JP2018036407A - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置が格子状に配置された場合であっても、被照射面上における明部の発生を抑制できる光束制御部材を提供すること。【解決手段】光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、光束制御部材の中心軸と交わるように、裏側に形成された凹部の内面である入射面と、入射面の反対側に配置された出射面とを有する。出射面は、中心軸と交わるように配置された、裏側に向けて凸の第１出射面と、第１出射面を取り囲むように配置された、表側に向けて凸の第２出射面と、を含む。その発光中心が中心軸上に位置するように発光素子を凹部と対向するように配置し、かつ中心軸に直交するように出射面の上方に被照射面を配置した場合に、所定の式で算出される第２最大値は、所定の式で算出される第１最大値より大きい。【選択図】図６

Description

本発明は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材、当該光束制御部材を有する発光装置、面光源装置および表示装置に関する。

近年、省エネルギーや小型化の観点から、照明用の光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう）が使用されている。そして、ＬＥＤと、ＬＥＤから出射された光の配光を制御する光束制御部材とを組み合わせた発光装置は、蛍光灯やハロゲンランプなどに代わり使用されている。また、液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして格子状に当該発光装置を搭載した直下型の面光源装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、特許文献１に記載の面光源装置１０の構成を示す図である。図１Ａは、面光源装置１０の模式的な平面図であり、図１Ｂは、面光源装置１０における発光装置３０の平面図であり、図１Ｃは、図１Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図である。図１Ａの破線は、発光装置３０から出射された光の照射範囲を模式的に示している。

図１Ａ〜Ｃに示されるように、特許文献１に記載の面光源装置１０は、プリント配線基板２０と、プリント配線基板２０上に長方格子状に配置された複数の発光装置３０とを有する。複数の発光装置３０は、それぞれ発光素子３５と、発光素子３５上を覆うように配置された導光部材（光束制御部材）４０とを含む。

導光部材４０は、略半球形状のレンズ部４１と、レンズ部４１を取り囲むように配置された鍔部４２とを有する。また、レンズ部４１は、裏側に配置された凹部４３の内面である入射面４４と、表側に配置された出射面４５とを有する。出射面４５は、中心軸ＣＡに互いに平行な２つの平面４６と、２つの平面４６の間に配置された上に凸な曲面４７とを含む。特許文献１に記載の面光源装置１０では、発光素子３５から出射された光は、導光部材４０によって、複数の発光装置３０の間隔が短い方向（長方格子の短辺方向；Ｙ方向）と比較して、複数の発光装置３０の間隔が長い方向（長方格子の長辺方向；Ｘ方向）に拡がるように制御される。よって、特許文献１に記載の面光源装置では、複数の発光装置３０が長方格子状に配置された場合であっても被照射面を均一に照射できるようになっている。

国際公開第２００９／１５７１６６号

しかしながら、特許文献１に記載の面光源装置１０では、平面４６から出射される光は、集光されるように制御される。一方、曲面４７から出射される光は、拡がるように制御される。これにより、平面４６から出射した光と、曲面４７から出射される光とは、被照射面までの光路上で交差しやすくなる。そのため、被照射面上において明部が生じてしまうおそれがある。

そこで、本発明の目的は、発光装置が格子状に配置された場合であっても、被照射面上における明部の発生を抑制できる光束制御部材を提供することである。また、本発明の別の目的は、当該光束制御部材を有する、発光装置、面光源装置および表示装置を提供することである。

本発明に係る光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、前記光束制御部材の中心軸と交わるように、裏側に形成された凹部の内面である入射面と、前記入射面の反対側に配置された出射面と、を有し、前記出射面は、前記中心軸と交わるように配置された、裏側に向けて凸の第１出射面と、前記第１出射面を取り囲むように配置された、表側に向けて凸の第２出射面と、を含み、その発光中心が前記中心軸上に位置するように前記発光素子を前記凹部と対向するように配置し、かつ前記中心軸に直交するように前記出射面の上方に被照射面を配置した場合に、以下の「第２最大値の求め方」により求められる第２最大値は、以下の「第１最大値の求め方」により求められる第１最大値より大きい、光束制御部材。
［第１最大値の求め方］
（１）前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も近い点とを含む第１断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ１Ａと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ３Ａとの関係を表す第１多項式近似関数を求める。
（２）前記第１多項式近似関数の１階微分に対応する第１曲線を求める。
（３）発光角度θ１Ａが４０°を超える場合において、前記第１曲線における最大値を第１最大値とする。
［第２最大値の求め方］
（１）前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も遠い点とを含む第２断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ１Ｂと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ３Ｂとの関係を表す第２多項式近似関数を求める。
（２）前記第２多項式近似関数の１階微分に対応する第２曲線を求める。
（３）発光角度θ１Ｂが４０°を超える場合において、前記第２曲線における最大値を第２最大値とする。

また、本発明に係る発光装置は、発光素子と、本発明に係る光束制御部材と、を有する。

また、本発明に係る面光源装置は、前記発光素子の前記発光中心が矩形格子状に配置された複数の本発明に係る発光装置と、前記複数の発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、を有し、以下の式（１）を満たす、面光源装置。

［上記式（１）において、Ｄ１は、前記矩形格子の単位格子の長辺の長さの半分である。Ｄ２は、前記矩形格子の単位格子の対角線の長さの半分である。Ｐは、前記第２最大値に対応する前記発光角度θ１Ｂで前記発光素子の前記発光中心から出射された光線の前記光拡散板における交点と、前記中心軸との距離である。］

また、本発明に係る表示装置は、本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される被照射部材と、を有する。

本発明に係る光束制御部材は、格子状に配置されても被照射面上における明部の発生を抑制することができる。また、本発明に係る発光装置、面光源装置および表示装置は、被照射面上における明部の発生を抑制できる光束制御部材を有するため、被照射面上に明部を生じさせにくい。

図１Ａ〜Ｃは、特許文献１に記載の面光源装置の構成を示す図である。 図２Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る面光源装置の構成を示す図である。 図３Ａ、Ｂは、本発明の一実施の形態に係る面光源装置の断面図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置の部分拡大断面図である。 図５Ａ〜Ｃは、本発明の一実施の形態に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図６Ａ、Ｂは、発光装置における光路図である。 図７は、発光角度および出射角度を説明するための図である。 図８Ａ、Ｂは、第１最大値の求め方を説明するためのグラフである。 図９Ａ、Ｂは、第２最大値の求め方を説明するためのグラフである。 図１０は、式（１）を説明するための図である。 図１１Ａ、Ｂは、緩和部を説明するための図である。 図１２Ａ〜Ｃは、脚部を説明するための図である。

以下、本発明に係る光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置について、添付した図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の面光源装置の代表例として、液晶表示装置のバックライトなどに適する、発光装置が格子状に配置されている面光源装置について説明する。

（面光源装置および発光装置の構成）
図２〜図４は、本発明の一実施の形態に係る面光源装置１００の構成を示す図である。図２Ａは、本発明の一実施の形態に係る面光源装置１００の平面図であり、図２Ｂは、正面図である。図３Ａは、図２Ｂに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。図４は、面光源装置１００の部分拡大断面図である。

図２Ａ、Ｂ、図３Ａ、Ｂおよび図４に示されるように、面光源装置１００は、筐体１１０と、複数の発光装置２００と、光拡散板（被照射面）１２０とを有する。本発明の面光源装置１００は、液晶表示装置のバックライトなどに適用できる。また、図２Ｂ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２Ｂにおいて、点線で示している）と組み合わせることで、表示装置１００’としても使用できる。複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上の基板２１０に格子状（本実施の形態では、正方格子状）に配置されている。底板１１２の内面は、拡散反射面として機能する。また、筐体１１０の天板１１４には、開口部が設けられている。光拡散板１２０は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍとすることができる。

複数の発光装置２００は、それぞれ基板２１０上に一定の間隔で配置されている。複数の基板２１０は、それぞれ筐体１１０の底板１１２上の所定の位置に固定されている。本実施の形態では、発光素子２２０の発光中心（発光面）が正方格子状に位置するように、複数の発光装置２００が配置されている。複数の発光装置２００は、それぞれ発光素子２２０および光束制御部材３００を有する。

発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に実装されている。発光素子２２０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子２２０は、その発光中心が中心軸ＣＡ上に位置するように配置されている。

光束制御部材３００は、レンズであり、基板２１０上に固定されている。光束制御部材３００は、発光素子２２０から出射された光の配光を制御し、当該光の進行方向を基板２１０の面方向に拡げる。光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＯＡに一致するように、発光素子２２０の上に配置されている（図４参照）。また、光束制御部材３００は、発光素子２２０の光軸ＯＡに沿う方向において、発光素子２２０の発光中心（発光面）が後述する入射面３２０の頂部近傍に対する曲率中心に位置するように配置されている（図４参照）。なお、後述する光束制御部材３００の入射面３２０および出射面３３０は回転対称（入射面３２０は円対称、出射面３３０は４回対称）であり、かつこの回転軸は発光素子２２０の光軸ＯＡと一致する。この入射面３２０および出射面３３０の回転軸を「光束制御部材の中心軸ＣＡ」という。また、「発光素子の光軸ＯＡ」とは、発光素子２２０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。

光束制御部材３００は、一体成形により形成することができる。光束制御部材３００の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であればよい。たとえば、光束制御部材３００の材料は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、シリコーン樹脂などの光透過性樹脂、またはガラスである。本実施の形態に係る面光源装置１００は、光束制御部材３００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材３００の備えるべき特徴については、別途詳細に説明する。

光拡散板１２０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置２００からの出射光を拡散させつつ透過させる。光拡散板１２０は、複数の発光装置２００の上に基板２１０と略平行に配置されている。通常、光拡散板１２０は、液晶パネルなどの被照射部材とほぼ同じ大きさである。たとえば、光拡散板１２０は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂（ＭＳ）などの光透過性樹脂により形成される。光拡散性を付与するため、光拡散板１２０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散板１２０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。

本発明に係る面光源装置１００では、各発光素子２２０から出射された光は、光束制御部材３００により光拡散板１２０の広範囲を照らすように拡げられる。後述するように、光束制御部材３００の配光特性は、発光装置２００の配列格子に沿った方向（Ｘ方向およびＹ方向）と、配列格子の対角線方向とで異なっているため、光拡散板１２０の内面は略均一に照らされる。各光束制御部材３００から光拡散板１２０に到達した光は、拡散されつつ光拡散板１２０を透過する。その結果、本発明に係る面光源装置１００は、面状の被照射部材（例えば液晶パネル）を均一に照らすことができる。

（光束制御部材の構成）
図５Ａ〜Ｃは、本発明の一実施の形態に係る光束制御部材３００の構成を示す図である。図５Ａは、光束制御部材３００の平面図であり、図５Ｂは、底面図であり、図５Ｃは、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図である。

図５Ａ〜Ｃに示されるように、光束制御部材３００は、凹部３１０の内面である入射面３２０と、出射面３３０とを有する。また、光束制御部材３００は、光束制御部材３００の取り扱いを容易にするための鍔部と、発光素子２２０から発せられる熱を外部に逃がすための間隙を形成するとともに、光束制御部材３００を基板２１０に位置決めして固定するための脚部（いずれも図示省略）とを有していてもよい。本実施の形態における光束制御部材３００の平面視形状は、Ｒ面取りした略正方形である。

凹部３１０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡ（発光素子２２０の光軸ＯＡ）と交わるように裏面３０５の中央部に配置されている（図４参照）。凹部３１０の内面は、入射面３２０として機能する。すなわち、入射面３２０は、中心軸ＣＡ（光軸ＯＡ）と交わるように配置されている。入射面３２０は、発光素子２２０から出射された光のうち、大部分の光を、その光の進行方向を制御するとともに、光束制御部材３００の内部に入射させる。入射面３２０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（本実施の形態では円対称）である。

裏面３０５は、光束制御部材３００の裏側に位置し、凹部３１０の開口縁部から径方向に延在する平面である。

出射面３３０は、光束制御部材３００の表側（光拡散板１２０側）に配置されている。出射面３３０は、光束制御部材３００内に入射した光を、進行方向を制御しつつ外部に出射させる。出射面３３０は、中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを回転軸とした回転対称（本実施の形態では４回対称）である。

出射面３３０は、中心軸ＣＡを中心とする所定範囲に位置する第１出射面３３０ａと、第１出射面３３０ａの周囲に連続して形成される第２出射面３３０ｂを有する。第１出射面３３０ａは、裏側に凸の曲面である。第１断面における第１出射面３３０ａの曲率と、第２断面における第１出射面３３０ａの曲率との大きさは特に限定されない。本実施の形態では、第１断面における第１出射面３３０ａの曲率と、第２断面における第１出射面３３０ａの曲率とは同一である。ここで、「第１断面」とは、中心軸ＣＡと、出射面３３０の外縁のうち中心軸ＣＡに最も近い点とを含む断面であり、図５ＡにおけるＡ−Ａ線の断面をいう。また、「第２断面」とは、中心軸ＣＡと、出射面３３０の外縁のうち中心軸ＣＡから最も遠い点とを含む断面である。なお、本実施の形態では、「第２断面」は、中心軸ＣＡを軸として、第１断面を４５°回転させた断面であり、図５ＡにおけるＢ−Ｂ線の断面である。

第２出射面３３０ｂは、第１出射面３３０ａの周囲に位置する、表側に凸の滑らかな曲面である。また、本実施の形態では、第１断面における第２出射面３３０ｂの曲率と、第２断面における第２出射面３３０ｂの曲率とは異なる。第２出射面３３０ｂは、中心軸ＣＡを含む断面において、第２曲面３３０ｂは、中心軸から最も離れた位置にオーバーハング部３３０ｃを有する。ここで、「オーバーハング部」とは、中心軸ＣＡに垂直な方向において、第２出射面３３０ｂの外側端部が、中心軸ＣＡに沿う方向における第２出射面３３０ｂの下側端部よりさらに外側に張り出している部分をいう。本実施の形態では、第２出射面３３０ｂが当該オーバーハング部３３０ｃを有することにより、発光素子２２０から出射される光のうち、光軸ＯＡに対する角度が大きい光も有効に光拡散板１２０（被照射面）を照明する光として利用できるように制御している。

（発光装置の配光特性）
図６Ａ、Ｂは、発光装置２００における光路図である。図６Ａは、第１断面における発光装置２００の光路図を示しており、図６Ｂは、第２断面における発光装置２００の光路図を示している。なお、図６Ａ、Ｂでは、光路を示すため発光素子２２０および光束制御部材３００へのハッチングを省略している。また、図６Ａ、Ｂに示される光路を示す光線は、出射角度が０°から８０°まで５°刻みの各光線を示している。さらに、図６Ａ、Ｂでは、発光装置２００の被照射領域を示すために光拡散板１２０を図示している。

図６Ａ、Ｂに示されるように、第１断面および第２断面において、発光素子２２０から出射された、出射角度が比較的小さな光は、拡げられつつ、光拡散板１２０に形成される被照射領域の中央部分（光束制御部材３００の中心軸ＣＡの近傍の領域）に向かうように制御される。これにより、発光装置２００から出射された光は、被照射面の中央部分に過度に明るい部分を作ることなく被照射面の中央部分を均一に照射する。一方、発光素子２２０から出射された、出射角度の大きな光は、集光されつつ、被照射領域の端部に向かうように制御される。これにより、発光装置２２０から出射された光は、１灯当りの出射光によって照明されるべき被照射領域の端部に照射され、隣接する発光装置２２０空の出射光による被照射領域と端部が重なり合ったときに、被照射領域の中央部と同程度の明るさとなるように制御される。

光束制御部材３００のより具体的な形状については、光束制御部材３００は、前述の入射面３２０と、前述の第１出射面３３０ａおよび前述の第２出射面３３０ｂを含む前述の出射面３３０と有し、かつ「第１最大値の求め方」により求められる第１最大値が「第２最大値の求め方」により求められる第２最大値未満となることが必要である。

ここで、「第１最大値の求め方」および「第２最大値の求め方」について説明する。図７は、発光角度と出射角度を説明するための図である。図７では、第１断面における光路を示している。図７に示されるように、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと、出射面３３０の外縁のうち中心軸ＣＡに最も近い点とを含む第１断面において、発光中心から出射された任意の光線Ｌの発光中心と入射面３２０との間における進行方向の中心軸ＣＡに対する角度を「発光角度θ１Ａ」とし、当該任意の光線Ｌの出射面３３０と被照射面１０７との間における進行方向の中心軸ＣＡに対する角度を「出射角度θ３Ａ」とする。本実施の形態では、「第１断面」は、図５Ａに示されるＡ−Ａ線の断面である。第１断面は、中心軸ＣＡと、格子線上の隣接する２つの発光中心を結ぶ直線とを含む断面でもある。

同様に、図面は省略するが、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと、出射面３３０の外縁のうち中心軸ＣＡに最も遠い点とを含む第２断面において、発光中心から出射された任意の光線Ｌの発光中心と入射面３２０との間における進行方向の中心軸ＣＡに対する角度を「発光角度θ１Ｂ」とし、当該任意の光線Ｌの出射面３３０と被照射面１０７との間における進行方向の中心軸ＣＡに対する角度を「出射角度θ３Ｂ」とする。本実施の形態では、「第２断面」は、図５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面である。第２断面は、中心軸ＣＡと、単位格子の対角線上の隣接する２つの発光中心を結ぶ直線とを含む断面でもある。

図８Ａ、Ｂは、第１最大値の求め方を説明するためのグラフである。図８Ａは、発光素子２２０の発光中心から出射された光線の発光角度θ１Ａと当該光線の出射角度θ３Ａとの関係を示す第１多項式近似関数Ｃ１を示すグラフであり、図８Ｂは、第１多項式近似関数Ｃ１の１階微分に対応する第１曲線Ｃ１’を示すグラフである。図８Ａの横軸は、発光角度θ１Ａ（°）を示しており、縦軸は、出射角度θ３Ａ（°）を示している。また、図８Ｂの横軸は、発光角度θ１Ａ（°）を示しており、縦軸は、出射角度θ３Ａ（°）の１階微分値を示している。

図９Ａ、Ｂは、第２最大値の求め方を説明するためのグラフである。図９Ａは、発光素子２２０の発光中心から出射された光線の発光角度θ１Ｂと当該光線の出射角度θ３Ｂとの関係を示す第１多項式近似関数Ｃ２を示すグラフであり、図９Ｂは、第１多項式近似関数Ｃ２の１階微分に対応する第１曲線Ｃ２’を示すグラフである。図９Ａの横軸は、発光角度θ１Ｂ（°）を示しており、縦軸は、出射角度θ３Ｂ（°）を示している。また、図９Ｂの横軸は、発光角度θ１Ｂ（°）を示しており、縦軸は、出射角度θ３Ｂ（°）の１階微分値を示している。

第１最大値の求め方は、以下の通りである。

（１）第１断面において、発光中心から出射された任意の光線Ｌの発光角度θ１Ａと、当該任意の光線Ｌの出射角度θ３Ａとの関係を表す第１多項式近似関数Ｃ１を求める（図８Ａ参照）。

（２）第１多項式近似関数の１階微分に対応する第１曲線Ｃ１’を求める（図８Ｂ参照）。

（３）発光角度θ１Ａが４０°を超える場合において、第１曲線Ｃ１’における最大値を第１最大値とする（図８Ｂ参照）。

本実施の形態において、以上のように求めることができる第１最大値は、約０．５であり、そのときの発光角度θ１Ａは、４０°である（図８Ｂ参照）。

第２最大値の求め方は、以下の通りである。

（１）第２断面において、発光中心から出射された任意の光線の発光角度θ１Ｂと、当該任意の光線の出射角度θ３Ｂとの関係を表す第２多項式近似関数Ｃ２を求める（図９Ａ参照）。

（２）第２多項式近似関数の１階微分に対応する第２曲線Ｃ２’を求める（図９Ａ参照）。

（３）θ１Ａが４０°を超える場合において、第２曲線Ｃ２’における最大値を第２最大値とする（図９Ａ参照）。

本実施の形態において、以上のように求めることができる第２最大値は、約１．２であり、そのときのθ２Ａは、約７６°である（図９Ｂ参照）。

このように、「第２最大値が第１最大値より大きい」とは、図５ＡにおけるＡ−Ａ線の方向よりもＢ−Ｂ線の方向の方が、光拡散板１２０の裏面（被照射面１０７）における明暗の局所的な変化度が大きいことを示している。これは、この後説明するように、光拡散板１２０の裏面（被照射面１０７）における照射領域の四隅の照射領域への過剰な光照射を抑制するように設計されることと関連している。

次に、第１断面および第２断面についての、光拡散板１２０の裏面（被照射面１０７）における照射領域の端部の位置について説明する。図１０は、光拡散板１２０の裏面（被照射面１０７）における照射領域の端部の位置を説明するための図である。図１０では、光束制御部材３００を用いた面光源装置１００を光拡散板１２０側から見たときの照射領域を破線で示している。

図１０に示されるように、本実施の形態では、発光素子２２０の発光中心が正方格子状に位置するように発光装置２００が配置されている。このように発光素子２２０の発光中心が正方格子状となるように発光装置２００が配置されている場合、平面視形状がＲ面取りした略正方形の光束制御部材３００は、この正方格子に対応して、「第１断面」（図５ＡのＡ−Ａ線の断面）が正方格子の単位格子の辺に沿い、「第２断面」（図５ＡのＢ−Ｂ線の断面）が正方格子の単位格子の対角線に沿うように配置される。

この場合、本実施の形態に係る光束制御部材３００（発光装置２００）は、以下の式を満たす。

図１０に示されるように、式（１）において、Ｄ１は、正方格子の単位格子の辺上の隣接する２つの発光中心を結ぶ直線の半分の長さ（正方格子の単位格子の１辺の半分の長さ）である。また、Ｄ２は、正方格子の単位格子の対角線上の隣接する２つの発光中心を結ぶ直線の半分の長さ（正方格子の単位格子の対角線の半分の長さ）である。さらに、Ｐは、第２最大値に対応する発光角度θ１Ｂで発光素子２２０から出射された光線の光拡散板１２０の裏面における交点と、中心軸ＣＡとの距離である。図１０に示されるように、Ｐは、正方格子の単位格子の対角線方向における、光束制御部材３００（発光装置２００）による照射領域の端部の位置を特定している。なお、第１最大値に対応する発光角度θ１Ａで発光素子２２０から出射された光拡散板１２０の裏面における交点と、中心軸との距離ｐは、Ｄ１と略同じ長さかそれよりも短くなるように設定される。

本発明者は、発光素子２２０の発光中心が正方格子状に位置するように発光装置２００を配置した場合、上記式（１）を満たすように光束制御部材３００の出射面３３０（特に第２出射面３３０ｂ）の形状を調整することで、光拡散板１２０の裏面（被照射面１０７）において明部の発生を抑制できることを見出した。これは、１つの発光装置２００により形成される略正方形状の照射領域の四隅の輝度が他の部分の輝度と比較して低いため、単位格子の中央部付近において４つの照射領域が重なることによる明部が生じにくいためだと推察される。

（効果）
以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材３００は、第２最大値が第１最大値より大きいため、格子状に配置された場合であっても、被照射面上における明部の発生を抑制できる。また、当該光束制御部材３００を有する発光装置、面光源装置および表示装置では、明部の発生を抑制できる。

なお、本実施の形態では、発光素子２２０の発光中心が正方格子となるように配置した場合について示したが、本発明はそれに限らず、発光素子２２０の発光中心は長方格子となるように配置されていてもよい。長方格子である場合には、Ｐは単位格子の対角線の半分の長さよりも短く、かつ単位格子の長辺の半分の長さよりもＰの方が長くなるよう設計される。

また、底板１１２には、明部の発生をさらに緩和（抑制）するための緩和部を有していてもよい。図１１Ａは、緩和部４１１Ａを説明するための図であり、図１１Ｂは、他の緩和部４１１Ｂを説明するための図である。なお、図１１Ａ、Ｂでは、緩和部４１１Ａ、４１１Ｂの位置を明確にするため、発光素子２２０を点線で図示している。

発光素子２２０から出射された光のうち、一部の光は、光束制御部材３００に制御されて被照射面に到達する。また、発光素子２２０から出射された光のうち、他の一部の光は、光束制御部材３００に制御されて底板１１２の表面に到達する。底板１１２の表面に到達した光は、被照射面に向かって反射する。このように、被照射面に到達する光のうち、一部の光は、底板１１２で反射した光であるため、底板１１２で反射する光を少なくすれば、被照射面における明部の発生をさらに抑制できる。したがって、緩和部４１１Ａ、４１１Ｂは、被照射面において、明部となりうる光が反射する底板１１２の少なくとも一部の領域に形成される。図１１Ａ、Ｂに示されるように、本実施の形態では、緩和部４１１Ａ、４１１Ｂは、単位格子の対角線の交点近傍に形成されている。緩和部４１１Ａ、４１１Ｂの構成は、底板１１２の表面において到達した光の反射を抑制できる範囲内において、適宜設計できる。図１１Ａに示されるように、緩和部４１１Ａは、光を反射しない黒色の印刷部分であってもよい。また、図１１Ｂに示されるように、緩和部４１１Ｂは、明部が生じる領域を切り抜いて構成してもよい。

また、前述のとおり、光束制御部材３００は、基板２１０に位置決めして固定するための脚部を有していてもよい。図１２Ａ〜Ｃは、変形例に係る光束制御部材３００の底面図である。図１２Ａは、変形例１に係る光束制御部材３００の底面図であり、図１２Ｂは、変形例２に係る光束制御部材３００の底面図であり、図１２Ｃは、変形例３に係る光束制御部材３００の底面図である。

脚部４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃの形状は、前述の機能を発揮できる範囲内において適宜選択できる。例えば、脚部４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃの形状は、円柱状であってもよいし、角柱状であってもよい。本実施の形態では、変形例１に係る光束制御部材３００の脚部４２１Ａおよび変形例２に係る光束制御部材３００の脚部４２１Ｂの形状は、いずれも円柱状である。また、変形例３に係る光束制御部材３００の脚部４２１Ｃは、角柱状である。これらの場合、脚部４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃは、基板２１０に対して接着剤などにより接着される。図１２Ａに示されるように、脚部４２１Ａは、入射面３２０を取り囲むように、裏面３０５に３つ配置されていてもよい。また、図１２Ｂに示されるように、脚部４２１Ｂは、入射面３２０を取り囲むように、裏面３０５に４つ配置されていてもよい。さらに、図１２Ｃに示されるように、入射面３２０を挟むように、２つ配置されていてもよい。なお、図１２Ｂに示されるように、光束制御部材３００に４つの脚部４１２Ｂが配置されている場合には、４つの脚部４１２Ｂのうち、３つの脚部４１２Ｂのみ接着してもよい。このように、脚部４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃを有することにより、基板２１０に対する光束制御部材３００の取り付け方向の間違いを防止できる。また、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示されるように、光束制御部材３００の中心軸ＣＡを回転中心として、脚部４２１Ｂ、４２１Ｃが回転対称となるように配置された光束制御部材３００では、取り付ける方向を発光装置２００毎に変更できる。これにより、面光源装置１００に使用する複数の発光装置２００のゲート位置をランダムに配置できるため、射出成形時のゲートによる輝度ムラの発生を抑制できる。

本発明に係る光束制御部材、発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。

１０ 面光源装置
２０ プリント配線基板
３０ 発光装置
３５ 発光素子
４０ 導光部材
４１ レンズ部
４２ 鍔部
４３ 凹部
４４ 入射面
４５ 出射面
４６ 平面
４７ 曲面
１００ 面光源装置
１００’ 表示装置
１０７ 被照射面
１１０ 筐体
１１２ 底板
１１４ 天板
１２０ 光拡散板
２００ 発光装置
２１０ 基板
２２０ 発光素子
３００ 光束制御部材
３０５ 裏面
３１０ 凹部
３２０ 入射面
３３０ 出射面
３３０ａ 第１出射面
３３０ｂ 第２出射面
３３０ｃ オーバーハング部
４１１Ａ、４１１Ｂ 緩和部
４２１Ａ、４２１Ｂ、４２１Ｃ 脚部
ＣＡ 光束制御部材の中心軸
ＯＡ 発光素子の光軸

Claims (4)

1. 発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
   前記光束制御部材の中心軸と交わるように、裏側に形成された凹部の内面である入射面と、
   前記入射面の反対側に配置された出射面と、
   を有し、
   前記出射面は、前記中心軸と交わるように配置された、裏側に向けて凸の第１出射面と、前記第１出射面を取り囲むように配置された、表側に向けて凸の第２出射面と、を含み、
   その発光中心が前記中心軸上に位置するように前記発光素子を前記凹部と対向するように配置し、かつ前記中心軸に直交するように前記出射面の上方に被照射面を配置した場合に、以下の「第２最大値の求め方」により求められる第２最大値は、以下の「第１最大値の求め方」により求められる第１最大値より大きい、
   光束制御部材。
   ［第１最大値の求め方］
   （１）前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も近い点とを含む第１断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ１Ａと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ３Ａとの関係を表す第１多項式近似関数を求める。
   （２）前記第１多項式近似関数の１階微分に対応する第１曲線を求める。
   （３）発光角度θ１Ａが４０°を超える場合において、前記第１曲線における最大値を第１最大値とする。
   ［第２最大値の求め方］
   （１）前記中心軸と、前記出射面の外縁のうち前記中心軸に最も遠い点とを含む第２断面において、前記発光中心から出射された任意の光線の前記発光中心と前記入射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である発光角度θ１Ｂと、当該任意の光線の前記出射面と前記被照射面との間における進行方向の前記中心軸に対する角度である出射角度θ３Ｂとの関係を表す第２多項式近似関数を求める。
   （２）前記第２多項式近似関数の１階微分に対応する第２曲線を求める。
   （３）発光角度θ１Ｂが４０°を超える場合において、前記第２曲線における最大値を第２最大値とする。
2. 発光素子と、
   請求項１に記載の光束制御部材と、を有する、
   発光装置。
3. 前記発光素子の前記発光中心が矩形格子状となるように配置された複数の請求項２に記載の発光装置と、
   前記複数の発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散板と、
   を有し、
   以下の式（１）を満たす、
   面光源装置。
   

   

   ［上記式（１）において、Ｄ１は、前記矩形格子の単位格子の長辺の長さの半分である。Ｄ２は、前記矩形格子の単位格子の対角線の長さの半分である。Ｐは、前記第２最大値に対応する前記発光角度θ１Ｂで前記発光素子の前記発光中心から出射された光線の前記光拡散板における交点と、前記中心軸との距離である。］
4. 請求項３に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置から出射された光を照射される被照射部材と、
   を有する、表示装置。

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