構成を示す図である。図９は、光束制御部材３００を裏側（基板２１０側）から見た斜視図である。図１０Ａは、光束制御部材３００の平面図であり、図１０Ｂは、底面図であり、図１０Ｃは、正面図であり、図１０Ｄは、左側面図であり、図１０Ｅは、図１０Ａに示されるＡ－Ａ線の断面図である。

　図９および図１０Ａ～Ｅに示されるように、光束制御部材３００は、入射面３１０と、出射面３２０と、複数の凸条３３０と、を有する。なお、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を有していてもよい。さらに、光束制御部材３００は、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を有していてもよい。図に示した脚部は、裏面３０５から柱状に突出して形成され、入射面３１０の凹部３０７から遠くに位置する柱状の側面には凹曲面が形成され、光束制御部材３００内を経由して凹曲面に到達した光が屈折して拡げられて出射される。

　入射面３１０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わるように裏側の中央部に配置された凹部３０７の内面である。凹部３０７は、発光素子２２０の光軸ＯＡ（光束制御部材３００の中心軸ＣＡ）と交わるように配置されている。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の中心軸ＣＡに垂直な断面は、楕円形状であってもよいし、円形状であってもよい。本実施の形態では、入射面３１０の中心軸ＣＡに垂直な断面は、楕円形状である。また、入射面３１０は、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡから離れるにつれて、裏面３０５に近づくように形成されている。入射面３１０は、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（２回対称）である。なお、以下の説明では、「中心軸ＣＡに垂直な断面」を単に「水平断面」ともいう。

　裏面３０５は、光束制御部材３００の裏側に位置し、凹部３０７の開口縁部から径方向に延在する平面である。

　出射面３２０は、光束制御部材３００の表側（光拡散板１２０側）に、鍔部から突出するように配置されている。出射面３２０は、光束制御部材３００内に入射した光を、進行方向を制御しつつ外部に出射させる。出射面３２０は、中心軸ＣＡと交わるように配置されている。入射面３１０の水平断面が楕円形状の場合、出射面３２０の水平断面は、楕円形状または円形状である。また、入射面３１０の水平断面が円形状の場合、出射面３２０の水平断面は、楕円形状である。すなわち、入射面３１０の水平断面および出射面３２０の水平断面の少なくとも一方は、楕円形状である。本実施の形態では、入射面３１０の水平断面および出射面３２０の水平断面は、いずれも楕円形状である。また、本実施の形態では、入射面３１０の水平断面における楕円の長軸は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸と平行である。

　出射面３２０は、中心軸ＣＡを中心とする所定範囲に位置する第１出射面３２０ａと、第１出射面３２０ａの周囲に連続して形成される第２出射面３２０ｂと、第２出射面３２０ｂと鍔部とを接続する第３出射面３２０ｃとを有する（図１０Ｃ参照）。本実施形態において、第１出射面３２０ａは、裏側に凸の曲面である。ただし、出射面３２０の水平断面が楕円形状である場合には、短軸に沿った断面において、必ずしも第１出射面３２０ａは裏側に凸の曲面でなくてもよい。短軸に沿った方向における発光装置２００の配列（ピッチ）によって裏側への凸度合いが調整される。第２出射面３２０ｂは、第１出射面３２０ａの周囲に位置する、表側に凸の滑らかな曲面である。第２出射面３２０ｂの形状は、楕円の環状の凸形状である。第３出射面３２０ｃは、第２出射面３２０ｂの周囲に位置する曲面である。図１０Ｃに示されるように、中心軸ＣＡを含む断面において、第３出射面３２０ｃの断面は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。

　複数の凸条３３０は、光束制御部材３００の裏側に配置されている。凸条３３０は、出射面３２０で内部反射した光を反射させる。各凸条３３０は、第１傾斜面３３１と、第２傾斜面３３２と、第１傾斜面３３１および第２傾斜面３３２の間に配置された稜線３３３とを有している。凸条３３０の稜線３３３に垂直な断面形状の例には、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３３１および第２傾斜３３２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３３０の稜線３３３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３３１および第２傾斜面３３２は、稜線３３３で接続されている。また、各凸条３３０は、中心軸ＣＡに対して略垂直となるように配置されている。ここで「中心軸ＣＡに対して略垂直」とは、中心軸ＣＡを含む断面において、中心軸ＣＡと稜線３３３の延長線とのなす角度が８８～９２°の範囲内であることを意味する。各凸条３３０は、全反射プリズムのように機能する。

　前述したように、入射面３１０の水平断面は、楕円形状である。複数の凸条３３０の少なくとも一部は、当該楕円の短軸方向において凹部３０７の外側に、短軸方向に沿って配置されている。ここで、「短軸方向に沿って」とは、凸条３３０の稜線３３３が短軸と平行な場合のみならず、短軸の延長線と凸条３３０の稜線３３３の延長線とのなす角度が０～５°の範囲内の場合を含む概念である。本実施の形態では、複数の凸条３３０は、光束制御部材３００の裏側の外縁部に、中心軸ＣＡを中心として放射状に配置されている。すなわち、本実施の形態では、凹部３０７を取り囲むように裏面３０５が配置されており、裏面３０５を取り囲むように複数の凸条３３０が配置されている。ここで「複数の凸条３３０が中心軸ＣＡを中心として放射状に配置」とは、稜線３３３の延長線が中心軸ＣＡに交差するように、複数の凸条３３０がそれぞれ配置されていることを意味する。

　また、出射面３２０の水平断面が楕円形状の場合、複数の凸条３３０の少なくとも一部は、当該楕円の長軸方向において凹部３０７の外側に、長軸方向に沿って配置されている。ここで、「長軸方向に沿って」とは、凸条３３０の稜線３３３が長軸と平行な場合のみならず、長軸の延長線と凸条３３０の稜線３３３の延長線とのなす角度が０～５°の範囲内の場合を含む概念である。本実施の形態では、複数の凸条３３０は、光束制御部材３００の裏側の外縁部に、中心軸ＣＡを中心として放射状に配置される。すなわち、凹部３０７を取り囲むように裏面３０５が配置されており、裏面３０５を取り囲むように複数の凸条３３０が配置される。

　（光束制御部材の配光特性のシミュレーション）
　本発明の光束制御部材３００の配光特性についてシミュレーションを行った。図１１は、シミュレーション条件を説明するための図である。

　図１１に示されるように、原点Ｏから角度（θ，φ）で光線が出射されるものと仮定した。角度θは、ｚ軸に対する光線の角度である。また、角度φは、ｘｙ平面の第１象限におけるｘ軸に対する光線の角度である。発光素子の発光面がｘｙ平面と一致するように、発光素子を配置したものと仮定した。光束制御部材は、ｘｙ平面上に、その中心軸ＣＡがｚ軸と合致し、かつ出射面の水平断面の楕円の短軸がｘ軸に平行となり、出射面の水平断面の楕円の長軸がｙ軸に平行となるように配置したものと仮定した。また、光束制御部材は、入射面の下端がｘｙ平面から０．０３ｍｍの位置に位置するように配置したものと仮定した。光束制御部材の出射面の最大外径は２１．０ｍｍ、入射面の最大外径は４．５ｍｍ、最大高さは（光束制御部材の裏面からの高さ）は、６．３５ｍｍである。また、ｘｙ平面からｚ軸方向に３０ｍｍ離れて位置するｘｙ平面に平行な面（ｘ’ｙ’面）を被照射面と仮定した。

　シミュレーションでは、角度φ（φ＝４５°）において角度θ（θ＝２０°、３０°、４０°、４５°、５０°、６０°、７０°、８０°）を変化させた場合に、光素子から出射され、入射面で入射し、出射面で内部反射した光線が被照射面のどの位置に到達するかを調べた。

　図１２Ａ～Ｆは、シミュレーションに使用した３種類の光束制御部材の構成を示す図である。図１２Ａ、Ｃ、Ｅは、それぞれ光束制御部材の底面図であり、図１２Ｂ、Ｄ、Ｆは、それぞれ中心軸を含む断面図である。

　図１２Ａ、Ｂに示される光束制御部材は、本実施の形態に係る光束制御部材３００である。図１２Ｃ、Ｄに示される光束制御部材は、裏側に凹部３０７Ａを取り囲むように環状溝３０８Ａが形成された、比較例１の光束制御部材３００Ａである。図１２Ｅ、Ｆに示される光束制御部材は、裏側に凹部３０７Ｂを取り囲むように環状溝３０８Ｂが形成され、環状溝３０８Ｂの外側の面に放射状に凸条３３０Ｂが形成された、比較例２の光束制御部材３００Ｂである。

　図１３Ａ～Ｃは、シミュレーションの結果を示すグラフである。これらのグラフは、被照射面（図１１に示されるｘ’ｙ’平面）における各光線（φ＝４５°で一定、θ＝２０°、３０°、４０°、４５°、５０°、６０°、７０°、８０°）の到達位置を示している。図１３Ａは、本実施の形態に係る光束制御部材３００におけるシミュレーションの結果である。図１３Ｂは、比較例１の光束制御部材３００Ａにおけるシミュレーションの結果である。図１３Ｃは、比較例２の光束制御部材３００Ｂにおけるシミュレーションの結果である。図１３Ａ～Ｃの横軸は、被照射面（ｘ’ｙ’面）における中心軸ＣＡからＸ方向への距離（ｍｍ）を示している。縦軸は、被照射面（ｘ’ｙ’面）における中心軸ＣＡからＹ方向への距離（ｍｍ）を示している。なお、比較例２のφ＝４５°、θ＝３０°の光線は、設定した被照射面よりも遠くに進行したため、図１３Ｃには示していない。

　図１３Ａ～Ｃに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材３００は、比較例１の光束制御部材３００Ａおよび比較例２の光束制御部材３００Ｂと比較して、発光素子２２０から出射され、出射面３２０で内部反射した光が集光しづらいことが分かった。これは、特に発光素子２２０から大きな出射角度で出射され、出射面３２０で内部反射した光は、凸条３３０に対して大きい角度で凸条３３０に入射し、凸条３３０でさらに内部反射する。そして、光軸ＯＡに対して大きな角度を維持したまま、光束制御部材３００の外部に出射される（図１４参照）ためだと考えられる。

　次に、本実施の形態に係る光束制御部材３００と、比較例２の光束制御部材３００Ｂとの光路の一例について説明する。図１４および図１５は、本実施の形態に係る光束制御部材３００における光路の一例を示しており、図１６および図１７は、比較例２の光束制御部材３００Ｂにおける光路の一例を示している。図１４は、前述の図１１におけるθ＝７０°、φ＝９０°の光線の光路を示している。すなわち、図１４は、出射面３２０の水平断面における楕円の長軸方向に出射された光線における光路図である。また、図１５は、前述の図１１におけるθ＝４４．７４°、φ＝５０．５６°の光線の光路を示している。一方、図１６は、θ＝７０°、φ＝９０°の光線の光路を示している。すなわち、図１６は、出射面３２０の水平断面における楕円の長軸方向に出射された光線における光路図である。図１７は、前述の図１１におけるθ＝４４．７４°、φ＝５０．５６°の光線の光路を示している。なお、図１４、図１５Ａ、Ｂ、図１６および図１７Ａ、Ｂでは、光路を示すため、ハッチングを省略している。

　図１４に示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材３００では、発光素子２２０から、光束制御部材３００の長軸方向に向けて出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０で入射して、出射面３２０で内部反射する。出射面３２０で内部反射した光線は、凸条３３０で再度内部反射する。凸条３３０で内部反射した光線は、出射面３２０で内部反射した後、光束制御部材３００の裏側から出射される。光束制御部材３００の裏側から出射された光線は、凸条３００から再度光束制御部材３００の内部に入射して、発光素子２２０から出射された方向と反対側の方向に出射される。

　また、図１５Ａ～Ｃに示されるように、発光素子２２０から出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０で入射して、出射面３２０のａ地点で内部反射する。出射面３２０で内部反射した光線は、凸条のｂ地点でさらに進行方向を変えて内部反射される。凸条のｂ地点で内部反射した光は、出射面３２０のｃ地点から光束制御部材３００の側方に向けて出射される。

　図１６に示されるように、比較例２に係る光束制御部材３００Ｂでは、発光素子２２０から出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０Ｂで入射して、出射面３２０Ｂで内部反射する。出射面３２０Ｂで内部反射した光線は、凸条３３０Ｂで再度内部反射する。凸条３３０Ｂで内部反射した光線は、出射面３２０Ｂで内部反射した後、光束制御部材３００Ｂの裏側から出射される。光束制御部材３００Ｂの裏側から出射された光線は、凸条３３０Ｂから再度光束制御部材３００Ｂの内部に入射して、出射面３２０Ｂから光束制御部材３００Ｂの直上に向けて出射される。

　また、図１７Ａ～Ｃに示されるように、発光素子２２０から出射された光線のうち、一部の光線は、入射面３１０Ｂで入射して、出射面３２０Ｂのａ地点で内部反射する。出射面３２０Ｂで内部反射した光線は、環状溝の凸条３３０Ｂのｂ地点から光束制御部材３００Ｂの外部に出射される。光束制御部材３００Ｂの裏側から出射された光線は、環状溝から再度光束制御部材３００Ｂの内部に入射して、出射面３２０Ｂのｃ地点から光束制御部材３００Ｂの直上部に向けて出射される。

　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る面光源装置１００では、光束制御部材３００の凸条３３０が中心軸ＣＡに略垂直な方向に延在している。よって、発光素子２２０から大きな角度で出射され、出射面３２０で内部反射した光のうち、一部の光が大きな出射角度を維持したまま出射面３２０から出射されるため、輝度ムラが生じにくい。

　［変形例］
　次に、本実施の形態の変形例について、図１８を参照して説明する。変形例に係る面光源装置は、光束制御部材４００、５００の構造のみが面光源装置１００と異なる。そこで、本実施の形態では、主として光束制御部材４００、５００について説明する。なお、面光源装置１００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１８Ａ、Ｂは、変形例に係る面光源装置の光束制御部材４００、５００の底面図である。図１８Ａは、変形例に係る光束制御部材４００の底面図であり、図１８Ｂは、他の変形例に係る光束制御部材５００の底面図である。

　図１８Ａに示されるように、変形例に係る光束制御部材４００も、入射面３１０の水平断面における楕円の長軸は、出射面３２０の水平断面における楕円の短軸と平行である。複数の凸条４３０は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸方向において凹部３０７の外側に、短軸方向に沿って配置されている。また、複数の凸条４３０は、出射面３２０の水平断面における楕円の長軸方向において凹部３０７の外側に、長軸方向に沿って配置されているともいえる。より具体的には、すべての凸条３３０は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸、および出射面３２０の水平断面における楕円の長軸と平行となるように配置されている。また、複数の凸条４３０は、光束制御部材４００の裏側の外縁部であって、かつ入射面３１０に対して、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸方向（出射面３２０の水平断面における楕円の長軸方向）に位置する領域のみに形成されている。

　また、図１８Ｂに示されるように、他の変形例に係る光束制御部材５００も、入射面３１０の水平断面における楕円の長軸は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸と平行である。複数の凸条５３０は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸方向および長軸方向において凹部３０７の外側に、短軸方向および長軸方向に沿って配置されている。また、複数の凸条５３０は、出射面３２０の水平断面における楕円の短軸方向および長軸方向において凹部３０７の外側に、長軸方向および長軸方向に沿って配置されているともいえる。より具体的には、すべての凸条５３０は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸、および出射面３２０の水平断面における楕円の長軸と平行となるように配置されているとともに、入射面３１０の水平断面における楕円の長軸、および出射面３２０の水平断面における楕円の短軸と平行となるように配置されている。また、複数の凸条５３０は、光束制御部材５００の裏側の外縁部であって、かつ入射面３１０に対して、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸方向（出射面３２０の水平断面における楕円の長軸方向）に位置する領域と、入射面３１０の水平断面における楕円の長軸方向（出射面３２０の水平断面における楕円の短軸方向）に位置する領域と、にのみに形成されている。

　［実施の形態２］
　実施の形態２に係る面光源装置は、発光装置６００の構成のみが実施の形態１に係る面光源装置１００と異なる。そこで、面光源装置１００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１９Ａ、Ｂは、実施の形態２に係る面光源装置の発光装置６００の構成を示す図である。図１９Ａは、実施の形態２に係る発光装置の部分拡大断面図であり、図１９Ｂは、反射抑制部６１０を説明するための模式図である。

　図１９Ａ、Ｂに示されるように、実施の形態２に係る発光装置６００は、それぞれ基板２１０と、発光素子２２０と、光束制御部材３００とに加え、反射抑制部６１０をさらに有する。

　反射抑制部６１０は、基板２１０上に配置されている。反射抑制部６１０は、発光素子２２０から出射され、光束制御部材３００の出射面３２０で内部反射し、凸条３３０から基板２１０に向けて出射された光が再度凸条３３０（光束制御部材３００）に向かって反射することを抑制する。反射抑制部６１０の構成は、上記の機能を発揮できれば適宜に選択できる。反射抑制部６１０は、基板２１０の表面の一部に配置された黒塗りされた領域であってもよいし、基板２１０の一部に配置された粗面化された領域であってもよい。本実施の形態では、反射抑制部６１０は、基板２１０の表面の一部に配置された黒塗りされた領域である。また、反射抑制部６１０の平面視形状も、上記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、反射抑制部６１０の平面視形状は、矩形である。

　本実施の形態のように、入射面３１０の水平断面が楕円であるため、楕円の長軸方向における入射面３１０の端部の曲率は、楕円の短軸方向における入射面３１０の端部の曲率より大きい。これにより、発光素子２２０から出射された光線は、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸に向けて集光するように屈折する。また、出射面３２０の水平断面も楕円であり、かつ入射面３１０の水平断面における楕円の長軸と、出射面３２０の水平断面における楕円の短軸とが平行となるように配置されている。これにより、発光素子２２０から出射された光線は、出射面３２０の水平断面における楕円の長軸に向けて集光するように出射面３２０で反射する。このように、入射面３１０の水平断面および／または出射面３２０の水平断面が楕円形状の場合、発光素子２２０から出射された光線は、基板２１０の所定の領域に集まりやすい。そこで、このように集まった光線の反射を抑制すべく、反射抑制部６１０は、入射面３１０の水平断面が楕円形状であるときには、入射面３１０の水平断面における楕円の短軸方向であって、凹部３０７より外側の基板２１０上に配置されている。また、出射面３２０の水平断面が楕円形状であるときには、出射面３２０の水平断面における楕円の長軸方向であって、凹部３０７より外側の基板２１０上に配置されている。

　（効果）
　以上のように、本実施の形態に係る面光源装置は、反射抑制部６１０をさらに有しているため、実施の形態１の効果に加え、基板２１０に到達した光線の反射を抑制できる。よって、本実施の形態に係る面光源装置は、さらに輝度ムラを生じさせない。

　なお、前述した実施の形態１、２では、入射面３１０の水平断面および出射面３２０の水平断面は、いずれも楕円形状であるが、入射面３１０の水平断面が楕円形状であって、出射面３２０の水平断面が円形状であってもよい。また、入射面３１０の水平断面が円形状であって、出射面３２０の水平断面が円形状であってもよい。

　本出願は、２０１７年４月１９日出願の特願２０１７－０８２８２０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、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。

　１０　発光素子
　２０、３０　光束制御部材
　２２　入射面
　２４　出射面
　２６　裏面
　３２　傾斜面
　３４　中心軸に対して略平行な面
　１００　面光源装置
　１０７　表示部材
　１１０　筐体
　１１２　底板
　１１４　天板
　１２０　光拡散板
　２００、６００　発光装置
　２１０、２１０Ｂ　基板
　２２０　発光素子
　３００、３００Ａ、３００Ｂ、４００、５００　光束制御部材
　３０５　裏面
　３０７、３０７Ａ、３０７Ｂ　凹部
　３０８Ａ、３０８Ｂ　環状溝
　３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ　入射面
　３２０、３２０Ａ、３２０Ｂ　出射面
　３２０ａ　第１出射面
　３２０ｂ　第２出射面
　３２０ｃ　第３出射面
　３３０、３３０Ｂ、４３０、５３０　凸条
　３３１　第１傾斜面
　３３２　第２傾斜面
　３３３　稜線
　６１０　反射制御部
　ＣＡ　光束制御部材の中心軸
　ＯＡ　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、
　前記光束制御部材の中心軸と交わるように裏側に配置され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を外部に出射させる出射面と、
　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それぞれ含み、裏側に配置された複数の凸条と、を有し、
　前記複数の凸条は、前記中心軸に対して略垂直に配置されている、
　光束制御部材。
　前記入射面および前記出射面の少なくとも一方は、前記中心軸に垂直な断面が楕円形状であり、
　前記複数の凸条の少なくとも一部は、
　前記入射面の前記断面が楕円形状であるときには、当該楕円の短軸方向において前記凹部の外側に、前記短軸方向に沿って配置されており、
　前記出射面の前記断面が楕円形状であるときには、当該楕円の長軸方向において前記凹部の外側に、前記長軸方向に沿って配置されている、
　請求項１に記載の光束制御部材。
　前記入射面の前記断面および前記出射面の前記断面は、いずれも楕円形状であり、
　前記入射面の前記断面における楕円の長軸は、前記出射面の前記断面における楕円の短軸と平行である、
　請求項２に記載の光束制御部材。
　前記複数の凸条は、前記光束制御部材の裏側の外縁部に、前記中心軸を中心として放射状に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の光束制御部材。
　基板と、
　前記基板上に配置された発光素子と、
　前記基板上に配置された請求項１～４のいずれか一項に記載の光束制御部材と、を有する、
　発光装置。
　前記発光素子から出射され、前記出射面で内部反射し、前記光束制御部材の裏側から出射された光の反射を抑制するための反射抑制部をさらに有し、
　前記入射面および前記出射面の少なくとも一方は、前記中心軸に垂直な断面が楕円形状であり、
　前記反射抑制部は、
　前記入射面の前記断面が楕円形状であるときには、当該楕円の短軸方向において前記凹部より外側に位置するように、前記基板上に配置されており、
　前記出射面の前記断面が楕円形状であるときには、当該楕円の長軸方向において前記凹部より外側に位置するように、前記基板上に配置されている、
　請求項５に記載の発光装置。
　請求項５または請求項６に記載の発光装置と、
　前記発光装置から出射された光を拡散させつつ透過させる光拡散部材と、を有する、
　面光源装置。
　請求項７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表示部材と、を有する、
　表示装置。