WO2025249145A1 - 面状照明装置 - Google Patents

面状照明装置

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WO2025249145A1
WO2025249145A1 PCT/JP2025/017369 JP2025017369W WO2025249145A1 WO 2025249145 A1 WO2025249145 A1 WO 2025249145A1 JP 2025017369 W JP2025017369 W JP 2025017369W WO 2025249145 A1 WO2025249145 A1 WO 2025249145A1
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WO
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light
lens
reflector
light sources
distribution
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PCT/JP2025/017369
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English (en)
French (fr)
Inventor
恵祐 後藤
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MinebeaMitsumi Inc
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MinebeaMitsumi Inc
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction

Definitions

  • the present invention relates to a surface lighting device.
  • Direct-type planar lighting devices which have a substrate on which multiple light sources are arranged two-dimensionally, and a reflector arranged on this substrate with a reflective surface surrounding the emission side of each light source.
  • light from the light source is focused by a linear Fresnel lens with concave and convex grooves extending in one direction (e.g., the horizontal or lateral direction when the user views the emission surface directly or indirectly), and the optical axis is tilted by a peak-shift prism with concave and convex grooves extending in the same direction as the linear Fresnel lens, thereby achieving a narrow light distribution in a direction perpendicular to the grooves (e.g., the vertical or longitudinal direction).
  • Direct-type planar lighting devices equipped with a linear Fresnel lens and a peak-shift prism are used, for example, in head-up displays (HUDs), which require high brightness.
  • display devices including HUDs
  • H directly in front
  • the backlight surface lighting device that illuminates the LCD panel used as the display device is required to be able to look good from both directions while improving the uniformity of brightness in each direction.
  • various methods for improving surface lighting devices have been proposed, but further improvements are desired.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide a surface lighting device that can improve the uniformity of brightness in each direction while maintaining a good appearance from two directions.
  • one aspect of the present invention provides a surface lighting device comprising: a plurality of light sources; a reflector having a reflective surface surrounding the emission side of each of the plurality of light sources; a focusing lens disposed on the emission side of the reflector for focusing light emitted from the plurality of light sources; and a light distribution lens disposed on the emission side of the focusing lens for tilting the distribution of light focused by the focusing lens in one direction, wherein the apex of the reflector is positioned at a position offset from the center position of two adjacent light sources in the one direction.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a surface illumination device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the behavior of light rays when the reflector according to Comparative Example A is used.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the behavior of light rays when the reflector according to the embodiment is used.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a luminance distribution when a reflector according to a comparative example is used.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a luminance distribution when the reflector according to the embodiment is used.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of the reflector according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the asymmetric structure of the condenser lens according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a surface illumination device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the behavior of light rays when the reflector according to Compar
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the asymmetric structure of the condenser lenses according to the comparative examples B1 to B4.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a luminance distribution when a condenser lens according to a comparative example is used.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a luminance distribution when the condenser lens according to the embodiment is used.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the condenser lens according to the embodiment.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating the luminance distribution of a surface illumination device according to a comparative example.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating a luminance distribution of the planar illumination device according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of the planar illumination device according to the embodiment.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating the luminance distribution of a surface illumination device according to a comparative example.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating a luminance distribution of the planar illumination device according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the effect of the planar illumination device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a surface lighting device 1 according to an embodiment, and is an end view showing the state within the thickness.
  • the light-emitting surface of the surface lighting device 1 is in the X-Y plane, and the thickness direction of the surface lighting device 1 is defined as the Z-axis direction.
  • the X-axis direction corresponds to the horizontal direction (H) and the Y-axis direction corresponds to the vertical direction (V).
  • the positive direction of the Y-axis corresponds to the "upper side” and the negative direction of the Y-axis corresponds to the "lower side.”
  • the usage state of the surface lighting device 1 is not limited to the above-mentioned direction and can be used in any direction.
  • the surface lighting device 1 includes a bottom frame 2, a substrate 3, a light source 4, a reflector 5, a condenser lens 6, a light distribution lens 7, and a reflective polarizing film 8.
  • the bottom frame 2 is a generally box-shaped member with a bottom that houses the substrate 3 (described below) and other components.
  • the bottom frame 2 is fitted with a top frame (not shown) that has an opening for emitting light, thereby forming the exterior of the surface lighting device 1.
  • the bottom frame 2 is appropriately provided with structures (protrusions, holes, etc.) for housing the substrate 3 and other components, as well as connectors for electrical connection.
  • the substrate 3 is provided at the bottom of the bottom frame 2 and is a component that includes electronic components such as the light source 4, which will be described later.
  • the light sources 4 are composed of LEDs (Light Emitting Diodes) or the like, and are arranged two-dimensionally (e.g., in a grid pattern) on the substrate 3. Light sources 4 with a light distribution pattern known as a top hat type are suitable. Each of the multiple light sources 4 is driven individually, enabling so-called local dimming drive.
  • the reflector 5 is arranged on the side of the substrate 3 where the light sources 4 are arranged, and includes a reflective wall 51 extending along the Y-axis direction and a reflective wall 52 extending along the X-axis direction.
  • the reflective walls 51 and 52 of the reflector 5 are arranged at equal intervals between each of the multiple light sources 4, forming a reflective surface that rectangularly surrounds the emission side of each light source 4. This improves contrast when the multiple light sources 4 are driven using local dimming.
  • the unit area into which the individual light sources 4 are separated by the reflector 5 is referred to as a "segment (or zone)."
  • the height of the reflector 5 can be set arbitrarily, but it is preferable for the reflective wall 52 to be higher than the reflective wall 51, as shown, to reduce stray light.
  • the apex of the reflector 5 in this embodiment is positioned in a position offset in the Y-axis direction from the center position of two adjacent light sources 4, and the inclination angles (absolute values) of the reflective surfaces 52a and 52b relative to the optical axis (axis parallel to the Z-axis) are different.
  • the inclination angle of the reflective surface 52a is configured to be smaller than the inclination angle of the reflective surface 52b, the apex of the reflector 5 is positioned in a position offset toward the negative Y-axis direction (downward).
  • An example configuration of the reflector 5 will be described in detail later.
  • the condenser lens 6 is an optical element that is disposed on the output side of the reflector 5 and condenses light from the light source 4 in the Y-axis direction.
  • the condenser lens 6 is an optical element that has a lenticular lens with concave and convex grooves extending along the Y-axis direction in the incident surface, and a linear Fresnel lens with concave and convex grooves extending along the X-axis direction in the output surface.
  • the linear Fresnel lens has grooves formed periodically to match the spacing (pitch) between the multiple light sources 4.
  • the linear Fresnel lens of the condenser lens 6 in this embodiment is an asymmetric Fresnel lens with a different defocus ratio depending on the region in the Y-axis direction.
  • An example configuration of the condenser lens 6 will be described in detail later.
  • the light distribution lens 7 has a peak-shift prism with concave and convex grooves extending along the X-axis direction on the entrance surface, and a lenticular lens with concave and convex grooves extending along the Y-axis direction on the exit surface.
  • the light distribution lens 7 may be equipped with a composite prism that combines the functions of a linear prism that tilts light and a lenticular lens that expands light, as disclosed in, for example, JP 2023-127243 A.
  • the reflective polarizing film 8 is an optical component that is placed on the output side of the light distribution lens 7 and improves the brightness of the emitted light.
  • the reflective polarizing film 8 is made of, for example, a roughly plate-shaped DBEF (Dual Brightness Enhancement Films), and has polarization that matches the liquid crystal panel provided on the output side of the surface lighting device 1.
  • DBEF Double Brightness Enhancement Films
  • the reflector 5 has an asymmetric shape in which the inclination angles of a pair of reflective surfaces (reflective surface 52a and reflective surface 52b) in the Y-axis direction (the direction in which the light distribution is inclined by the peak shift prism) are different from each other.
  • the inclination angle of reflective surface 52a (corresponding to the first reflective surface) is configured to be smaller than the inclination angle of reflective surface 52b (corresponding to the second reflective surface), so that the apex of the reflector 5 is positioned shifted toward the negative Y-axis direction (downward). This is expected to increase the dominance of light that is incident on the light distributing lens 7 during segment S and that travels downward (toward the negative Y-axis direction, the side in which the light distribution is inclined by the peak shift prism), thereby increasing brightness.
  • Reflector 5' has a shape that is symmetrical in the Y-axis direction, and the inclination angles of the pair of reflecting surfaces are the same (the absolute values of the angles are the same).
  • Figure 2 is a diagram showing an example of the behavior of light rays when a reflector 5' according to Comparative Example A is used. Figure 2 illustrates the behavior of light rays that arrive at segment S directly from the light source 4 without passing through the reflector 5'.
  • the multiple principal surfaces 71 of the light distribution lens 7 are not symmetrical with respect to the optical axis of the light source 4, but are tilted in one direction with respect to the Y-axis direction (the up-down direction in the figure), and the tilt angle is constant in the Y-axis direction. Therefore, the difference in behavior between light rays traveling below the optical axis of the light source 4 and light rays traveling above the optical axis becomes greater as they approach the edge of segment S.
  • Figure 3 is a diagram showing an example of the behavior of light rays when a reflector 5 according to an embodiment is used. Figure 3 illustrates the behavior of light rays that reach segment S directly without passing through reflector 5.
  • the light rays traveling from the light source 4 toward the edge of the reflector 5 are inferior to the light traveling upward compared to Figure 2, and light traveling downward is dominant, due to the top of the reflector 5 being shifted downward.
  • the light incident on the main surface 71 is more dominant than the light incident on the raised surface 72, which is expected to properly demonstrate the light distribution performance of the light distribution lens 7 and improve bright lines and dark lines at the edge of segment S.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating the luminance distribution when a reflector according to a comparative example is used.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating the luminance distribution when a reflector according to an embodiment is used.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of reflector 5 according to an embodiment.
  • FIG. 5 illustrates the results of comparing the relative luminance at the V cross section of FIGS. 4A and 4B. Note that the condenser lens 6, described below, is not applied in FIGS. 4A, 4B, and 5.
  • the configuration in which the apex of the reflector is shifted downward is not limited to being achieved by making the inclination angle of reflective surface 52a smaller than the inclination angle of reflective surface 52b.
  • the apex of a reflector that is symmetrical in the Y-axis direction i.e., a reflector with the same shape as reflector 5'
  • the condenser lens 6 has an asymmetric linear Fresnel lens with a different defocus ratio depending on the region in the Y-axis direction, which allows an appropriate defocus ratio to be set for each region, and is expected to have the effect of improving the luminance distribution for each region.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the asymmetric structure of the collecting lens 6 according to the embodiment. Note that FIG. 6 also illustrates a configuration related to the explanation of the asymmetric structure of the collecting lens 6.
  • the arrows between the collecting lens 6 and the light distributing lens 7 represent light rays, and the direction of the arrows (angle relative to the optical axis of the light source 4) represents the defocus ratio (degree of light concentration) of the collecting lens 6.
  • the distance between the collecting lens 6 and the light distributing lens 7 is shown widened in order to illustrate the arrows indicating light rays.
  • the linear Fresnel lens of the collecting lens 6 has different defocus rates in region 61 below the optical axis and region 62 above the optical axis; specifically, it is configured so that the defocus rate in region 61 is smaller than the defocus rate in region 62.
  • the light emitted from region 61 has a higher degree of concentration than the light emitted from region 62.
  • a high degree of concentration means that the angle of incidence with respect to the imaginary principal plane of the light distribution lens 7 is closer to perpendicular.
  • the asymmetric structure of the condenser lens 6 is based on the verification results of comparative examples B1 to B4, in which the defocus ratio of each region was changed.
  • Figure 7 is a diagram illustrating the asymmetric structure of the collecting lenses in comparative examples B1 to B4. Note that Figure 7 also illustrates configurations relevant to the explanation of the asymmetric structure of the collecting lens 6.
  • the arrows (dashed and solid lines) between the collecting lens 6 and the light distributing lens 7 represent light rays, and the direction (angle) of the arrows represents the defocus ratio (degree of light concentration) of the collecting lens 6.
  • the dashed arrows represent light rays collected at a typical defocus ratio
  • the solid arrows represent light rays collected at a defocus ratio changed (set) in the comparative example.
  • the distance between the collecting lens 6 and the light distributing lens 7 is shown wider in order to illustrate the arrows indicating the light rays.
  • the collecting lens 6-1 of Comparative Example B1 has an increased defocus ratio in the upper (non-tilt direction) region.
  • the collecting lens 6-2 of Comparative Example B2 has a decreased defocus ratio in the upper (non-tilt direction) region.
  • the collecting lens 6-3 of Comparative Example B3 has an increased defocus ratio in the lower (tilt direction) region.
  • the collecting lens 6-4 of Comparative Example B4 has a decreased defocus ratio in the lower (tilt direction) region.
  • Comparative Example B1 As shown in Table 1, in Comparative Example B1, the brightness distribution in the oblique directions improved, but the brightness distribution in the front direction deteriorated, resulting in prominent dark lines. In Comparative Example B2, the bright and dark lines in the brightness distribution in the front direction improved, but the brightness distribution in the oblique directions deteriorated, resulting in the dark areas in particular becoming larger. In Comparative Example B3, the brightness distribution in both the front and oblique directions deteriorated, resulting in prominent bright lines in the front direction. In Comparative Example B4, the brightness distribution in the front direction improved, the bright lines were weakened, and there was little impact on the brightness distribution in the oblique directions.
  • a condenser lens 6 was found that has a linear Fresnel lens with an asymmetric structure (a structure in which the defocus rate is asymmetric with respect to an imaginary plane including the optical axis of the light source) in which the defocus rate in region 61 is smaller than a typical value and the defocus rate in region 62 is about the same as a typical value.
  • the "typical defocus rate” will vary depending on the configuration of other optical components, it is preferable to derive it as a value that results in an optimal luminance distribution when using a linear Fresnel lens with a constant defocus rate in the Y-axis direction.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating the luminance distribution when a condenser lens according to a comparative example is used.
  • FIG. 8B is a diagram illustrating the luminance distribution when a condenser lens according to an embodiment is used.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the condenser lens 6 according to an embodiment.
  • FIG. 9 illustrates the results of comparing the relative luminance at the V cross section of FIGS. 8A and 8B.
  • condenser lens 6' is an optical element having a lenticular lens similar to condenser lens 6 and a linear Fresnel lens with a constant defocus ratio in the Y-axis direction. Also, reflector 5 is not applied in FIGS. 8A, 8B, and 9.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating the luminance distribution of a planar lighting device according to a comparative example.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating the luminance distribution of a planar lighting device according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of the planar lighting device according to the embodiment.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating the luminance distribution of a planar lighting device according to a comparative example.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating the luminance distribution of a planar lighting device according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the effect of the planar lighting device 1 according to the embodiment.
  • FIGS. 10A is a diagram illustrating the luminance distribution of a planar lighting device according to a comparative example.
  • FIG. 10B is a diagram illustrating the luminance distribution of a planar lighting device according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the effect of the planar lighting device according to the embodiment.
  • the planar lighting device 1 according to the embodiment is configured to include the reflector 5 and condensing lens 6 described above, while the comparative example is configured without the reflector 5 and condensing lens 6, i.e., includes a reflector 5′ and condensing lens 6′.
  • FIG. 11 illustrates the results of a comparison of relative luminance in the V cross section of FIGS. 10A and 10B.
  • FIG. 13 illustrates the results of a comparison of relative luminance in the V cross section of FIGS. 12A and 12B.
  • the planar lighting device comprises a plurality of light sources, a reflector having a reflective surface surrounding the emission side of each of the plurality of light sources, a condensing lens disposed on the emission side of the reflector for condensing light emitted from the plurality of light sources, and a light distribution lens disposed on the emission side of the condensing lens for tilting the distribution of light condensed by the condensing lens in one direction, with the apex of the reflector positioned at a position offset from the center positions of two adjacent light sources in the one direction.
  • the planar lighting device can increase the dominance of light incident on the light distribution lens in one direction (e.g., downward/negative Y-axis direction) during segmentation, thereby increasing brightness.
  • the apex of the reflector is positioned offset from the center position of the two adjacent light sources in the tilt direction (e.g., downward/negative Y-axis direction) caused by the light distribution lens. This allows the surface lighting device to maximize the light distribution performance of the light distribution lens by increasing the dominance of light directed in the tilt direction caused by the light distribution lens (peak shift prism), thereby improving bright lines and dark lines at the edges of the segments S.
  • the reflector has a pair of reflective surfaces with different inclination angles. This allows the surface lighting device to increase the dominance of light that enters the light distribution lens in one direction (e.g., downward/negative Y-axis direction) during segmentation, thereby increasing brightness.
  • the angle of inclination of the first reflecting surface of the reflector, located on the side of the inclination direction of the light distribution lens, relative to the optical axis is smaller than the angle of inclination of the second reflecting surface, located on the opposite side of the first reflecting surface, relative to the optical axis.
  • the condenser lens is an asymmetric Fresnel lens with a different defocus ratio depending on the region. This allows the surface lighting device to set an appropriate defocus ratio depending on the region, improving the brightness distribution in each region.
  • the focusing lens has a small defocus ratio in the area on the tilt direction side of the light distribution lens. This allows the surface lighting device to weaken the bright lines in the area on the tilt direction side (lower side).
  • the planar lighting device comprises a plurality of light sources; a reflector having an inclined reflective surface surrounding the emission side of each of the plurality of light sources; a condensing lens disposed on the emission side of the reflector for condensing light emitted from the plurality of light sources; and a light distribution lens disposed on the emission side of the condensing lens for inclining the distribution of light condensed by the condensing lens in one direction, the condensing lens being an asymmetric Fresnel lens with a different defocus ratio depending on the region.
  • the planar lighting device can increase the dominance of light incident on the light distribution lens in the inclined direction during segmentation, thereby increasing brightness.
  • the multiple light sources are arranged in a grid pattern. This makes it easy to support local dimming drive, and the reflective walls of the reflector placed between each light source can be formed regularly, efficiently improving bright lines and dark lines.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the present invention also includes configurations that appropriately combine the above-described components.
  • further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)

Abstract

実施形態にかかる面状照明装置（１）は、複数の光源（４）と、前記複数の光源（４）それぞれの出射側を囲む反射面を有するリフレクタ（５）と、前記リフレクタ（５）の出射側に配置され、前記複数の光源（４）から出射された光を集光する集光レンズ（６）と、前記集光レンズ（６）の出射側に配置され、前記集光レンズ（６）によって集光された光の配光を一の方向において傾斜させる配光レンズ（７）と、を備え、前記リフレクタ（５）の頂部は、前記一の方向において、隣り合う２つの前記光源（４）の中心位置からずれた位置に配置される。

Description

面状照明装置
　本発明は、面状照明装置に関する。
　複数の光源が２次元に配置された基板と、この基板上に配置され、個々の光源の出射側を囲む反射面を有するリフレクタとを有する、いわゆる直下型の面状照明装置が知られている。このような直下型の面状照明装置では、一方向（例えば、ユーザからの直接または間接による出射面の目視時における横方向、水平方向）に凹凸の溝が延びるリニアフレネルレンズによって光源からの光を集光し、リニアフレネルレンズと同じ方向に凹凸の溝が延びるピークシフトプリズムによって光軸を傾けて、溝と直交する方向（例えば、縦方向、垂直方向）に狭い配光を実現する場合がある。リニアフレネルレンズとピークシフトプリズムを備えた直下型の面状照明装置は、例えば、高輝度が要求されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head　Up　Display）などに利用される。
特開２０２２－１８２４５４号公報
　ところで、一般に、ＨＵＤを含めた表示装置では、正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）および斜め方向（例えば、Ｈ＝３０ｄｅｇ）などの２方向からの閲覧が想定されており、表示装置としての液晶表示パネルを照明するバックライト（面状照明装置）には、２方向からの見栄えを両立しつつ、各方向における輝度の不均一性を改善することが求められている。このため、面状照明装置では種々の改善方法が提案されているが、更なる改善が望まれている。
　本発明が解決しようとする課題は、２方向からの見栄えを両立しつつ、各方向における輝度の不均一性を改善することができる面状照明装置を提供することである。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる面状照明装置は、複数の光源と、前記複数の光源それぞれの出射側を囲む反射面を有するリフレクタと、前記リフレクタの出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの出射側に配置され、前記集光レンズによって集光された光の配光を一の方向において傾斜させる配光レンズと、を備え、前記リフレクタの頂部は、前記一の方向において、隣り合う２つの前記光源の中心位置からずれた位置に配置される。
図１は、実施形態にかかる面状照明装置の構成例を示す図である。 図２は、比較例Ａにかかるリフレクタの適用時における光線の振る舞いの一例を示す図である。 図３は、実施形態にかかるリフレクタの適用時における光線の振る舞いの一例を示す図である。 図４Ａは、比較例にかかるリフレクタを用いた場合の輝度分布を例示する図である。 図４Ｂは、実施形態にかかるリフレクタを用いた場合の輝度分布を例示する図である。 図５は、実施形態にかかるリフレクタによる効果を説明するための図である。 図６は、実施形態にかかる集光レンズの非対称構造について説明するための図である。 図７は、比較例Ｂ１～Ｂ４にかかる集光レンズの非対称構造について説明するための図である。 図８Ａは、比較例にかかる集光レンズを用いた場合の輝度分布を例示する図である。 図８Ｂは、実施形態にかかる集光レンズを用いた場合の輝度分布を例示する図である。 図９は、実施形態にかかる集光レンズによる効果を説明するための図である。 図１０Ａは、比較例にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。 図１０Ｂは、実施形態にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。 図１１は、実施形態にかかる面状照明装置による効果を説明するための図である。 図１２Ａは、比較例にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。 図１２Ｂは、実施形態にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。 図１３は、実施形態にかかる面状照明装置による効果を説明するための図である。
　以下、実施形態にかかる面状照明装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。
　（基本構成）
　図１は、実施形態にかかる面状照明装置１の構成例を示す図であり、厚み内の様子を示す端面図である。便宜上、面状照明装置１の発光面がＸ－Ｙ平面内にあり、面状照明装置１の厚み方向をＺ軸方向としている。また、面状照明装置１に装着される液晶パネル（図示せず）等に面状照明装置１が発した光が入射して利用者から見える使用状態においては、Ｘ軸方向が水平方向（Ｈ）に対応し、Ｙ軸方向が垂直方向（Ｖ）に対応する。具体的には、面状照明装置１の使用状態においては、Ｙ軸正方向側が「上側」に対応し、Ｙ軸負方向側が「下側」に対応する。なお、面状照明装置１の使用状態は上記の方向に限定されるものではなく、任意の方向にて使用可能である。
　なお、本実施形態では、面状照明装置１は、正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）および斜め方向（Ｈ＝３０ｄｅｇ）の２方向からの閲覧が想定されており、出射光の光軸がＶ＝－１２ｄｅｇ方向に傾斜（ピークシフト）される場合を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　図１に示すように、面状照明装置１は、ボトムフレーム２、基板３、光源４、リフレクタ５、集光レンズ６、配光レンズ７、および反射型偏光フィルム８を備える。
　ボトムフレーム２は、後述する基板３等を収容する略有底箱状の部材である。ボトムフレーム２は、光を出射するための開口が設けられたトップフレーム（図示せず）と嵌め合わされることにより、面状照明装１の外装を形成する。なお、詳述しないが、ボトムフレーム２には、基板３や他の部材を収容するための構造（突起、孔等）や、電気的な接続のためのコネクタ等が適宜設けられる。
　基板３は、ボトムフレーム２の底部に設けられ、後述する光源４等の電子部品を備える部材である。
　光源４は、ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）等により構成され、基板３上に２次元（例えば、格子状）に複数配置される。光源４は、例えばトップハット型と呼ばれる配光を持ったものが好適である。複数の光源４それぞれは、個別に駆動が行われ、いわゆる、ローカルディミング駆動に対応することができる。
　リフレクタ５は、基板３の光源４が配置される側に配置され、Ｙ軸方向に沿って延在する反射壁５１と、Ｘ軸方向に沿って延在する反射壁５２とを含む。リフレクタ５は、反射壁５１および反射壁５２が複数の光源４それぞれの間に等間隔に配置されることにより、個々の光源４の出射側を矩形状に囲む反射面を形成する。これにより、複数の光源４をローカルディミング駆動させた場合のコントラストを向上させることができる。なお、個々の光源４がリフレクタ５によって区切られた単位領域を「セグメント（またはゾーン）」と記載する。また、リフレクタ５の高さは任意に設定可能であるが、迷光を低減するため、図示のように反射壁５２が反射壁５１より高いのが好適である。
　ここで、実施形態にかかるリフレクタ５の頂部は、Ｙ軸方向において、隣り合う２つの光源４の中心位置からずれた位置に配置され、反射面５２ａおよび反射面５２ｂの光軸（Ｚ軸に平行な軸）に対する傾斜角（絶対値）が互いに異なる。例えば、反射面５２ａの傾斜角が反射面５２ｂの傾斜角より小さく構成されることにより、リフレクタ５の頂部はＹ軸負方向側（下側）にずれた位置に配置される。なお、リフレクタ５の構成例については、後に詳述する。
　集光レンズ６は、リフレクタ５の出射側に配置され、光源４からの光をＹ軸方向に集光する光学部材である。例えば、集光レンズ６は、入射面内のＹ軸方向に沿って凹凸の溝が延在するレンチキュラーレンズと、出射面内のＸ軸方向に沿って凹凸の溝が延在するリニアフレネルレンズとを有する光学部材である。リニアフレネルレンズは、複数の光源４の間隔（ピッチ）に合わせて溝が周期的に形成される。
　ここで、実施形態にかかる集光レンズ６のリニアフレネルレンズは、Ｙ軸方向における領域に応じてデフォーカス率が異なる非対称のフレネルレンズである。なお、集光レンズ６の構成例については、後に詳述する。
　配光レンズ７は、集光レンズ６の出射側に配置され、集光レンズ６によって集光された光の配光をＹ軸方向において傾斜（Ｖ＝－１２ｄｅｇ方向にピークシフト）させる光学部材である。例えば、配光レンズ７は、入射面内のＸ軸方向に沿って凹凸の溝が延在するピークシフトプリズムと、出射面内のＹ軸方向に沿って凹凸の溝が延在するレンチキュラーレンズを有する。
　なお、配光レンズ７は、例えば特開２０２３－１２７２４３号公報に開示されるように、光を傾斜させるリニアプリズムとしての機能と、光を広げるレンチキュラーレンズとしての機能とが複合された複合プリズムを備えていてもよい。
　反射型偏光フィルム８は、配光レンズ７の出射側に配置され、出射光の輝度を向上させる光学部材である。反射型偏光フィルム８は、例えば略板状のＤＢＥＦ（Dual　Brightness　Enhancement　Films）等により構成され、面状照明装置１の出射側に設けられる液晶パネルに合わせた偏光を有する。
　（リフレクタ５の構成）
　リフレクタ５は、Ｙ軸方向（ピークシフトプリズムによって光の配光を傾斜させる方向）における一対の反射面（反射面５２ａおよび反射面５２ｂ）の傾斜角が互いに異なり、非対称な形状を有する。具体的には、反射面５２ａ（第１反射面に相当）の傾斜角が反射面５２ｂ（第２反射面に相当）の傾斜角より小さく構成されることにより、リフレクタ５の頂部はＹ軸負方向側（下側）にずれた位置に配置される。これにより、セグメントＳの際において配光レンズ７に入射する光のうち下側（Ｙ軸負方向側、ピークシフトプリズムによって光の配光を傾斜させる側）へ向かう光の優位性を上げ、輝度を上げる効果が期待される。
　ここで、比較例Ａにかかるリフレクタ５’の適用時における光線の振る舞いについて説明する。リフレクタ５’は、Ｙ軸方向において対称な形状を有し、一対の反射面の傾斜角が同一（角度の絶対値が同一）である。
　図２は、比較例Ａにかかるリフレクタ５’の適用時における光線の振る舞いの一例を示す図である。図２には、光源４からリフレクタ５’を介さずに直接的にセグメントＳの際に到達する光線の振る舞いを例示する。
　図２に示すように、Ｖ＝－１２ｄｅｇ方向にピークシフトさせるため、配光レンズ７の複数の主面７１は、光源４の光軸に対して対称ではなく、Ｙ軸方向（図示上下方向）に対して一方向に傾いており、その傾き角はＹ軸方向において一定である。このため、光源４の光軸より下側へ向かう光線と、光軸より上側へ向かう光線とでは、セグメントＳの際に近づくにつれて振る舞いの違いが大きくなる。例えば、光源４からの光を、均一性を優先して集光レンズ６により幾分デフォーカス気味に集光する場合、光源４から上側に位置するリフレクタ５’の際（セグメントＳの際）に向かう光線は、集光レンズ５を通過した後、幾分上側に向かうため配光レンズ７の主面７１ではなく立ち上げ面７２に入射する場合がある。この場合、配光レンズ７の配光性能が正しく発揮されない。また、主面７１に入射したとしても入射光が光軸に平行でなければ所望の方向（Ｖ＝－１２ｄｅｇ方向）に正確にピークシフトさせることができない。また、光源４から下側に位置するリフレクタ５’の際（セグメントＳの際）に向かう光線は、集光レンズ６を介して幾分下側へ向かうため、配光レンズ７の主面７１に入射し易くなるものの、所望の方向よりも幾分下側へピークシフトさせてしまう。これらの現象が重なり、これに光源４が発光する光の配光分布が重なる結果として、セグメントＳの際では輝線や暗線（暗部）が生じることとなると考えられる。
　図３は、実施形態にかかるリフレクタ５の適用時における光線の振る舞いの一例を示す図である。図３には、リフレクタ５を介さずに直接的にセグメントＳの際に到達する光線の振る舞いを例示する。
　図３に示すように、光源４からリフレクタ５の際（セグメントＳの際）へ向かう光線は、リフレクタ５の頂部が下側にずれたことにより、図２と比較して上側へ向かう光が劣位となり、下側へ向かう光が優位となる。この結果、立ち上げ面７２に入射する光より主面７１に入射する光の優位性を高めることができるので、配光レンズ７の配光性能が正しく発揮され、セグメントＳの際における輝線や暗線を改善することが期待される。
　図４Ａは、比較例にかかるリフレクタを用いた場合の輝度分布を例示する図である。図４Ｂは、実施形態にかかるリフレクタを用いた場合の輝度分布を例示する図である。図５は、実施形態にかかるリフレクタ５による効果を説明するための図である。図４Ａには、リフレクタ５’適用時の斜め方向（Ｈ＝３０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図４Ｂには、リフレクタ５適用時の斜め方向（Ｈ＝３０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図５は、図４Ａおよび図４ＢのＶ断面における相対輝度の比較結果を例示する。なお、図４Ａ、図４Ｂ、および図５では後述の集光レンズ６は非適用である。
　この結果、図５の矢印で示すように、リフレクタ５’の適用時にセグメントＳの際に生じていた暗部領域が、実施形態にかかるリフレクタ５の適用により改善することが判明した。
　なお、リフレクタの頂部を下側にずらした構成は、反射面５２ａの傾斜角を反射面５２ｂの傾斜角より小さくすることにより実現されるのみではない。例えば、Ｙ軸方向において対称な形状を有するリフレクタ（つまり、リフレクタ５’と同形状のリフレクタ）を、隣り合う２つの光源４の中心位置から下側にずらすことにより、リフレクタの頂部を下側にずらしてもよい。これにより、下側（Ｙ軸負方向側）へ向かう光の優位性を上げ、輝度を上げる効果が期待される。
　（集光レンズ６の構成）
　集光レンズ６は、Ｙ軸方向における領域に応じてデフォーカス率が異なる非対称のリニアフレネルレンズを有する。これにより、領域に応じて適切なデフォーカス率を設定できるので、領域ごとに輝度分布を改善する効果が期待される。
　図６は、実施形態にかかる集光レンズ６の非対称構造について説明するための図である。なお、図６には、集光レンズ６の非対称構造の説明に関連する構成を図示している。また、集光レンズ６と配光レンズ７との間の矢印は光線を表し、矢印の向き（光源４の光軸に対する角度）は集光レンズ６のデフォーカス率（集光度合い）を表す。また、図６には、光線を示す矢印を図示するため、集光レンズ６と配光レンズ７との間隔を広げて図示している。
　図６に示すように、集光レンズ６のリニアフレネルレンズは、光軸より下側の領域６１と、光軸より上側の領域６２とでデフォーカス率が異なっており、具体的には領域６１のデフォーカス率が領域６２のデフォーカス率より小さくなるように構成される。このため、領域６１からの出射光は、領域６２からの出射光と比較して集光度合いが高くなる。なお、集光度合いが高いことは、配光レンズ７の仮想主平面に対する入射角が垂直に近くなることを意味している。
　ここで、集光レンズ６の非対称構造は、各領域のデフォーカス率を変更した比較例Ｂ１～Ｂ４の検証結果に基づくものである。
　図７は、比較例Ｂ１～Ｂ４にかかる集光レンズの非対称構造について説明するための図である。なお、図７には、集光レンズ６の非対称構造の説明に関連する構成を図示している。また、集光レンズ６と配光レンズ７との間の矢印（破線および実線）は光線を表し、矢印の向き（角度）は集光レンズ６のデフォーカス率（集光度合い）を表す。このうち、破線矢印は一般的なデフォーカス率で集光された光線を示し、実線矢印は当該比較例において変更（設定）されたデフォーカス率で集光された光線を示す。また、図７には、光線を示す矢印を図示するため、集光レンズ６と配光レンズ７との間隔を広げて図示している。
　図７において、比較例Ｂ１にかかる集光レンズ６－１は、上側（非傾斜方向側）の領域のデフォーカス率を上昇させたものである。比較例Ｂ２にかかる集光レンズ６－２は、上側（非傾斜方向側）の領域のデフォーカス率を低下させたものである。比較例Ｂ３にかかる集光レンズ６－３は、下側（傾斜方向側）の領域のデフォーカス率を上昇させたものである。比較例Ｂ４にかかる集光レンズ６－４は、下側（傾斜方向側）の領域のデフォーカス率を低下させたものである。
　図７に示す比較例Ｂ１～Ｂ４にかかる集光レンズを用いて正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）および斜め方向（Ｈ＝３０ｄｅｇ）における輝度分布の検証結果を表１に示す。
　表１に示すように、比較例Ｂ１では、斜め方向の輝度分布の明暗が改善したものの、正面方向の輝度分布が悪化し、暗線が際立つ結果となった。比較例Ｂ２では、正面方向の輝度分布の輝線及び暗線に改善が見られたものの、斜め方向の輝度分布の明暗が悪化し、特に暗部が拡大する結果となった。比較例Ｂ３では、正面方向および斜め方向の輝度分布の明暗がいずれも悪化し、特に正面方向では輝線が際立つ結果となった。比較例Ｂ４では、正面方向の輝度分布が改善して輝線が弱まったうえ、斜め方向の輝度分布への影響も小さかった。
　表１の結果から、領域６１のデフォーカス率が一般的な値より小さく、領域６２のデフォーカス率が一般的な値と同程度となる非対称構造（光源の光軸を含む仮想平面に対してデフォーカス率が非対称な構造）のリニアフレネルレンズを有する集光レンズ６が見出された。なお、「一般的なデフォーカス率」は、他の光学部材の構成によって変化するものであるが、Ｙ軸方向において一定のデフォーカス率を有するリニアフレネルレンズの適用時の輝度分布が好適となる値として導出するのが好適である。
　図８Ａは、比較例にかかる集光レンズを用いた場合の輝度分布を例示する図である。図８Ｂは、実施形態にかかる集光レンズを用いた場合の輝度分布を例示する図である。図９は、実施形態にかかる集光レンズ６による効果を説明するための図である。図８Ａには、集光レンズ６’適用時の正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図８Ｂには、リフレクタ５適用時の正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図９は、図８Ａおよび図８ＢのＶ断面における相対輝度の比較結果を例示する。なお、集光レンズ６’は、集光レンズ６と同様のレンチキュラーレンズと、Ｙ軸方向において一定のデフォーカス率を有するリニアフレネルレンズとを有する光学部材である。また、図８Ａ、図８Ｂ、および図９ではリフレクタ５は非適用である。
　この結果、図９の矢印で示すように、集光レンズ６’の適用時にセグメントＳの際に生じていた暗線が、実施形態にかかる集光レンズ６の適用により改善することが判明した。
　（面状照明装置１による効果）
　図１０Ａは、比較例にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。図１０Ｂは、実施形態にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。図１１は、実施形態にかかる面状照明装置による効果を説明するための図である。図１２Ａは、比較例にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。図１２Ｂは、実施形態にかかる面状照明装置の輝度分布を例示する図である。図１３は、実施形態にかかる面状照明装置１による効果を説明するための図である。図１０Ａ～図１３において、実施形態にかかる面状照明装置１は、上述したリフレクタ５および集光レンズ６を備える構成であり、比較例は、リフレクタ５および集光レンズ６を備えない構成、つまりリフレクタ５’および集光レンズ６’を備える構成である。
　図１０Ａには、比較例にかかる面状照明装置の正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図１０Ｂには、面状照明装置１の正面方向（Ｈ＝０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図１１は、図１０Ａおよび図１０ＢのＶ断面における相対輝度の比較結果を例示する。図１２Ａには、比較例にかかる面状照明装置の斜め方向（Ｈ＝３０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図１２Ｂには、面状照明装置１の斜め方向（Ｈ＝３０ｄｅｇ）における輝度分布を例示する。図１３は、図１２Ａおよび図１２ＢのＶ断面における相対輝度の比較結果を例示する。
　この結果、図１１および図１３の丸印で囲んだ領域に示すように、リフレクタ５および集光レンズ６を適用することで、比較例で生じていた暗部領域の輝度が向上し、概ね１％程度改善することが判明した。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
　以上のように、実施形態にかかる面状照明装置は、複数の光源と、前記複数の光源それぞれの出射側を囲む反射面を有するリフレクタと、前記リフレクタの出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの出射側に配置され、前記集光レンズによって集光された光の配光を一の方向において傾斜させる配光レンズと、を備え、前記リフレクタの頂部は、前記一の方向において、隣り合う２つの前記光源の中心位置からずれた位置に配置される。これにより、面状照明装置は、２方向からの見栄えを両立しつつ、各方向における輝度の不均一性を改善することができる。例えば、面状照明装置は、セグメントの際において配光レンズに入射する光のうち一の方向（例えば下側／Ｙ軸負方向側）へ向かう光の優位性を上げ、輝度を上げることができる。
　また、前記リフレクタの頂部は、隣り合う２つの前記光源の中心位置から、前記配光レンズによる傾斜方向（例えば下側／Ｙ軸負方向側）にずれた位置に配置される。これにより、面状照明装置は、配光レンズ（ピークシフトプリズム）による傾斜方向に向かう光の優位性を上げることで、配光レンズの配光性能を発揮させ、セグメントＳの際における輝線や暗線を改善することができる。
　また、前記リフレクタは、一対の反射面の傾斜角が互いに異なる。これにより、面状照明装置は、セグメントの際において配光レンズに入射する光のうち一の方向（例えば下側／Ｙ軸負方向側）へ向かう光の優位性を上げ、輝度を上げることができる。
　また、前記リフレクタは、前記配光レンズによる傾斜方向側にある第１反射面の光軸に対する傾斜角が、前記第１反射面の反対側にある第２反射面の光軸に対する傾斜角より小さい。これにより、面状照明装置は、セグメントの際において配光レンズに入射する光のうち傾斜方向へ向かう光の優位性を上げ、輝度を上げることができる。
　また、前記集光レンズは、領域に応じてデフォーカス率が異なる非対称のフレネルレンズである。これにより、面状照明装置は、領域に応じて適切なデフォーカス率を設定でき、領域ごとに輝度分布を改善することができる。
　前記集光レンズは、前記配光レンズによる傾斜方向側の領域のデフォーカス率が小さい。これにより、面状照明装置は、傾斜方向側（下側）の領域の輝線を弱めることができる。
　また、実施形態にかかる面状照明装置は、複数の光源と、前記複数の光源それぞれの出射側を囲む傾斜した反射面を有するリフレクタと、前記リフレクタの出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、前記集光レンズの出射側に配置され、前記集光レンズによって集光された光の配光を一の方向において傾斜させる配光レンズと、を備え、前記集光レンズは、領域に応じてデフォーカス率が異なる非対称のフレネルレンズである。これにより、面状照明装置は、２方向からの見栄えを両立しつつ、各方向における輝度の不均一性を改善することができる。例えば、面状照明装置は、セグメントの際において配光レンズに入射する光のうち傾斜方向へ向かう光の優位性を上げ、輝度を上げることができる。
　また、前記複数の光源は、格子状に配置される。これにより、ローカルディミング駆動への対応が容易になるとともに、各光源の間に配置されるリフレクタの反射壁を規則的に形成することができるので、輝線や暗線を効率的に改善することができる。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　１　面状照明装置，２　ボトムフレーム，３　基板，４　光源，５　リフレクタ，５１，５２　反射壁，５２ａ，５２ｂ　反射面，６　集光レンズ，７　配光レンズ，７１　主面，７２　立ち上げ面，８　反射型偏光フィルム

Claims (8)

  1. 　複数の光源と、
    　前記複数の光源それぞれの出射側を囲む反射面を有するリフレクタと、
    　前記リフレクタの出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズの出射側に配置され、前記集光レンズによって集光された光の配光を一の方向において傾斜させる配光レンズと、
    　を備え、
    　前記リフレクタの頂部は、前記一の方向において、隣り合う２つの前記光源の中心位置からずれた位置に配置される、
    　面状照明装置。
  2. 　前記リフレクタの頂部は、隣り合う２つの前記光源の中心位置から、前記配光レンズによる傾斜方向にずれた位置に配置される、
    　請求項１に記載の面状照明装置。
  3. 　前記リフレクタは、一対の反射面の傾斜角が互いに異なる、
    　請求項１に記載の面状照明装置。
  4. 　前記リフレクタは、前記配光レンズによる傾斜方向側にある第１反射面の光軸に対する傾斜角が、前記第１反射面の反対側にある第２反射面の光軸に対する傾斜角より小さい、
    　請求項１に記載の面状照明装置。
  5. 　前記集光レンズは、領域に応じてデフォーカス率が異なる非対称のフレネルレンズである、
    　請求項１に記載の面状照明装置。
  6. 　前記集光レンズは、光軸より前記配光レンズによる傾斜方向側の領域のデフォーカス率が小さい、
    　請求項１に記載の面状照明装置。
  7. 　複数の光源と、
    　前記複数の光源それぞれの出射側を囲む傾斜した反射面を有するリフレクタと、
    　前記リフレクタの出射側に配置され、前記複数の光源から出射された光を集光する集光レンズと、
    　前記集光レンズの出射側に配置され、前記集光レンズによって集光された光の配光を一の方向において傾斜させる配光レンズと、
    　を備え、
    　前記集光レンズは、領域に応じてデフォーカス率が異なる非対称のフレネルレンズである、
    　面状照明装置。
  8. 　前記複数の光源は、格子状に配置される、
    　請求項１または７に記載の面状照明装置。
     
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