WO2019097985A1 - 面光源装置および表示装置 - Google Patents

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WO2019097985A1
WO2019097985A1 PCT/JP2018/039852 JP2018039852W WO2019097985A1 WO 2019097985 A1 WO2019097985 A1 WO 2019097985A1 JP 2018039852 W JP2018039852 W JP 2018039852W WO 2019097985 A1 WO2019097985 A1 WO 2019097985A1
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light emitting
disposed
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崇宏 井澤
恭平 山田
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株式会社エンプラス
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    • G02F1/133607Direct 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 surface light source device and a display device.
  • a direct type surface light source device may be used as the surface light source device.
  • a direct-type surface light source device having a plurality of light emitting elements as a light source has come to be used (see, for example, Patent Document 1).
  • the planar light emitting device (surface light source device) described in Patent Document 1 is disposed on a housing, a support plate disposed in the housing, a mounting substrate disposed on the support plate, and the mounting substrate.
  • the light emitting light source unit includes a spacer, an LED disposed on the spacer, and a light redirecting optical element disposed on the LED.
  • the light emitted from the LED is directed by the light direction conversion optical element in the optical axis direction of the LED, the direction orthogonal to the optical axis, the light direction conversion optical element It is controlled to advance in the direction of the mounting substrate more than that.
  • the light which travels in the direction of the mounting substrate than the light redirecting optical element is reflected by the mounting substrate or the support plate toward the diffuse transmission part.
  • the planar light-emitting device described in Patent Document 1 illuminates the diffuse transmission part uniformly.
  • the quality of the diffuse transmission part may be deteriorated depending on the relationship between the arrangement of the light emitting light source unit and the light distribution characteristic of the light emitting light source unit.
  • the distance between the light source unit for light emission and the diffuse transmission part becomes short, and thus the bright part may be generated directly above the light source unit for light emission. That is, in the conventional surface light source device, there is a problem that the uniformity on the diffuse transmission part is lowered depending on the position of the light emitting device.
  • an object of the present invention is to provide a surface light source device and a display device having high uniformity.
  • the surface light source device includes a box-like housing having an opening, a substrate disposed in the housing, a light emitting device disposed on the substrate, and the opening so as to cover the opening.
  • a light diffusion plate, the light emitting device having a light emitting element, and a light flux controlling member for controlling a light distribution of light emitted from the light emitting element; and in the housing, the substrate is disposed And an inclined surface disposed at a position farther from the optical axis with respect to the optical axis in the sectional plane including the optical axis of the light emitting element, wherein the inclined surface corresponds to the section including the optical axis
  • the light beam control member is disposed on the back side so as to intersect the optical axis as it gets away from the optical axis, and is inclined toward the light diffusion plate, and is an incident surface on which light emitted from the light emitting element is incident.
  • the light emitting device is disposed, and has an emitting surface for emitting the light reflected by the reflecting surface and the light incident at the incident surface to the outside, and is emitted from the light emitting device in a cross section including the optical axis, the optical axis
  • the light intensity of light having an absolute value of 0 to 60 ° with respect to the angle is 1.5% or less with respect to the maximum light intensity of the light emitted from the light emitting device.
  • the emission surface passes through the bottom-side end of the inclined surface, where ⁇ is an absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis within an angle range in which light with a luminous intensity of 70% or more is emitted.
  • is an absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis within an angle range in which light with a luminous intensity of 70% or more is emitted.
  • the magnitude of the angle between the straight line intersecting the optical axis and the optical axis Angle is arranged so as to intersect the straight line above the theta.
  • a display device of the present invention includes the surface light source device according to the present invention, and a display member disposed on the light diffusion plate.
  • the surface light source device and the display device according to the present invention can have high uniformity.
  • FIGS. 1A to 1C are diagrams showing the configuration of the surface light source device of the first embodiment.
  • 2A to 2C are diagrams showing the configuration of the surface light source device of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the light flux control member.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle of a light beam emitted from the light emitting device and the relative luminous intensity of the light beam.
  • FIG. 5 is a schematic view for explaining the arrangement of the emitting surface in the light emitting device.
  • 6A and 6B are optical path diagrams of part of light rays in the surface light source device.
  • FIG. 7 is a graph showing the light distribution characteristic of light emitted from the light emitting device.
  • 8A and 8B are cross-sectional views showing the configuration of a surface light source device according to a modification.
  • 9A to 9C are diagrams showing the configuration of the surface light source device of the second embodiment.
  • FIGS. 2A to 2C are diagrams showing the configuration of the surface light source device 100 according to the first embodiment.
  • 1A is a plan view of the surface light source device 100
  • FIG. 1B is a side view
  • FIG. 1C is a front view.
  • 2A is a plan view of FIG. 1A with the light diffusion plate 140 removed
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the surface light source device 100
  • FIG. 2C is a line AA shown in FIG. 1A. It is a partial expanded sectional view.
  • the direction parallel to the optical axis OA of the light emitting element 131 is the Z direction, and is orthogonal to the Z direction
  • the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 is the Y direction, and is perpendicular to the Z direction and the Y direction Will be described as the X direction.
  • the light emission center of the light emitting element 131 is the origin
  • the X direction axis is the X axis
  • the Y direction axis is the Y axis
  • the Z direction axis is the Z axis.
  • the surface light source device 100 includes a housing 110, a substrate 120, a plurality of light emitting devices 130, and a light diffusion plate 140. Further, as shown in FIG. 1C, the surface light source device 100 may be combined with a display member (irradiated member) 107 such as a liquid crystal panel (indicated by a dotted line in FIG. 1C) to form a display device 101 ′. It can be used.
  • the housing 110 is formed in a box shape at least a part of which is open for housing the substrate 120 and the plurality of light emitting devices 130 therein.
  • the housing 110 has a bottom surface 111, two first slopes (slopes) 112, and two second slopes 113.
  • the bottom surface 111 is a surface having a rectangular shape in plan view.
  • the substrate 120 is disposed on the bottom surface 111.
  • the first slope 112 is connected to two sides in the short direction of the bottom surface 111.
  • the second slopes 113 are connected to two sides in the longitudinal direction of the bottom surface 111, respectively.
  • the bottom surface 111 may be flat if the region where the substrate 120 is disposed is flat, and the region where the substrate 120 is not disposed may not be disposed on the same plane as the region where the substrate 120 is disposed. Good.
  • the two first slopes 112 are disposed in parallel with the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 and on both sides across the bottom surface 111.
  • the first inclined surface 112 is inclined so as to approach the light diffusion plate 140 as being away from the optical axis OA in a virtual cross section (cross section including the optical axis OA) perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 .
  • the first slope 112 may be a flat surface, may be a curved surface convex toward the light diffusion plate 140 side, or may be a concave curved surface with respect to the light diffusion plate 140.
  • the inclination angle of the first slope 112 with respect to the bottom surface 111 is preferably more than 6 ° and less than 9 °, and more preferably 7 ° or more and less than 9 °.
  • the “inclination angle of the first slope 112 with respect to the bottom surface 111” means “the inclination angle of a tangent on the first slope 112 with respect to the bottom surface 111”. If the inclination angle of the first slope 112 with respect to the bottom is greater than 6 ° and less than 9 °, the light emitted from the light emitting device 130 and the light reflected by the first slope 112 reaches the outer edge of the light diffusion plate 140 widely.
  • the inclination angle of the first slope 112 with respect to the bottom surface 111 is set on the basis of the opening edge of the housing 110. That is, in the present embodiment, the housing 110 does not have a side surface perpendicular to the bottom surface 111.
  • the inclination angle of the first slope 112 with respect to the bottom surface 111 is large, the size of the first slope 112 decreases.
  • the inclination angle of the first slope 112 with respect to the bottom surface 111 is small, the size of the first slope 112 decreases.
  • the second inclined surfaces 113 are connected to both sides of the bottom surface 111 in the arrangement direction (Y direction) of the plurality of light emitting devices 130.
  • the second slope 113 is formed to be closer to the light diffusion plate 140 as it goes away from the optical axis OA.
  • the inclination angle of the second slope 113 with respect to the bottom surface 111 is about 40 to 50 °.
  • the two second slopes 113 may be flat, may be a curved surface convex toward the light diffusion plate 140 side, or may be a concave curved surface with respect to the light diffusion plate 140.
  • the size of the opening of the housing 110 corresponds to the size of the light emitting area formed on the light diffusion plate 140, and is, for example, 400 mm ⁇ 700 mm.
  • the opening is closed by the light diffusion plate 140.
  • the height (space thickness) from the surface of the bottom surface 111 to the light diffusion plate 140 is not particularly limited, but is about 10 to 40 mm.
  • the housing 110 is formed of, for example, a resin such as polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC), or a metal such as stainless steel or aluminum.
  • the substrate 120 is disposed on the bottom surface 111 of the housing 110.
  • the substrate 120 is a flat plate for arranging the plurality of light emitting devices 130 at predetermined intervals in the housing 110.
  • the size of the substrate 120 can be appropriately set as long as the light emitting device 130 can be disposed and the light beam emitted from the light emitting surface 154 does not reach.
  • the length of the substrate 120 in the X-axis direction is the same as the length of the light flux controlling member 132 in the X-axis direction.
  • the substrate 120 has a predetermined thickness.
  • the thickness of the substrate 120 is the absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis OA within the angle range in which light of 70% or more of the maximum height is emitted in the virtual cross section (hereinafter referred to as “absolute value ⁇ of maximum angle If the straight line passing through the bottom 111 side end of the first slope 112 and intersecting with the optical axis OA and the angle formed by the optical axis OA are larger than ⁇ , the straight line L (see FIG. Reference thickness) is the height at which the exit surface 154 intersects.
  • the upper limit value of “ ⁇ ” is 180 °, which means an angle at which the light intensity is detected.
  • the plurality of light emitting devices 130 are arranged in one direction (Y direction) on the substrate 120.
  • the plurality of light emitting devices 130 may be arranged in a single row, or may be arranged in a plurality of rows. In each case, each row is along the Y direction.
  • the intervals between adjacent light emitting devices 130 in the arrangement direction (Y direction) of the plurality of light emitting devices 130 may be the same or different.
  • the plurality of light emitting devices 130 are arranged on the substrate 120 in a line along the Y direction. Further, the plurality of light emitting devices 130 are arranged at equal intervals in the Y direction.
  • the number of light emitting devices 130 disposed on the substrate 120 is not particularly limited. The number of light emitting devices 130 disposed on the substrate 120 is appropriately set based on the size of the light emitting area (light emitting surface) defined by the opening of the housing 110.
  • the plurality of light emitting devices 130 each include a light emitting element 131 and a light flux controlling member 132.
  • the plurality of light emitting devices 130 are arranged such that the optical axes of light emitted from the light emitting elements 131 (optical axes OA of the light emitting elements 131 described later) are along the normal to the surface of the substrate 120.
  • the light emitted from the light emitting device 130 in a virtual cross section (a cross section including the optical axis OA and the X axis) perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 is light having an absolute value of 0 to 60 ° with respect to the optical axis OA.
  • the light intensity of the light emitting device 130 is 1.5% or less of the maximum light intensity of the light emitted from the light emitting device 130 (hereinafter also referred to as “maximum light intensity”).
  • the luminous intensity of light emitted from the light emitting device 130 and having an absolute value of angle to the optical axis OA of 0 to 60 ° is preferably 1.0% or less with respect to the maximum luminous intensity, and is 0.5% or less Is more preferred.
  • the distance between the light emitting device 130 and the light diffusion plate 140 if the light intensity of the light emitted from the light emitting device 130 and whose absolute value of the angle with respect to the optical axis OA is 1.5% or less with respect to the maximum light intensity Does not occur immediately above the light emitting device 130.
  • the light intensity of light having an absolute value of 0 to 60 ° with respect to the optical axis OA can be confirmed, for example, by the following method. First, the light distribution characteristic of the light emitting device 130 when the direction along the optical axis OA is 0 ° is examined. Then, it can be confirmed by comparing the maximum height with the light intensity of light having an absolute value of 0 to 60 ° with respect to the optical axis OA.
  • the light emitting element 131 is a light source of the surface light source device 100 (and the light emitting device 130).
  • the light emitting element 131 is disposed on the substrate 120.
  • the light emitting element 131 is, for example, a light emitting diode (LED).
  • the color of the light emitted from the light emitting element 131 can be set as appropriate.
  • the color of the light emitted from the light emitting element 131 may be white or blue. In the present embodiment, the color of the light emitted from the light emitting element 131 is white.
  • the optical axis OA of the light emitting element 131 and the normal to the surface of the substrate 120 are parallel.
  • the light flux controlling member 132 controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element 131.
  • the light flux controlling member 132 is disposed on the light emitting element 131 such that the central axis CA thereof coincides with the optical axis OA of the light emitting element 131 (see FIGS. 2B and 2C).
  • the “optical axis OA of the light emitting element 131” means a light beam at the center of a three-dimensional light flux emitted from the light emitting element 131.
  • “central axis CA of light flux controlling member 132” means, for example, a symmetry axis of 2-fold symmetry.
  • the material of the light flux controlling member 132 is not particularly limited as long as it can pass light of a desired wavelength.
  • the material of the light flux controlling member 132 is a light transmitting resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), epoxy resin (EP), or glass.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the light flux controlling member 132.
  • the light flux controlling member 132 has an incident surface 151, a back surface 152, two reflecting surfaces 153, and two emitting surfaces 154.
  • four legs 157 are further provided.
  • the incident surface 151 causes the light emitted from the light emitting element 131 to enter into the light flux control member 132.
  • the incident surface 151 is disposed on the back side (the substrate 120 and the light emitting element 131 side) of the light flux controlling member 132 so as to intersect the optical axis OA.
  • the shape of the incident surface 151 can be appropriately set as long as the above function can be exhibited.
  • the shape of the incident surface 151 may be a flat surface or an inner surface of a recess opened on the back surface 152. In the present embodiment, the shape of the incident surface 151 is a plane. Further, on the outer side of the light incident surface 151 with respect to the optical axis OA, a back surface 152 on which the leg portion 157 is disposed so as to surround the light incident surface 151 is formed.
  • the two reflecting surfaces 153 are disposed on the front side (the light diffusing plate 140 side) of the light flux controlling member 132 which is the opposite side of the light emitting element 131 with the light incident surface 151 interposed therebetween.
  • the two reflecting surfaces 153 are directions substantially perpendicular to the optical axis OA of the light emitting element 131 and at least substantially opposite to each other (all along the X axis) with respect to at least a part of the light incident on the incident surface 151 Reflect on
  • the two reflecting surfaces 153 are respectively formed to approach the light diffusion plate 140 as they move away from the optical axis OA.
  • the inclination of the tangent gradually decreases (along the X axis) It is formed. A part of the light emitted from the light emitting element 131 and incident on the incident surface 151 is reflected on the reflective surface 153 and travels toward the emission surface 154.
  • a part of the light emitted from the light emitting element 131 and incident on the incident surface 151 (specifically, the light emitted from the outer edge portion of the light emitting surface of the light emitting element 131) has a reflection surface
  • a light component emitted toward the outside of the light flux controlling member 132 from the light emitting surface 154 without being reflected by the light source 153 is also included.
  • the two emission surfaces 154 are arranged to connect the back surface 152 and the reflection surface 153.
  • the emitting surface 154 emits the light incident on the incident surface 151 to the outside.
  • the exit surface 154 is a surface substantially parallel to the optical axis OA.
  • the emitting surface 154 may be a flat surface or a curved surface.
  • substantially parallel to the optical axis OA means that the smaller one of the angles formed by the straight line parallel to the optical axis OA and the exit surface 154 in the virtual cross section is 0 to 3 ° or less.
  • the angle means a smaller angle among the angles formed by the optical axis OA and the tangent of the curve in the cross section including the optical axis OA of the exit surface 154 and the X axis.
  • the emission surface 154 is directed to the back side as it goes away from the optical axis OA in a virtual cross section (cross section including the optical axis OA and the X axis) perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130. It is a plane formed on
  • the light emitting surface 154 has an angle range of the light intensity of 70% or more of the maximum height, where the absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis OA is ⁇ .
  • a large angle is arranged to intersect with the straight line L of ⁇ or more.
  • the four legs 157 are substantially cylindrical members protruding from the back surface 152 to the back side.
  • the leg portion 157 supports the light flux controlling member 132 at an appropriate position with respect to the light emitting element 131 (see FIG. 3).
  • the leg portion 157 may be fitted into a hole formed in the substrate 120 and used for positioning. Further, it is sufficient that the light beam control member 132 can be stably fixed to the substrate 120 while the leg portion 157 is considered so as not to have an optical adverse effect, and the position, shape and number of the leg portion 157 are appropriately set. Ru.
  • a total of four legs 157 are arranged between the light entrance surface 151 and the light exit surface 154 in the X direction.
  • the light diffusion plate 140 is arranged to close the opening of the housing 110.
  • the light diffusion plate 140 is a plate-like member having light transparency and light diffusion, and diffuses and transmits light emitted from the light emitting device 130.
  • the light diffusion plate 140 can be a light emitting surface of the surface light source device 100.
  • the light diffusion plate 140 includes a light diffusion plate, an optical sheet, and the like.
  • the material of the light diffusion plate 140 can be appropriately selected as long as the light emitted from the light emitting device 130 can be diffused and transmitted.
  • Examples of the material of the light diffusion plate 140 include light transmitting resins such as poly (methyl methacrylate) (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), and styrene / methyl methacrylate copolymer resin (MS).
  • PMMA poly (methyl methacrylate)
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • MS styrene / methyl methacrylate copolymer resin
  • fine irregularities are formed on the surface of the light diffusion plate 140, or light diffusers such as beads are dispersed inside the light diffusion plate 140.
  • the light emitted from each light emitting element 131 illuminates a wide range of the light diffusion plate 140 by the light flux controlling member 132, particularly with respect to the optical axis OA of the light emitting element 131.
  • the light is converted into light directed in two directions (two directions along the X axis in FIG. 3) which are substantially vertical and substantially opposite to each other.
  • the uniformity of the surface light source device 100 can be improved.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle of a light beam emitted from the light emitting device 130 and the relative luminous intensity of the light in a virtual cross section.
  • the horizontal axis in FIG. 4 indicates the absolute value of the angle (°) when the direction along the optical axis OA is 0 °.
  • the vertical axis in FIG. 4 indicates the relative light intensity (%) when the maximum light intensity is 100%.
  • the luminous intensity of the light beam traveling in the direction of about 90 ° was the highest.
  • the luminous intensity of light having an absolute value of the angle with respect to the optical axis OA in the range of 0 to 60 ° is 1.5% or less with respect to the maximum luminous intensity.
  • the light intensity observed in the range of ⁇ 50 ° was less than 1.0% with respect to the maximum light intensity.
  • the absolute value of the angle with respect to the optical axis OA at which the light intensity can be detected was 120 °.
  • FIG. 5 is a schematic view for explaining the arrangement of the light emitting surface 154 in the light emitting device 130.
  • the exit surface 154 of the light emitting device 130 passes a bottom 111 side end of the first slope 112 and a straight line intersecting the optical axis OA and the optical axis OA Among the angles to be formed, a large angle is arranged to intersect a straight line L having an absolute value ⁇ or more of the maximum angle.
  • the height of the emission surface 154 (the light emitting device 130) is adjusted by the substrate 120 in order to arrange the emission surface 154 such that the above-described conditions are satisfied.
  • the light emitting device 130 By arranging the light emitting device 130 so as to meet such conditions, the light emitted at an angle larger than ⁇ among the light emitted from the emission surface 154 has the optical axis OA and the bottom surface 111 in the virtual cross section. In the first slope 112 side end portion of the third part, the area reaches 2/3 from the first slope 112 side. The light emitted from the emission surface 154 and reaching the bottom surface 111 is reflected toward the light diffusion plate 140.
  • the surface light source device 100 in the case where the substrate 120 is thickened, the light path of the light beam emitted from the emission surface 154 was examined. Moreover, it investigated similarly about the surface light source device 100 'of the comparative example which does not thicken the board
  • FIG. 6A shows an optical path of a part of light rays in the surface light source device 100 ′ of the comparative example
  • FIG. 6B shows an optical path of a part of light rays in the surface light source device 100 according to the present embodiment.
  • the emission angle of the light beam shown in FIG. 6A is the same as the emission angle of the light beam shown in FIG. 6B.
  • the distance from the front surface of the substrate 120 to the back surface of the light diffusion plate 140 in the surface light source device 100 is 28 mm
  • the distance from the front surface of the substrate 120 to the back surface of the light diffusion plate 140 in the surface light source device 100 ′ is 30 mm. .
  • the reaching position of the light beam to the bottom surface 111 is the same as that of the surface light source device 100 ′ of the comparative example where the substrate 120 is thin.
  • the position was farther from the optical axis OA than in the case (P1).
  • the surface light source device 100 (P2) of the present embodiment in which the substrate 120 is thick light reflected by the bottom surface 111 is also diffused more than in the case (P1) of the surface light source device 100 'of the comparative example where the substrate 120 is thin.
  • the arrival position of the plate 140 was a position away from the optical axis OA.
  • the substrate 120 is thicker than the substrate 120 ′ and the position emitted from the emission surface 154 is higher than in the surface light source device 100 ′ of the comparative example. It is considered that the light diffusion plate 140 is located on the light diffusion plate 140 side.
  • FIG. 7 shows the relationship between the distance (mm) from the optical axis OA on the light diffusion plate 140 and the relative luminance (%) on the light diffusion plate 140 in a cross section (imaginary cross section) including the optical axis OA and the X axis. Is shown.
  • the horizontal axis in FIG. 7 is the distance (mm) from the optical axis OA on the light diffusion plate 140.
  • the vertical axis in FIG. 7 is the relative brightness (%) on the light diffusion plate 140.
  • FIG. 7 shows the surface light source device 100 ′ of the comparative example described above, and shows the result in the case where the distance between the surface of the substrate 120 and the light diffusion plate 140 is 30 mm.
  • the surface light source device 100 the result when the distance between the surface of the substrate 120 and the light diffusion plate 140 is 28 mm is shown, and the dotted line is the surface light source device 100 of this embodiment. The result when the distance between the surface and the light diffusion plate 140 is 27 mm is shown.
  • the distance between the surface of the substrate 120 and the light diffusion plate 140 is shortened, the brightness in the vicinity immediately above the light emitting device 130 is relatively lowered.
  • the distance between the surface of the substrate 120 and the light diffusion plate 140 is short, and the light emitting device 130 approaches the light diffusion plate 140. It is considered to be higher.
  • the reaching position to the light diffusing plate 140 is the optical axis OA when the emission position emitted from the emission surface 154 approaches the light diffusion plate 140 side.
  • the luminous intensity of light emitted from the light emitting device 130 and having a small angle with respect to the optical axis OA is very low compared to the maximum luminous intensity (see FIG. 4). Therefore, even if the distance between the light emitting device 130 and the light diffusion plate 140 is shortened, the luminance does not increase significantly. However, the luminous intensity of light emitted from the light emitting device 130 and having a large angle with respect to the optical axis OA is very high (see FIG. 4). Therefore, when the distance between the light emitting device 130 and the light diffusion plate 140 is shortened, the reaching position of the many light rays to the light diffusion plate 140 changes.
  • the increase amount of the brightness in the outer peripheral portion away from the light emitting device 130 is larger than the increase amount of the brightness in the portion directly above the light emitting device 130, so the brightness in the central portion of the light diffusion plate 140 is relatively lowered. On the contrary, it is considered that the luminance of the outer peripheral portion of the light diffusion plate 140 has become high.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view of the surface light source device 200 of the first modification
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the surface light source device 200 of the second modification.
  • the point P1 in FIGS. 8A and 8B indicates the position of the light beam having the same emission angle as in FIGS. 8A and 8B reaching the bottom surface 211 in the surface light source device 100 ′ of the comparative example described above.
  • the surface light source device 200 according to the first modification of the first embodiment differs from the surface light source device 100 according to the first embodiment in the configuration of the housing 210 and the substrate 220. Therefore, in the present modification, a configuration different from that of the surface light source device 100 will be mainly described.
  • the surface light source device 200 includes a housing 210, a substrate 220, a light emitting device 130, and a light diffusion plate 140.
  • the housing 210 has a bottom surface 211, two first slopes 112, and two second slopes 113.
  • the bottom surface 211 has a first bottom surface 212 and two second bottom surfaces 213.
  • the first bottom surface 212 is a flat plate on which the substrate 120 is disposed. The size of the first bottom surface 212 may be larger than that of the substrate 120.
  • the two second bottom surfaces 213 are disposed in parallel with the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 and on both sides across the first bottom surface 212.
  • the first bottom surface 212 is inclined away from the light diffusion plate 140 as being away from the optical axis OA in a virtual cross section perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130.
  • the inclination angle of the second bottom surface 213 with respect to the first bottom surface 211 is preferably more than 6 ° and less than 9 °, and more preferably 7 ° or more and less than 9 °.
  • the luminous intensity of the light emitted from the light emitting device 130 in the virtual cross section and having an absolute value of the angle of 0 to 60 ° with respect to the optical axis OA is the maximum luminous intensity of the light emitted from the light emitting device 130
  • the absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis OA is ⁇ in an angle range in which light having a light intensity of 70% or more of the maximum light intensity is emitted in the virtual cross section.
  • the emission surface 154 passes through the bottom surface 211 side end of the first slope 112, and a large angle of the straight line intersecting with the optical axis OA intersects the straight line L of ⁇ or more. It is arranged.
  • the inclination angle of the second bottom surface 213 with respect to the first bottom surface 212 described above and the thickness of the substrate 220 can be appropriately set as long as the output surface 154 intersects with the straight line L.
  • the substrate 220 may be formed thin by increasing the inclination angle of the second bottom surface 213 with respect to the first bottom surface 212.
  • the substrate 220 may be formed thicker by reducing the inclination angle of the second bottom surface 213 with respect to the first bottom surface 212.
  • the light beam emitted from the light emitting device 130 at an angle of ⁇ or more is such that the light emitted at an angle larger than ⁇ has an optical axis OA and an end on the first slope 112 side of the bottom surface 211 in the imaginary cross section.
  • the area reaches 2/3 from the first slope 112 side.
  • the light beam emitted from the light emitting device 130 it is possible to cause the light beam emitted from the light emitting device 130 to reach the bottom surface 211 at a position away from the optical axis OA, and depending on the inclination direction of the bottom surface 211 and the reflection characteristics,
  • the reflected light of the second embodiment reaches the diffusion plate 140 at a position farther from the optical axis OA than the surface light source device 100 'of the comparative example, and the brightness on the light diffusion plate 140 is compared with that of the conventional surface light source device 100'. It can be uniform.
  • the surface light source device 300 according to the second modification of the first embodiment differs from the surface light source device 200 according to the first modification of the first embodiment in the configuration of the housing 310. So, in this modification, the composition different from surface light source device 200 is mainly explained.
  • the surface light source device 300 includes a housing 310, a substrate 220, a light emitting device 130, and a diffusion plate 140.
  • the housing 310 has a bottom surface 311, two first slopes 313, and two second slopes 113.
  • the bottom surface 311 has a first bottom surface 212 and two second bottom surfaces 312.
  • the first bottom surface 212 is a flat plate on which the substrate 120 is disposed.
  • the two second bottom surfaces 312 are disposed in parallel with the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 and on both sides across the first bottom surface 212.
  • the second bottom surface 312 is inclined away from the light diffusion plate 140 as being away from the optical axis OA in a virtual cross section perpendicular to the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130.
  • the second bottom surface 312 is a curved surface that is concave toward the light diffusion plate 140 in the virtual cross section.
  • the first inclined surfaces 313 are disposed in parallel with the arrangement direction of the plurality of light emitting devices 130 and on both sides across the second bottom surface 312. Further, in the virtual cross section, the first inclined surface 313 is inclined so as to approach the light diffusion plate 140 as it goes away from the optical axis OA. In the present embodiment, the first inclined surface 313 is a curved surface that is concave toward the light diffusion plate 140 in the virtual cross section.
  • the second bottom surface 312 and the first inclined surface 313 may be smoothly connected or discontinuously connected.
  • the “bottom end 311 side end portion of the first slope 313” refers to the case where the tangent is drawn from the outside of the first slope 313 in the virtual cross section. , Means the part where the slope of the tangent becomes zero "0".
  • the luminous intensity of the light emitted from the light emitting device 130 in the virtual cross section and having an absolute value of the angle of 0 to 60 ° with respect to the optical axis OA is the maximum luminous intensity of the light emitted from the light emitting device 130
  • the absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis OA is ⁇ in an angle range in which light having a light intensity of 70% or more of the maximum light intensity is emitted in the virtual cross section.
  • the emission surface passes through the bottom 311 side end of the first inclined surface 313 and is disposed so that the larger angle of the straight line intersecting with the optical axis OA intersects the straight line L of ⁇ or more. It is done.
  • the inclination angle of the second bottom surface 213 with respect to the first bottom surface 212 described above and the thickness of the substrate 220 can be appropriately set as long as the output surface 154 intersects with the straight line L.
  • the inclination angle of the second bottom surface 312 with respect to the first bottom surface 212 may be increased to form the substrate 220 thin.
  • the substrate 220 may be formed thicker by reducing the inclination angle of the second bottom surface 312 with respect to the first bottom surface 212.
  • the light beam emitted from the light emitting device 130 at an angle of ⁇ or more is emitted between the light axis at an angle larger than ⁇ and between the optical axis OA and the first slope 313 side end of the bottom surface 311 in the imaginary cross section. Of the three divisions, it reaches the area of 2/3 from the first slope 313 side.
  • the light beam emitted from the light emitting device 130 it is possible to cause the light beam emitted from the light emitting device 130 to reach the bottom surface 311 at a position away from the optical axis OA, and depending on the inclination direction of the bottom surface 311 and the reflection characteristics, The reflected light from the light source reaches the light diffusion plate 140 at a position farther from the optical axis OA than the surface light source device 100 'of the comparative example, and the brightness on the light diffusion plate is made uniform compared to the conventional surface light source device. it can.
  • the arrival position at 111 far from the optical axis OA it is possible to reduce the difference between the light intensity of the portion immediately above the light emitting device 130 and the light intensity of the outer circumferential portion of the light emitting device 130. Therefore, the light diffusing plate 140 can be illuminated uniformly as a whole.
  • the surface light source device 400 of Embodiment 2 is different from the surface light source device 100 of Embodiment 1 in that the shape in plan view is circular. Therefore, in the following description, the shapes of members constituting the surface light source device 400 will be mainly described.
  • FIGS. 9A to 9C show the configuration of the surface light source device 400 according to the second embodiment.
  • 9A is a plan view of the surface light source device 400 with the light diffusion plate 140 removed
  • FIG. 9B is a cross-sectional view of the surface light source device 400
  • FIG. 9C is a cross-sectional view of the light flux control member 432.
  • the surface light source device 400 in the surface light source device 400 of the second embodiment, includes a housing 410, a substrate 420, a plurality of light emitting devices 430 including a light emitting element 131 and a light flux controlling member 432. And the light diffusion plate 140.
  • the plan view shapes of the housing 410, the substrate 420, the light flux controlling member 432 and the light diffusing plate 140 are all circular.
  • the housing 410 has a bottom surface 411 and an inclined surface 412.
  • the plan view shape of the bottom surface 411 is circular.
  • the inclined surface 412 is disposed at a position away from the bottom surface 411 with respect to the optical axis OA in a cross section including the optical axis OA of the light emitting element 131.
  • the inclined surface 412 is inclined so as to approach the light diffusion plate 140 as it goes away from the optical axis OA in a cross section including the optical axis OA.
  • the inclined surface 412 may be linear, may be a curved shape convex to the light diffusion plate 140 side, or may be a concave curved shape to the light diffusion plate 140 side May be In the present embodiment, in the cross section including the optical axis OA, the inclined surface 412 is linear. That is, in the present embodiment, the inclined surface 412 is in the shape of an inverted truncated cone side.
  • the light flux controlling member 432 has an incident surface 451, a back surface 452, a reflecting surface 453, an emitting surface 454, and a leg portion 157.
  • the incident surface 451, the back surface 452, the reflecting surface 453, the emission surface 454, and the leg portion 157 are all rotationally symmetric (circularly symmetric) with the central axis of the light flux controlling member 432 as the rotation axis.
  • the luminous intensity of the light emitted from the light emitting device 430 and the absolute value of the angle to the optical axis OA is 0 to 60 ° with respect to the maximum luminous intensity of the light emitted from the luminous device 430. 5% or less.
  • the absolute value of the maximum angle with respect to the optical axis OA is ⁇
  • the angle range in which the light intensity of 70% or more of the maximum light intensity is emitted Of the angles formed by the straight line passing through the bottom surface 411 side end of the sloped surface 412 and the optical axis OA, a large angle is arranged to intersect the straight line L of ⁇ or more.
  • the surface light source device 400 of the present embodiment has the same effect as the surface light source device 100 of the first embodiment.
  • the bottom surface may have a first bottom surface and a second bottom surface.
  • the second bottom surface inclines away from the light diffusion plate 140 as it goes away from the optical axis OA in a cross section including the optical axis OA. That is, the second bottom surface has a side surface having a truncated cone shape.
  • the second bottom surface and the slope may have a curved shape that is concave toward the light diffusion plate 140 side.
  • the surface light source device can be applied to, for example, a backlight of a liquid crystal display device, a signboard, and general lighting.

Abstract

面光源装置は、筐体と、基板と、発光装置と、光拡散板と、を有する。筐体の斜面は、光軸から離れるにつれて、光拡散板に近づくように傾斜する。光軸を含む断面において、発光装置から出射され、光軸に対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、発光装置から出射される光の最大光度に対して1.5%以下であり、光軸を含む断面において、最大光度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、光軸に対して最大角度の絶対値をθとしたとき、出射面は、斜面の底面側端部を通り、かつ光軸と交わる直線と、光軸とのなす角度のうち、大きい角度がθ以上の直線と交わるように配置されている。

Description

面光源装置および表示装置
 本発明は、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、面光源装置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(例えば、特許文献1参照)。
 特許文献1に記載の面状発光装置(面光源装置)は、筐体と、筐体内に配置された支持板と、支持板の上に配置された実装基板と、実装基板の上に配置された複数の光放射用光源ユニット(発光装置)と、筐体の開口部を覆うように配置された拡散透過部と、を有する。光放射用光源ユニットは、スペーサと、スペーサの上に配置されたLEDと、LEDの上に配置された光方向変換用光学素子と、を有する。
 特許文献1に記載された面状発光装置では、LEDから出射された光は、光方向変換用光学素子によって、LEDの光軸方向、光軸に対して直交する方向、光方向変換用光学素子よりも実装基板の方向にそれぞれ進行するように制御される。光方向変換用光学素子よりも実装基板の方向に進行した光は、実装基板または支持板によって、拡散透過部に向けて反射される。これにより、特許文献1に記載の面状発光装置は、拡散透過部を均一に照らしている。
特開2007-048883号公報
 しかしながら、特許文献1に記載の面状発光装置では、光放射用光源ユニットの配置と、光放射用光源ユニットの配光特性との関係によって、拡散透過部の品位を悪化させることがある。例えば、光放射用光源ユニットを拡散透過部に近づけると、光放射用光源ユニットおよび拡散透過部の間隔が短くなるため、光放射用光源ユニットの直上部に明部が生じてしまうおそれがある。すなわち、従来の面光源装置では、発光装置の位置によって、拡散透過部上の均斉度が低下してしまうという問題があった。
 そこで、本発明の目的は、高い均斉度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。
 本発明の面光源装置は、開口部を有する箱状の筐体と、前記筐体内に配置された基板と、前記基板上に配置された発光装置と、前記開口部を覆うように配置された光拡散板と、を有し、前記発光装置は、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、前記筐体は、前記基板が配置された底面と、前記発光素子の光軸を含む断面において、前記光軸に対して前記底面より離れた位置に配置された斜面と、を有し、前記斜面は、前記光軸を含む断面において、前記光軸から離れるにつれて、前記光拡散板に近づくように傾斜し、前記光束制御部材は、前記光軸と交わるように裏側に配置され、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、前記入射面を囲うように配置され、前記光軸から離れる方向に延在した裏面と、表側に配置され、前記入射面で入射した光の一部を、前記光軸と略垂直の方向に反射させる反射面と、前記反射面および前記裏面を繋ぐように配置され、前記反射面で反射された光および前記入射面で入射した光を外部に出射させる出射面と、を有し、前記光軸を含む断面において、前記発光装置から出射され、前記光軸に対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、前記発光装置から出射される光の最大光度に対して1.5%以下であり、前記光軸を含む断面において、前記最大光度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、前記光軸に対して最大角度の絶対値をθとしたとき、前記出射面は、前記斜面の前記底面側端部を通り、かつ前記光軸と交わる直線と、前記光軸とのなす角度のうち、大きい角度が前記θ以上の前記直線と交わるように配置されている。
 本発明の表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記光拡散板の上に配置された表示部材とを有する。
 本発明に係る面光源装置および表示装置は、高い均斉度を有することができる。
図1A~Cは、本実施の形態1の面光源装置の構成を示す図である。 図2A~Cは、本実施の形態1の面光源装置の構成を示す図である。 図3は、光束制御部材の断面図である。 図4は、発光装置から出射される光線の角度と、当該光線の相対光度との関係を示すグラフである。 図5は、発光装置における出射面の配置を説明するための模式図である。 図6A、Bは、面光源装置における一部の光線の光路図である。 図7は、発光装置から出射される光の配光特性を示すグラフである。 図8A、Bは、変形例に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 図9A~Cは、実施の形態2の面光源装置の構成を示す図である。
 以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 [実施の形態1]
 (面光源装置の構成)
 図1A~Cおよび図2A~Cは、実施の形態1の面光源装置100の構成を示す図である。図1Aは、面光源装置100の平面図であり、図1Bは、側面図であり、図1Cは、正面図である。図2Aは、図1Aにおいて光拡散板140を外した平面図であり、図2Bは、面光源装置100の模式的な断面図であり、図2Cは、図1Aに示されるA-A線における部分拡大断面図である。なお、以下の説明では、発光素子131の光軸OAに平行な方向をZ方向とし、Z方向と直交し、かつ複数の発光装置130の配列方向をY方向とし、Z方向およびY方向に垂直な方向をX方向として説明する。また、1個の発光装置130について説明する場合は、発光素子131の発光中心を原点として、X方向の軸をX軸とし、Y方向の軸をY軸とし、Z方向の軸をZ軸として説明する。
 図1A~Cおよび図2A~Cに示されるように、面光源装置100は、筐体110、基板120、複数の発光装置130および光拡散板140を有する。また、図1C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1C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101’としても使用できる。
 筐体110は、その内部に基板120および複数の発光装置130を収容するための、少なくとも一部が開口した箱状に形成されている。本実施の形態では、筐体110は、底面111と、2つの第1斜面(斜面)112と、2つの第2斜面113とを有する。
 底面111は、平面視形状が長方形の面である。底面111の上には、基板120が配置されている。底面111の短手方向の2つの辺には、第1斜面112がそれぞれ接続されている。底面111の長手方向の2つの辺には、第2斜面113がそれぞれ接続されている。なお、底面111は、基板120が配置されている領域が平らであればよく、基板120が配置されていない領域は、基板120が配置されている領域と同一平面上に配置されていなくてもよい。
 2つの第1斜面112は、複数の発光装置130の配列方向と平行に、かつ底面111を挟んで両側に配置されている。第1斜面112は、複数の発光装置130の配列方向に対して垂直な仮想断面(光軸OAを含む断面)において、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140に近づくように傾斜している。第1斜面112は、平面であってもよいし、光拡散板140側に凸の曲面であってもよいし、光拡散板140に対して凹の曲面であってもよい。底面111に対する第1斜面112の傾斜角度は6°より大きく9°未満であることが好ましく、7°以上9°未満であることがより好ましい。第1斜面112が曲面の場合、「底面111に対する第1斜面112の傾斜角度」とは、「底面111に対する第1斜面112上の接線の傾斜角度」を意味する。底面に対する第1斜面112の傾斜角度が6°より大きく9°未満であれば、発光装置130から出射され、第1斜面112で反射した光が光拡散板140の外縁部に広く到達する。
 また、本実施の形態では、第1斜面112の底面111に対する傾斜角度は、筐体110の開口縁部を基準に設定されている。すなわち、本実施の形態では、筐体110は、底面111に垂直な側面を有していない。第1斜面112の底面111に対する傾斜角度が大きい場合には、第1斜面112の大きさは小さくなる。一方、第1斜面112の底面111に対する傾斜角度が小さい場合には、第1斜面112の大きさは小さくなる。
 第2斜面113は、複数の発光装置130の配列方向(Y方向)において、底面111の両側にそれぞれ接続されている。第2斜面113は、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140に近づくように形成されている。底面111に対する第2斜面113の傾斜角度は40~50°程度である。2つの第2斜面113は、平面であってもよいし、光拡散板140側に凸の曲面であってもよいし、光拡散板140に対して凹の曲面であってもよい。
 また、筐体110をこのような形状とすることで、面光源装置100の見かけの厚みを薄くすることもできる。筐体110の開口部の大きさは、光拡散板140に形成される発光領域の大きさに相当し、例えば400mm×700mmである。この開口部は、光拡散板140により塞がれる。底面111の表面から光拡散板140までの高さ(空間厚さ)は、特に限定されないが、10~40mm程度である。そして、筐体110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の材料で形成されている。
 基板120は、筐体110の底面111上に配置されている。基板120は、複数の発光装置130を筐体110内に所定の間隔で配置するための平板である。基板120の大きさは、発光装置130を配置でき、かつ、出射面154から出射された光線が到達しない大きさであれば、適宜に設定できる。本実施の形態では、X軸方向における基板120の長さは、X軸方向における光束制御部材132の長さと同じである。また、本実施の形態では、基板120は、所定の厚みを有している。基板120の厚みは、仮想断面において、最大高度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、光軸OAに対する最大角度の絶対値をθ(以下、「最大角度の絶対値θ」ともいう)としたとき、第1斜面112の底面111側端部を通り、かつ光軸OAと交わる直線および光軸OAのなす角度のうち、大きい角度がθ以上となる直線L(図5参照)と、出射面154と、が交わる高さとなる厚みである。ここで「θ」の上限値は、180°であり、光度が検出される角度を意味する。
 複数の発光装置130は、基板120上に一方向(Y方向)に配列されている。複数の発光装置130は、一列に配列されていてもよいし、複数列に配列されていてもよい。いずれの場合も、各列はY方向に沿っている。また、複数の発光装置130の配列方向(Y方向)における隣接する発光装置130の間隔は、同じ間隔であってもよいし、異なる間隔であってもよい。本実施の形態では、複数の発光装置130は、基板120上にY方向に沿って一列に配列されている。また、複数の発光装置130は、Y方向において等間隔で配置されている。基板120上に配置される発光装置130の数は、特に限定されない。基板120上に配置される発光装置130の数は、筐体110の開口部により規定される発光領域(発光面)の大きさに基づいて適宜設定される。
 複数の発光装置130は、発光素子131と、光束制御部材132と、をそれぞれ有する。複数の発光装置130は、発光素子131から出射される光の光軸(後述する発光素子131の光軸OA)が、基板120の表面に対する法線に沿うようにそれぞれ配置されている。
 複数の発光装置130の配列方向に対して垂直な仮想断面(光軸OAおよびX軸を含む断面)において、発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、発光装置130から出射される光の最大光度(以下、「最大光度」ともいう)に対して1.5%以下である。発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、最大光度に対して1.0%以下であることが好ましく、0.5%以下であることがより好ましい。発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度が最大光度に対して1.5%以下であれば、発光装置130および光拡散板140との間隔が狭くなっても、発光装置130の直上部に明部が生じることがない。
 最大光度に対して、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、例えば以下の方法で確認できる。まず、光軸OAに沿う方向を0°とした場合の発光装置130の配光特性を調べる。次いで、最大高度と、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度と、を比較することで確認できる。
 発光素子131は、面光源装置100(および発光装置130)の光源である。発光素子131は、基板120上に配置されている。発光素子131は、例えば発光ダイオード(LED)である。発光素子131から出射される光の色は、適宜設定できる。発光素子131から出射される光の色は、白色であってもよいし、青色であってもよい。本実施の形態では、発光素子131から出射される光の色は、白色である。発光素子131の光軸OAと、基板120の表面に対する法線とは、平行である。
 光束制御部材132は、発光素子131から出射された光の配光を制御する。光束制御部材132は、その中心軸CAが発光素子131の光軸OAに一致するように、発光素子131の上に配置されている(図2B、C参照)。「発光素子131の光軸OA」とは、発光素子131からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。本実施の形態では、「光束制御部材132の中心軸CA」とは、例えば2回対称の対称軸を意味する。
 光束制御部材132の材料は、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132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)などの光透過性樹脂、またはガラスである。
 図3は、光束制御部材132の断面図である。図3に示されるように、光束制御部材132は、入射面151と、裏面152と、2つの反射面153と、2つの出射面154とを有する。なお、本実施の形態では、上記構成に加え、4つの脚部157をさらに有する。
 入射面151は、発光素子131から出射された光を光束制御部材132の内部に入射させる。入射面151は、光軸OAと交わるように、光束制御部材132の裏側(基板120および発光素子131側)に配置されている。入射面151の形状は、上記の機能を発揮できれば適宜設定できる。入射面151の形状は、平面であってもよいし、裏面152に開口した凹部の内面であってもよい。本実施の形態では、入射面151の形状は、平面である。また、光軸OAに対して入射面151より外側には、入射面151を取り囲むように、脚部157が配置された裏面152が形成されている。
 2つの反射面153は、入射面151を挟んで発光素子131と反対側である光束制御部材132の表側(光拡散板140側)に配置されている。2つの反射面153は、入射面151で入射した光の少なくとも一部を、発光素子131の光軸OAと略垂直であり、かつ互いに略反対向きである方向(いずれもX軸に沿う方向)に反射させる。2つの反射面153は、光軸OAから離れるにつれ、光拡散版140に近づくようにそれぞれ形成されている。具体的には、2つの反射面153は、発光素子131の光軸OAから端部(出射面154)に向かうにつれて、接線の傾きが徐々に小さくなるように(X軸に沿うように)それぞれ形成されている。発光素子131から出射され、入射面151で入射した光のうち一部の光は、反射面153で反射して出射面154に向けて進行する。また、発光素子131から出射され、入射面151で入射した光のうち他の一部の光(具体的には、発光素子131の発光面の外縁部から出射された光)には、反射面153で反射することなく、出射面154から光束制御部材132の外部に向けて出射される光成分も含まれる。
 2つの出射面154は、裏面152および反射面153を繋ぐように配置されている。出射面154は、入射面151で入射した光を外部に出射させる。出射面154は、光軸OAと略平行な面である。出射面154は、平面であってもよいし、曲面であってもよい。「光軸OAと略平行」とは、仮想断面において、光軸OAに平行な直線と出射面154とのなす角度のうち小さい角度が0~3°以下であることを意味する。なお、出射面154が曲面の場合には、当該角度は、光軸OAと、出射面154の光軸OAおよびX軸を含む断面における曲線の接線とのなす角度のうち小さい角度を意味する。本実施の形態では、出射面154は、複数の発光装置130の配列方向に対して垂直な仮想断面(光軸OAおよびX軸を含む断面)において、光軸OAから離れるにつれて、裏側に向かうように形成された平面である。
 また、出射面154は、仮想断面において、最大高度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、光軸OAに対する最大角度の絶対値をθとしたとき、第1斜面112の底面111側端部を通り、かつ光軸OAと交わる直線と、光軸OAとのなす角度のうち、大きい角度がθ以上の直線Lと交わるように配置されている。
 4つの脚部157は、裏面152から裏側に突出した略円柱状の部材である。脚部157は、発光素子131に対して適切な位置に光束制御部材132を支持する(図3参照)。脚部157を、基板120に形成した穴部に嵌合させて位置決めに用いてもよい。また、脚部157は、光学的に悪影響が及ばないように考慮された上で、光束制御部材132を基板120に安定して固定できればよく、脚部157の位置、形状および数は適宜設定される。本実施の形態では、脚部157は、X方向において、入射面151および出射面154の間にそれぞれ2つずつ、合計4つ配置されている。
 光拡散板140は、筐体110の開口部を塞ぐように配置されている。光拡散板140は、光透過性および光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置130からの出射光を拡散させつつ透過させる。光拡散板140は、面光源装置100の発光面となり得る。光拡散板140には、光拡散板や光学シートなどが含まれる。
 光拡散板140の材料は、発光装置130からの出射光を拡散させつつ透過させ得るものであれば適宜選択できる。光拡散板140の材料の例には、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が含まれる。光拡散性を付与するため、光拡散板140は、光拡散板140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140の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
 本実施の形態に係る面光源装置100では、各発光素子131から出射された光は、光束制御部材132により光拡散板140の広範囲を照らすように、特に発光素子131の光軸OAに対して略垂直方向で、かつ互いに略反対向きである2つの方向(図3におけるX軸に沿う2つの方向)に向かう光に変えられて出射される。各光束制御部材132から出射された光線のうち、大部分の光線は第1斜面112で反射され、さらに光拡散板140により拡散されて、外部に出射される。それにより、面光源装置100の均斉度を高めることができる。
 次に、本実施の形態の面光源装置100における発光装置130の配光特性について調べた。図4は、仮想断面において、発光装置130から出射される光線の角度と、当該光の相対光度との関係を示すグラフである。図4の横軸は、光軸OAに沿う方向を0°とした場合の角度(°)の絶対値を示している。図4の縦軸は、最大光度を100%としたときの相対光度(%)を示している。
 図4に示されるように、本実施の形態の面光源装置100における発光装置130は、仮想断面において、光軸OAに沿う方向を0°とした場合、約90°の方向に向かう光線の光度が最も高かった。また、光軸OAおよびX軸を含む断面において、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の範囲内にある光線の光度は、最大光度に対して1.5%以下であり、0~50°の範囲で観察される光度は、最大光度に対して1.0%未満であった。また、光度が検出できる光軸OAに対する角度の絶対値は、120°であった。
 次に、発光装置130の配置について調べた。図5は、発光装置130における出射面154の配置を説明するための模式図である。図5に示されるように、発光装置130(光束制御部材132)の出射面154は、第1斜面112の底面111側端部を通り、かつ光軸OAと交わる直線と、光軸OAとのなす角度のうち、大きい角度が最大角度の絶対値θ以上の直線Lと交わるように配置されている。本実施の形態では、前述の条件が満たされるように出射面154を配置するために、基板120によって出射面154(発光装置130)の高さを調整している。このような条件に合致するように、発光装置130を配置することで、出射面154から出射される光のうち、θより大きな角度で出射される光は、仮想断面において光軸OAと底面111の第1斜面112側端部とを3等分したうち、第1斜面112側から2/3の領域に到達する。出射面154から出射され、底面111に到達した光は、光拡散板140に向けて反射する。
 次に、本実施の形態に係る面光源装置100のように、基板120を厚くした場合において、出射面154から出射された光線の光路について調べた。また、比較として、基板120を厚くしない比較例の面光源装置100’についても同様に調べた。
 図6Aは、比較例の面光源装置100’における一部の光線の光路を示しており、図6Bは、本実施の形態に係る面光源装置100における一部の光線の光路を示している。なお、図6Aに示された光線の出射角度と、図6Bに示された光線の出射角度とは、同じである。なお、面光源装置100における基板120の表面から光拡散板140の裏面までの間隔は28mmであり、面光源装置100’における基板120の表面から光拡散板140の裏面までの間隔は30mmとした。
 図6A、Bに示されるように、基板120が厚い本実施の形態の面光源装置100(P2)における光線の底面111への到達位置は、基板120が薄い比較例の面光源装置100’の場合(P1)よりも、光軸OAから離れた位置であった。また、底面111で反射した光も、基板120が厚い本実施の形態の面光源装置100(P2)では、基板120が薄い比較例の面光源装置100’の場合(P1)よりも、光拡散板140の到達位置が光軸OAから離れた位置であった。これは、比較例の面光源装置100’と比較して、本実施の形態に係る面光源装置100では、基板120が基板120’より厚く、出射面154から出射される位置が高くなった(光拡散板140側に位置している)ためと考えられる。
 次に、面光源装置100における光拡散板140上の輝度分布について調べた。図7は、光軸OAおよびX軸を含む断面(仮想断面)において、光拡散板140上における光軸OAからの距離(mm)と、光拡散板140上における相対輝度(%)との関係を示している。図7の横軸は、光拡散板140上における光軸OAからの距離(mm)である。図7の縦軸は、光拡散板140上における相対輝度(%)である。図7の実線は、前述の比較例の面光源装置100’であって、基板120の表面および光拡散板140の間隔が30mmの場合の結果を示しており、一点鎖線は、本実施の形態の面光源装置100であって、基板120の表面および光拡散板140の間隔が28mmの場合の結果を示しており、点線は、本実施の形態の面光源装置100であって、基板120の表面および光拡散板140の間隔が27mmの場合の結果を示している。
 図7に示されるように、基板120の表面および光拡散板140の間隔を短くするほど、発光装置130の直上付近の輝度が相対的に低くなっていることが分かる。まず、発光装置130の直上の光拡散板140の中央部分では、基板120の表面と、光拡散板140との間隔が短くなることで、発光装置130が光拡散板140に近づくため、輝度が高くなると考えられる。一方、発光装置130の直上部分でない光拡散板140の外周部分では、出射面154から出射される出射位置が光拡散板140側に近づくことで、光拡散板140への到達位置が光軸OAから離れた位置になると考えられる。ここで、発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度が小さい光の光度は、最大光度と比較してとても低い(図4参照)。よって、発光装置130と光拡散板140との間隔を短くしても、輝度は著しく高くならない。しかし、発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度が大きな光の光度は、とても高い(図4参照)。よって、発光装置130と光拡散板140との間隔を短くした場合、多くの光線の光拡散板140への到達位置が変化する。したがって、発光装置130の直上部分における輝度の増加量よりも、発光装置130から離れた外周部分における輝度の増加量が大きかったことにより、相対的に光拡散板140の中央部分の輝度が低くなり、逆に光拡散板140の外周部分の輝度が高くなったと考えられる。
 [変形例]
 次に、本実施の形態1の変形例の面光源装置200、300について説明する。図8Aは、変形例1の面光源装置200の模式的な断面図であり、図8Bは、変形例2の面光源装置200の模式的な断面図である。なお、図8A、Bにおける点P1は、前述した比較例の面光源装置100’において、図8A、Bと同じ出射角の光線の底面211への到達位置を示している。
 [変形例1]
 実施の形態1の変形例1に係る面光源装置200は、筐体210および基板220の構成が実施の形態1に係る面光源装置100と異なる。そこで、本変形例では、面光源装置100と異なる構成について主として説明する。
 図8Aに示されるように、本変形例に係る面光源装置200は、筐体210と、基板220と、発光装置130と、光拡散板140と、を有する。筐体210は、底面211と、2つの第1斜面112と、2つの第2斜面113と、を有する。
 底面211は、第1底面212と、2つの第2底面213と、を有する。第1底面212は、基板120が配置される平板である。第1底面212の大きさは、基板120よりも大きく形成されていればよい。2つの第2底面213は、複数の発光装置130の配列方向と平行に、かつ第1底面212を挟んで両側に配置されている。第1底面212は、複数の発光装置130の配列方向に対して垂直な仮想断面において、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140から離れるように傾斜している。第1底面211に対する第2底面213の傾斜角度は、6°より大きく9°未満であることが好ましく、7°以上9°未満であることがより好ましい。
 また、本変形例の場合でも、仮想断面において、発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、発光装置130から出射される光の最大光度に対して1.5%以下であり、仮想断面において、最大光度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、光軸OAに対して最大角度の絶対値をθとしたとき、出射面154は、第1斜面112の底面211側端部を通り、かつ光軸OAと交わる直線と、光軸OAとのなす角度のうち、大きい角度がθ以上の直線Lと交わるように配置されている。
 前述した第1底面212に対する第2底面213の傾斜角度と、基板220の厚みとは、出射面154が前記直線Lと交わるように配置されれば、適宜に設定できる。例えば、第1底面212に対する第2底面213の傾斜角度を大きくして、基板220を薄く形成してもよい。また、第1底面212に対する第2底面213の傾斜角度を小さくして、基板220を厚く形成してもよい。
 この場合、第2底面213が斜面である本実施の形態の面光源装置200(P3)における光線の底面211への到達位置は、底面111が平面である比較例の面光源装置100’の場合(P1)よりも、光軸OAから離れた位置であった。
 これにより、θ以上の角度で発光装置130から出射される光線は、θより大きな角度で出射される光は、仮想断面において光軸OAと底面211の第1斜面112側端部とを3等分したうち、第1斜面112側から2/3の領域に到達する。このように配置されることにより、発光装置130から出射される光線を光軸OAから離れた位置の底面211に到達させることができ、底面211の傾斜方向と反射特性に応じて、底面211での反射光を比較例の面光源装置100’よりも光軸OAから離れた位置の拡散板140上へ到達させて、従来の面光源装置100’と比較して光拡散板140上における輝度を均一にできる。
 [変形例2]
 実施の形態1の変形例2に係る面光源装置300は、筐体310の構成が実施の形態1の変形例1に係る面光源装置200と異なる。そこで、本変形例では、面光源装置200と異なる構成について主として説明する。
 図8Bに示されるように、本変形例に係る面光源装置300は、筐体310と、基板220と、発光装置130と、拡散板140と、を有する。筐体310は、底面311と、2つの第1斜面313と、2つの第2斜面113と、を有する。
 底面311は、第1底面212と、2つの第2底面312と、を有する。第1底面212は、基板120が配置される平板である。2つの第2底面312は、複数の発光装置130の配列方向と平行に、かつ第1底面212を挟んで両側に配置されている。第2底面312は、複数の発光装置130の配列方向に対して垂直な仮想断面において、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140から離れるように傾斜している。本実施の形態では、第2底面312は、仮想断面において、光拡散板140側に凹の曲面である。
 第1斜面313は、複数の発光装置130の配列方向と平行に、かつ第2底面312を挟んで両側に配置されている。また、仮想断面において、第1斜面313は、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140に近づくように傾斜している。本実施の形態では、第1斜面313は、仮想断面において、光拡散板140側に凹の曲面である。
 第2底面312と、第1斜面313とは、滑らかに接続されていてもよいし、不連続的に接続されていてもよい。第2底面312および第1斜面313が滑らかに接続されている場合、「第1斜面313の底面311側端部」とは、仮想断面において、第1斜面313の外側から接線を引いた場合に、当該接線の傾きがゼロ「0」になる部分を意味する。
 この場合、第2底面312が曲面である本実施の形態の面光源装置300(P4)における光線の底面311への到達位置は、底面111が平面である比較例の面光源装置100’の場合(P1)よりも、光軸OAから離れた位置であった。
 また、本変形例の場合でも、仮想断面において、発光装置130から出射され、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、発光装置130から出射される光の最大光度に対して1.5%以下であり、仮想断面において、最大光度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、光軸OAに対して最大角度の絶対値をθとしたとき、出射面は、第1斜面313の底面311側端部を通り、かつ光軸OAと交わる直線と、光軸OAとのなす角度のうち、大きい角度がθ以上の直線Lと交わるように配置されている。
 前述した第1底面212に対する第2底面213の傾斜角度と、基板220の厚みとは、出射面154が前記直線Lと交わるように配置されれば、適宜に設定できる。例えば、第1底面212に対する第2底面312の傾斜角度を大きくして、基板220を薄く形成してもよい。また、第1底面212に対する第2底面312の傾斜角度を小さくして、基板220を厚く形成してもよい。
 これにより、θ以上の角度で発光装置130から出射される光線は、θより大きな角度で出射される光は、仮想断面において光軸OAと底面311の第1斜面313側端部との間を3等分したうち、第1斜面313側から2/3の領域に到達する。このように配置されることにより、発光装置130から出射される光線を光軸OAから離れた位置の底面311に到達させることができ、底面311の傾斜方向および反射特性に応じて、底面311での反射光を比較例の面光源装置100’よりも光軸OAから離れた位置の光拡散板140上へ到達させて、従来の面光源装置と比較して光拡散板上における輝度を均一にできる。
 (効果)
 以上のように、本実施の形態に係る面光源装置100、200、300では、基板120を厚くするか、底面211、311の形状を変更することで、出射面154から出射される光線の底面111における到達位置を光軸OAから遠くにすることで、発光装置130の直上部分の光度と、発光装置130の外周部分の光度との差を小さくできる。よって全体として光拡散板140を均一に照らすことができる。
 [実施の形態2]
 実施の形態2の面光源装置400は、平面視形状が円形である点において、実施の形態1の面光源装置100と異なる。そこで、以下の説明では、面光源装置400を構成する部材の形状を主として説明する。
 図9A~Cは、実施の形態2の面光源装置400の構成を示す図である。図9Aは、面光源装置400において光拡散板140を外した平面図であり、図9Bは、面光源装置400の断面図であり、図9Cは、光束制御部材432の断面図である。図9A~Cに示されるように実施の形態2の面光源装置400は、面光源装置400は、筐体410と、基板420と、発光素子131および光束制御部材432を含む複数の発光装置430と、光拡散板140と、を有する。本実施の形態において、筐体410、基板420、光束制御部材432および光拡散板140の平面視形状は、いずれも円形である。
 筐体410は、底面411と、斜面412と、を有する。底面411の平面視形状は、円形である。斜面412は、発光素子131の光軸OAを含む断面において、光軸OAに対して底面411より離れた位置に配置されている。斜面412は、光軸OAを含む断面において、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140に近づくように傾斜している。
 光軸OAを含む断面において、斜面412は、直線状であってもよいし、光拡散板140側に凸の曲線状であってもよいし、光拡散板140側に凹の曲線状であってもよい。本実施の形態では、光軸OAを含む断面において、斜面412は、直線状である。すなわち、本実施の形態では、斜面412は、逆円錐台形状の側面の形状である。
 光束制御部材432は、入射面451と、裏面452と、反射面453と、出射面454と、脚部157と、を有する。入射面451と、裏面452と、反射面453と、出射面454と、脚部157と、は、いずれも光束制御部材432の中心軸を回転軸とした回転対称(円対称)である。
 光軸OAを含む断面において、発光装置430から出射され、光軸OAに対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、発光装置430から出射される光の最大光度に対して1.5%以下である。また、光軸OAを含む断面において、最大光度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、光軸OAに対して最大角度の絶対値をθとしたとき、出射面454は、斜面412の底面411側端部を通り、かつ光軸OAと交わる直線と、光軸OAとのなす角度のうち、大きい角度が前記θ以上の直線Lと交わるように配置されている。
 (効果)
 本実施の形態の面光源装置400は、実施の形態1の面光源装置100と同様の効果を有する。
 なお、特に図示していないが、本実施の形態においても、底面は、第1底面と、第2底面と、を有していてもよい。この場合、第2底面は、光軸OAを含む断面において、光軸OAから離れるにつれて、光拡散板140から離れるように傾斜する。すなわち、第2底面は、円錐台形状の側面形状となる。また、光軸OAを含む断面において、第2底面および斜面は、光拡散板140側に凹の曲線状であってもよい。
 本出願は、2017年11月20日出願の特願2017-222891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。
 本発明に係る面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや看板、一般照明などに適用できる。
 100、100’、200、300、400 面光源装置
 101’ 表示装置
 107 被照射部材
 110、210、310、410 筐体
 111、211、311、411 底面
 112、313 第1斜面
 113 第2斜面
 120、220、420 基板
 130、430 発光装置
 131 発光素子
 132、432 光束制御部材
 140 光拡散板
 151、451 入射面
 152、452 裏面
 153、453 反射面
 154、454 出射面
 157 脚部
 212 第1底面
 213、312 第2底面
 412 斜面
 OA 光軸
 CA 中心軸

Claims (6)

  1.  開口部を有する箱状の筐体と、
     前記筐体内に配置された基板と、
     前記基板上に配置された発光装置と、
     前記開口部を覆うように配置された光拡散板と、を有し、
     前記発光装置は、
     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、
     前記筐体は、
     前記基板が配置された底面と、
     前記発光素子の光軸を含む断面において、前記光軸に対して前記底面より離れた位置に配置された斜面と、を有し、
     前記斜面は、前記光軸を含む断面において、前記光軸から離れるにつれて、前記光拡散板に近づくように傾斜し、
     前記光束制御部材は、
     前記光軸と交わるように裏側に配置され、前記発光素子から出射された光を入射させる入射面と、
     前記入射面を囲うように配置され、前記光軸から離れる方向に延在した裏面と、
     表側に配置され、前記入射面で入射した光の一部を、前記光軸と略垂直の方向に反射させる反射面と、
     前記反射面および前記裏面を繋ぐように配置され、前記反射面で反射された光および前記入射面で入射した光を外部に出射させる出射面と、を有し、
     前記光軸を含む断面において、前記発光装置から出射され、前記光軸に対する角度の絶対値が0~60°の光の光度は、前記発光装置から出射される光の最大光度に対して1.5%以下であり、
     前記光軸を含む断面において、前記最大光度の70%以上の光度の光が出射される角度範囲のうち、前記光軸に対して最大角度の絶対値をθとしたとき、前記出射面は、前記斜面の前記底面側端部を通り、かつ前記光軸と交わる直線と、前記光軸とのなす角度のうち、大きい角度が前記θ以上の前記直線と交わるように配置されている、
     面光源装置。
  2.  前記発光装置は、前記基板上に一方向に複数配置され、
     前記斜面は、前記複数の発光装置の配列方向と平行に、前記底面を挟んで両側に配置され、かつ前記複数の発光装置の配列方向に対して垂直な仮想断面において、前記光軸から離れるにつれて、前記光拡散板に近づくように傾斜しており、
     前記反射面は、表側に配置され、前記入射面で入射した光の一部を、前記光軸と略垂直であり、かつ互いに略反対向きである方向にそれぞれ反射させるように2つ配置され、
     前記出射面は、前記2つの反射面を挟んで、前記光軸に垂直な方向であって、かつ前記仮想断面において互いに対向するように配置され、前記2つの反射面で反射された光および前記入射面で入射した光をそれぞれ外部に出射させるように2つ配置されている、
     請求項1に記載の面光源装置。
  3.  前記複数の発光装置は、前記基板上に一列に配列されている、請求項2に記載の面光源装置。
  4.  前記2つの斜面は、それぞれ平面である、請求項2または請求項3に記載の面光源装置。
  5.  前記発光素子の光軸と、前記基板の表面に対する法線とは、平行である、請求項1~4のいずれか一項に記載の面光源装置。
  6.  請求項1~5のいずれか一項に記載の面光源装置と、
     前記光拡散板の上に配置された表示部材と、を有する、
     表示装置。
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