光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置。
【課題】面光源として用いる際における輝度の均一性を向上することができる光束制御部材、発光装置および面光源装置を提供する。
【解決手段】発光素子１２からの中心側の第１の光が入射する第１入射面１９、第１の光の外側の第２の光が入射する第２入射面２０、第２入射面２０に入射した第２の光を全反射させる第１全反射面１７、第１入射面１９側からの第１の光および第１全反射面１７からの第２の光を所定の平面を対称面とした面対称な両側方に全反射させる第２全反射面１６、第２全反射面１６によって全反射された第１、第２の光を出射させる第１出射面３１、第２出射面３２を有し、両出射面３１、３２は、第２全反射面１６によって全反射された第１、第２の光を発散させた状態で出射させる形状に形成されている。
【解決手段】発光素子１２からの中心側の第１の光が入射する第１入射面１９、第１の光の外側の第２の光が入射する第２入射面２０、第２入射面２０に入射した第２の光を全反射させる第１全反射面１７、第１入射面１９側からの第１の光および第１全反射面１７からの第２の光を所定の平面を対称面とした面対称な両側方に全反射させる第２全反射面１６、第２全反射面１６によって全反射された第１、第２の光を出射させる第１出射面３１、第２出射面３２を有し、両出射面３１、３２は、第２全反射面１６によって全反射された第１、第２の光を発散させた状態で出射させる形状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置に係り、特に、発光素子から出射された光の進行方向を制御するのに好適な光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶表示装置のバックライト、内照式の看板等の用途には、エッジライト方式または直下型方式の面光源装置が用いられていた。
【０００３】
ここで、エッジライト方式の面光源装置は、導光板の側端面に配置した光源からの光を導光板によって側端面と直交する表面側（視認側）に取り出す方式として知られている。一方、直下型方式は、複数の点状光源を光拡散板の裏側（直下）に配置し、各光源からの光を光拡散板によって拡散させて表側に取り出す方式として知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
これら各方式のうち、直下型方式は、輝度の高さの点で有利であり、とりわけ、大面積の画像表示や発光を行う用途においては、この方式が採用される場合が多い。
【０００５】
近年、このような直下型方式において、少ない点状光源で大面積の照明を可能にする面光源装置が開発されている（特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献２の図５および図６に示される面光源装置にはサイドビューＬＥＤが用いられており、主としてＬＥＤ実装面と平行に出射されるＬＥＤからの出射光が、傾斜面（曲面）状に形成された光反射面部材で反射されることによって、発光面部材の全面をむらなく照射するようになっている。
【０００７】
このサイドビューＬＥＤに代えて、ＬＥＤ実装面に対して直交方向に光を出射するトップビューＬＥＤを用いる場合には、光の進行方向をＬＥＤ実装面と平行方向に変えるための光束制御部材を用いることが高品位な発光面の面光源装置を得るために有効である。
【０００８】
図１８は、この種の直下型方式の面光源装置の従来例を示す平面図である。また、図１９は、図１８のＡ−Ａ断面図であり、図２０は、図１８のＢ−Ｂ断面図である。
【０００９】
図１８〜図２０に示すように、面光源装置１は、平面図において矩形状の筐体２を有しており、この筐体２の内面は、Ｙ軸方向（図１８における縦方向）における中央部に位置するＸ軸方向（図１８における横方向）に長尺な底面３と、この底面３のＸ軸方向における両端部に垂直に連接された側面４、５と、底面３のＹ軸方向における両端部に連接された反射面６、７とによって構成されている。
【００１０】
図１９に示すように、底面３上には、点状光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる複数（９つ）の発光素子１２が、Ｘ軸方向に等間隔で整列配置されている。なお、各発光素子１２は、これらに対する電気信号の印加を行うリードや制御回路（図示せず）等を備えた基板１３上に実装された状態で、底面３上に配置されている。各発光素子１２は、前方（図１９、図２０における上方）に向けて、ある程度の指向性を有する所定の配光分布（ＬＥＤの場合にはランバーシアン分布）にしたがった光を出射するようになっている。このとき、発光素子１２は、各発光素子１２の出射光の中心軸（中心光）が、Ｚ軸方向に平行な状態となるように、筺体２のＹ軸方向の中央に配置されている。
【００１１】
また、図２０に示すように、反射面６、７は、発光素子１２から離れるにしたがってＺ軸方向（図２０における縦方向）に傾く上り傾斜面に形成されている。さらに、図２０に示すように、反射面６、７は、底面３をＹ軸方向において二等分する底面３に垂直な仮想平面Ｓを対称面とした面対称な形状に形成されている。すなわち、両反射面６、７の底面３に対する傾斜角は互いに一致している。そして、これら両反射面６、７は、反射部材によって形成されている。なお、反射部材としては、例えば、ＵＸＳＰ１８８（帝人デュポン社製）等が用いられる。
【００１２】
さらに、図１８〜図２０に示すように、各発光素子１２上には、各発光素子１２の出射光の進行方向を制御する複数の光束制御部材１４がそれぞれ配置されている。これらの光束制御部材１４は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）およびＥＰ（エポキシ樹脂）などの樹脂材料やガラス等の透光性材料によって形成されている。
【００１３】
ここで、図２１は、光束制御部材１４を示す平面図である。また、図２２は、図２１の下面図である。さらに、図２３は、図２１のＡ−Ａ断面図であり、図２４は、図２１のＢ−Ｂ断面図である。
【００１４】
図２２〜図２４に示すように、光束制御部材１４は、発光素子１２に対してＺ軸方向（光の出射方向）において対向して配置される発光素子対向面部１５を有している。また、同各図に示すように、光束制御部材１４は、発光素子対向面部１５に対してＺ軸方向における発光素子１２と反対側に形成された反発光素子対向面部１６を有している。さらに、同各図に示すように、光束制御部材１４は、発光素子対向面部１５の外周端部から発光素子１２と反対側へ向かって延設された外周面１７を有している。さらにまた、同各図に示すように、光束制御部材１４は、外周面１７に対してＺ軸方向における発光素子１２と反対側であって反発光素子対向面部１６に対してＹ軸方向における外側に形成された出射面１８を有している。
【００１５】
具体的には、図２３および図２４に示すように、発光素子対向面部１５は、発光素子１２（図示せず）から出射された光を入射させるための略円錐台形状の凹部１５とされている。ここで、図２２〜図２４に示すように、凹部１５は、光軸ＯＡに直交する平面として形成された下面図において光軸ＯＡと同心円形を呈する第１入射面１９を有している。この第１入射面１９には、図２３に示すように、発光素子１２（図示せず）から出射された光（光束）のうちの光軸ＯＡに対して小さい角度側の第１の光（光束）Ｌ１が入射する。ただし、図２３においては、第１の光Ｌ１を、これに含まれる１本の光線として代表的に図示している。そして、第１入射面１９に入射した第１の光Ｌ１は、第１入射面１９においてスネルの法則にしたがって全体的に光軸ＯＡに対する角度が小さくなるように屈折（垂直入射の中心光は除く）された上で、光束制御部材１４の内部の光路上を反発光素子対向面部１６に向かって進行する。また、図２２〜図２４に示すように、凹部１５は、第１入射面１９の外周端部から発光素子１２側に向かって延設された第２入射面２０を有しており、この第２入射面２０は、発光素子１２側に向かうにしたがって内径が漸増するような光軸ＯＡと同心のテーパ面に形成されている。この第２入射面２０には、図２３に示すように、発光素子１２（図示せず）から出射された光（光束）のうちの第１の光Ｌ１の外側の第２の光（光束）Ｌ２が入射する。ただし、図２３においては、第２の光Ｌ２を、これに含まれる１本の光線として代表的に図示している。そして、第２入射面２０に入射した第２の光Ｌ２は、第２入射面２０において屈折された上で、光束制御部材１４の内部の光路上を外周面１７側に向かって進行する。
【００１６】
また、図２３に示すように、外周面１７は、発光素子１２と反対側に向かって外径が漸増するとともに、径方向の外方にわずかに膨出するような光軸ＯＡと同心の曲線テーパ面に形成されており、この外周面１７は、第１全反射面１７とされている。すなわち、図２３に示すように、第１全反射面１７には、第２入射面２０に入射した後に光束制御部材１４の内部の光路上を進行した第２の光Ｌ２が、臨界角よりも大きな入射角で内部入射する。そして、この内部入射した第２の光Ｌ２は、第１全反射面１７によって全体的に光軸ＯＡに対する角度が小さくなる方向に全反射された後に、光束制御部材１４の内部の光路上を反発光素子対向面部１６に向かって進行する。
【００１７】
さらに、図２３に示すように、反発光素子対向面部１６は、前述した仮想平面Ｓ（光軸ＯＡを含む所定の平面）を対称面とした面対称形状に形成されるとともに仮想平面Ｓに平行かつ光軸ＯＡに直交する方向から見た場合（側面視した場合）に、発光素子１２と反対側に向かうにしたがって仮想平面Ｓと直交する方向に拡開するような形状を呈するようになっている。より具体的には、反発光素子対向面部１６は、平面図において円形状を呈するとともに仮想平面Ｓに直交する任意の断面（例えば、図２３）において、仮想平面Ｓとの交点位置が谷となるＶ字状を呈するような面に形成されている。このような反光学素子対向面部１６は、第２全反射面１６とされている。すなわち、図２３に示すように、第２全反射面１６には、第１入射面１９に入射した後に光束制御部材１４の内部の光路上を進行した（第１入射面１９側から到達した）第１の光Ｌ１が、臨界角よりも大きな入射角で内部入射する。また、このとき、第２全反射面１６には、第１全反射面１７によって全反射された後に光束制御部材１４の内部の光路上を進行した第２の光Ｌ２が、臨界角よりも大きな入射角で内部入射する。そして、第２全反射面１６は、これらの内部入射した第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を、仮想平面Ｓを対称面とした互いに面対称な（相対する）両側方（図２３における左右方向）に向けて全反射させ、光軸ＯＡに略直交するように光路変換する。より具体的には、第２全反射面１６のうちの図２３における左半部に内部入射した光Ｌ１、Ｌ２は左側方に向けて全反射され、第２全反射面１６のうちの図２３における右半部に内部入射した光Ｌ１、Ｌ２（図示せず）は右側方に向けて全反射される。
【００１８】
さらにまた、図２１〜図２３に示すように、出射面１８は、光軸ＯＡと同心の円筒面に形成されており、この出射面１８には、第２全反射面１６によって両側方に向けて全反射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２がそれぞれ内部入射する。そして、出射面１８は、内部入射した第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２ を光束制御部材１４の左右両側方に出射させる。図２５は、このとき出射される第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２の進行方向を、互いに異なる３本の光線を光束制御部材１４の平面図とともに示したものである。
【００１９】
そして、このようにして出射面１８から出射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２は、図２０に示すように、傾斜反射面１０によって反射されて面光源装置１の発光面（図２０における上方）に向かって進行する。
【００２０】
また、図２３に示すように、光束制御部材１４は、出射面１８の下端部から発光素子１２側に向かって延出された光軸ＯＡと同心の円筒形状のホルダ２２を有しており、このホルダ２２は、第１全反射面１７を径方向における外側から包囲している。
【００２１】
図１８〜図２０に戻って、面光源装置１は、筐体２の前部開口を遮蔽する光学シート２５を有しており、この光学シート２５は、各光束制御部材１４の光軸ＯＡに直交するようにして各光束制御部材１４および傾斜反射面１０に対向配置されている。この光学シート２５には、主に、傾斜反射面１０によって反射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２が後方（図２０における下方）から入射する。そして、光学シート２５は、入射した光を、平面視した場合に矩形の広がりを持った光として出射させる。光学シート２５としては、ＤＢＥＦ（３Ｍ社製）、拡散シート、拡散板、プリズムシート等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特表２００９−５４２０１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来は、平面図上における出射面８の形状が正のパワーを有する円筒面形状に形成されていたため、図１８に示すように、出射面８からの出射光Ｌ１、Ｌ２ がＸ軸方向において集束光となっていた。
【００２４】
このため、傾斜反射面１０上における各光束制御部材１４の出射光の照射面積がＸ軸方向において狭くなることによって、傾斜反射面１０上における各光束制御部材１４の出射光の照射部分（明部）同士の間に到達する光が不足するため、面光源として用いる場合における発光面上の輝度が不均一となるといった問題が生じていた。
【００２５】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、出射光の光束径を大きくすることによって、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることができる光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光束制御部材の特徴は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、前記発光素子対向面部の外周端部から前記発光素子と反対側に向かって延設された外周面と、この外周面に対して前記発光素子と反対側であって前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面とを備え、前記発光素子対向面部は、前記発光素子から出射された光を入射させるための凹部を有し、前記凹部は、光軸に直交する平面に形成され、前記発光素子から出射された光のうちの中心側の第１の光が入射する第１入射面と、この第１入射面の外周端部から前記発光素子側に向かって延設され、前記発光素子から出射された光のうちの前記第１の光の外側の第２の光が入射する第２入射面とを有し、前記外周面は、前記発光素子と反対側に向かうにしたがって外径が漸増するように形成され、前記第２入射面に入射した前記第２の光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面を有し、前記反発光素子対向面部は、前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに、前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１の光および前記第２の光を全反射させる第２全反射面を有し、前記出射面は、前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、前記第１出射面および前記第２出射面は、前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されている点にある。
【００２７】
そして、この請求項１に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面によって、第２全反射面において全反射された第１および第２の光を発散させた状態で出射させることができるので、照射範囲を大きくすることができ、ひいては、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、請求項２に係る光束制御部材の特徴は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面とを備え、前記発光素子対向面部は、前記発光素子から出射された光を入射させるための入射領域を有し、前記入射領域は、光軸方向から見た場合に光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに前記光軸を含む断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部は、前記発光素子から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射面と、この入射面に対して前記光軸を基準とした径方向の外側位置に形成され、前記入射面から入射した光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面とを有し、前記反発光素子対向面部は、前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１全反射面によって全反射された光を更に全反射させる第２全反射面を有し、前記出射面は、前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、前記第１出射面および前記第２出射面は、前記第２全反射面によって全反射された光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されている点にある。
【００２９】
そして、この請求項２に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面によって、第２全反射面によって全反射された光を発散させた状態で出射させることができるので、照射範囲を大きくすることができ、ひいては、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることができる。
【００３０】
さらに、請求項３に係る光束制御部材の特徴は、請求項１または２において、更に、前記第１出射面および前記第２出射面は、前記所定の平面に対して平行に形成されている点にある。
【００３１】
そして、この請求項３に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面が、簡易な面形状によって発散光を適切に出射させることが可能となる。
【００３２】
さらにまた、請求項４に係る光束制御部材の特徴は、請求項１または２において、更に、前記第１出射面および前記第２出射面は、光軸方向から見た場合に前記所定の平面側に凹入するように湾曲された形状を呈する凹曲面に形成されている点にある。
【００３３】
そして、この請求項４に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面が、簡易な面形状によって発散光を適切に出射させることが可能となる。
【００３４】
また、請求項５に係る発光装置の特徴は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材および発光素子を備えた点にある。
【００３５】
そして、この請求項５に係る発明によれば、光束制御部材からの出射光の照射範囲を大きくすることによって、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、請求項６に係る面光源装置の特徴は、請求項５に記載の発光装置が、請求項１〜４に記載の所定の平面に平行かつ光軸に直交する整列方向に所定の間隔を設けて複数整列配置され、前記複数の発光装置に対してこれらの光束制御部材の第１出射面および第２出射面からの光の出射側の位置に、前記第１出射面および前記第２出射面からの出射光を反射および／または拡散させる反射／拡散手段を備えた点にある。
【００３７】
そして、この請求項６に係る発明によれば、出射光の照射範囲が大きい光束制御部材を整列配置することによって、輝度ムラが低減された良好な面光源を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る光束制御部材によれば、発光装置からの出射光による被照射面積を大きくすることができ、この発光装置を面光源装置に用いることにより、面光源装置の発光面おける輝度の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る光束制御部材の実施形態を示す平面図
【図２】図１の下面図
【図３】図１のＡ−Ａ断面図
【図４】図１のＢ−Ｂ断面
【図５】本発明に係る光束制御部材の実施形態において、出射面からの出射光を、３本の代表的な光線として示す模式図
【図６】本発明に係る面光源装置の実施形態を示す平面図
【図７】図６のＡ−Ａ断面図
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図
【図９】光束制御部材の第１変形例を示す平面図
【図１０】図９の下面図
【図１１】図９のＡ−Ａ断面図
【図１２】図９のＢ−Ｂ断面図
【図１３】光束制御部材の第２変形例を示す下面図
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面図
【図１５】図１３のＢ−Ｂ断面図
【図１６】本発明の実施例を示す構成図
【図１７】本発明の実施例において、輝度の測定結果を示すグラフ
【図１８】従来の面光源装置の一例を示す平面図
【図１９】図１８のＡ−Ａ断面図
【図２０】図１８のＢ−Ｂ断面図
【図２１】従来の光束制御部材の一例を示す平面図
【図２２】図２１の下面図
【図２３】図２１のＡ−Ａ断面図
【図２４】図２１のＢ−Ｂ断面図
【図２５】従来の光束制御部材において、出射面からの出射光を、３本の代表的な光線として示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明に係る光束制御部材、発光装置および面光源装置の実施形態について、図１〜図１７を参照して説明する。
【００４１】
なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態における光束制御部材３０を示す平面図である。また、図２は、図１の下面図である。さらに、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００４３】
図１〜図４に示すように、本実施形態における光束制御部材３０は、従来の光束制御部材１４と同様に、発光素子対向面部としての第１入射面１９および第２入射面２０からなる凹部１５と、外周面としての第１全反射面１７と、反発光素子対向面部としての平面図において矩形状の第２全反射面１６とを備えている。これら各構成部の光学的な機能については、従来と同様であるので詳細は省略する。
【００４４】
一方、本実施形態における光束制御部材３０は、その出射面の構成が従来とは異なっている。
【００４５】
すなわち、図１に示すように、本実施形態における出射面は、前述した仮想平面Ｓを対称面とした面対称形状に形成された第１出射面３１と第２出射面３２とによって構成されている。これら第１出射面３１および第２出射面３２は、仮想平面Ｓに平行な平面に形成されている。
【００４６】
図３に示すように、第１出射面３１および第２出射面３２には、第２全反射面１６において仮想平面Ｓを対称面とした互いに面対称な両側方に向かって全反射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２が入射する。但し、図３においては、各出射面３１、３２に、これらに入射する第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を１本の光線として代表的に図示している。そして、各出射面３１、３２に入射した第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２は、各出射面３１、３２から発散された状態で出射される。図５は、このような出射面３１、３２からの出射光を、３本の代表的な光線として光束制御部材３０の平面図とともに示したものである。
【００４７】
このような本実施形態における光束制御部材３０は、従来と同様の発光素子１２上に対向配置されることによって本実施形態における発光装置を構成し、また、従来と同様の筐体２内に配置されることによって、本実施形態における面光源装置を構成するようになっている。
【００４８】
ここで、図６は、本実施形態における面光源装置３４を示す平面図である。また、図７は、図６のＡ−Ａ断面図であり、図８は、図６のＢ−Ｂ断面図である。
【００４９】
図６に示すように、本実施形態においては、仮想平面ＳをＹ座標の原点を通るＸＺ平面と定義した場合に、＋Ｙ方向および−Ｙ方向に向かって従来の集束光（図１８参照）と比較して照射範囲の大きな発散光を出射することのできる光束制御部材３０が、Ｘ軸方向に等間隔に配置されている。各光束制御部材３０からの出射光は、それぞれが、Ｘ軸方向に照射面積が広げられた状態として傾斜反射面１０に照射されることになる。この結果、傾斜反射面１０上における隣接する光束制御部材３０による照射部分（明部）同士のＸ軸方向の間隔を詰めることができるので、従来と比較して、面光源装置３４の発光面上における明部間の暗部を低減（Ｘ軸方向の幅を縮小）または除去することができる。
【００５０】
また、このような作用効果を発揮する出射面３１、３２を簡易な平面として容易に形成することができるので、コストを抑えることができる。
【００５１】
なお、本発明は、以下に示すような種々の変形例を適用することができる。
【００５２】
（第１の変形例）
すなわち、図９は、光束制御部材３０の第１の変形例を示す平面図である。また、図１０は、図９の下面図である。さらに、図１１は、図９のＡ−Ａ断面図、図１２は、図９のＢ−Ｂ断面図である。
【００５３】
図９に示すように、本変形例においては、第１出射面３１および第２出射面３２が、仮想平面Ｓを対称面とした面対称形状であって、光軸ＯＡ方向から見た場合に仮想平面Ｓ側に円弧状に湾曲された凹入面に形成されている。両出射面３１、３２間寸法が最小となる位置は、仮想平面Ｓに直交し光軸ＯＡを含む断面（図１１）上と一致している。ただし、凹入面の湾曲形状は、円弧（球面）に限る必要はなく、非球面であってもよい。
【００５４】
このような本変形例における第１出射面３１および第２出射面３２も、図１１に示すように、第２全反射面１６によって両側方に全反射された光Ｌ１、Ｌ２を、発散光として出射させることができる。このとき、各出射面３１、３２は、負のパワーを有していることによって、平面の出射面（図１参照）の場合よりも広い面積を照射可能な発散光を出射させることができる。したがって、本変形例によれば、各出射面３１、３２が平面の場合に比べて、より有効に暗部を低減または除去することができる。
【００５５】
（第２の変形例）
次に、図１３は、光束制御部材３０の第２変形例を示す下面図である。また、図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図であり、図１５は、図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【００５６】
図１３〜図１５に示すように、本変形例における光束制御部材３０は、発光素子対向面部が、凹部１５の代わりに、フレネル面形状の入射領域３５を有している。すなわち、入射領域３５は、光軸ＯＡ方向から見た場合に光軸ＯＡを中心とした同心円環状を呈するとともに光軸ＯＡを含む断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部３６を有している。図１４（部分拡大図）に示すように、各突起部３６は、発光素子１２から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射面３６ａと、この入射面３６ａに対して光軸ＯＡを基準とした径方向の外側位置に形成され、入射面３６ａから入射した光を第２全反射面１６（反発光素子対向面部）に向けて全反射させる第１全反射面３６ｂとを有している。ただし、入射面３６ａは、平面に限る必要はなく、その先端部側が基端部側よりも光軸ＯＡに対する径方向外方への傾きが大きくなるような屈曲面に形成してもよい。このようにすれば、突起部３６の先端部が尖鋭過ぎることによる製造上のデメリット（例えば、金型を用いて成形する場合における先端部の転写面への樹脂材料の充填不足）を回避することができる。なお、入射領域３５における中央部３５ａは、光軸ＯＡに直交する平坦面に形成されているが、この中央部３５ａは、発光素子１２からの光を第２全反射面１６側に向けて入射させるようになっている。このとき、中央部３５ａから光束制御部材３０内に入射する光は、光軸ＯＡ上を通る中心光を除いて光軸ＯＡに対する角度が小さくなる方向に屈折される。
【００５７】
このような本変形例における光束制御部材３０は、入射領域３５に入射した発光素子１２の出射光を、フレネル形状の第１全反射面３６ｂによる全反射または中央部３５ａの透過によって、第２全反射面１６側に適切に進行させることができる。
【００５８】
そして、入射領域３５側から到達した光を、第２全反射面１６によって仮想平面Ｓを対称面とした互いに面対称な両側方に向かって全反射させ、第１出射面３１および第２出射面３２から発散光として出射させることができる。
【００５９】
これにより、図１〜図８の構成と同様に、傾斜反射面１０上における隣接する光束制御部材３０による照射部分（明部）同士の間の光量不足を補うことができる。
【００６０】
この他にも、本変形例における入射領域３５を、第１変形例における凹曲面状の第１出射面３１および第２出射面３２と組み合わせるようにしてもよい。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明の実施例として、図１〜図８に示した構成についての光線追跡シミュレーションおよび輝度測定の結果を、従来の光束制御部材１４を用いた構成との比較によって説明する。
【００６２】
本実施例においては、前述のように、発光素子１２（光束制御部材３０、１４）の整列方向をＸ軸方向、仮想平面Ｓおよび光軸ＯＡに直交する方向をＹ軸方向、光軸ＯＡ方向（面光源装置３４、１の厚み方向）をＺ軸方向としたＸＹＺ直交座標系を定義した。より具体的には、図１６および図１８に示すように、Ｘ軸方向に沿って整列配置された９つの発光素子１２のうちの最も中央に配置された１つの発光素子１２の発光面の中心点を、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，１）（単位はｍｍ、以下同様）とし、原点（０，０，０）を、当該発光面の中心点にＺ軸方向において対向する基板１３の表面上の位置とした。
【００６３】
まず、本実施例においては、中央の１つの発光素子１２から出射された光束のうちの１本の代表光線を追跡し、この代表光線の各測定ポイントにおけるＸＹＺ座標を測定した。なお、面光源装置の具体的な寸法は、図１６に示す通りである。そして、各測定ポイントにおける測定結果は、以下の表１および表２に示すものとなった。なお、表１は、本発明の構成についての測定結果であり、表２は、従来の構成についての測定結果である。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
表１および表２に示すように、本発明の構成と従来の構成とでは、発光素子１２からの代表光線のＸＹＺ座標は、出射点（発光素子）、第２入射面（光束制御部材）、第１全反射面（光束制御部材）および第２全反射面（光束制御部材）の各測定ポイントにおいて互いに一致している。一方、出射面の形状の相違により、本発明の構成と従来の構成とは、出射面およびＹ＝１００ｍｍの位置の各測定ポイントにおける代表光線のＸＹＺ座標が互いに異なっている。
【００６７】
ここで、測定ポイント（Ｙ＝１００ｍｍ）におけるＸ座標に着目すると、従来の構成ではＸ＝４．７９ｍｍであるのに対して、本発明の構成ではＸ＝−２０．０４ｍｍとなることが分かる。この結果は、本発明の構成の方が、従来の構成よりも出射面からの出射光の発散に適していることを示していると言える。
【００６８】
次に、本発明の構成および従来の構成についての輝度測定は、図１６に示すように、Ｘ値を可変とし、Ｙ＝１００ｍｍ（一定）の測定位置において面光源装置１の発光面上の輝度測定を行った。その測定結果は図１７に示すものとなった。なお、図１７における横軸は、各測定位置（Ｙ＝１００ｍｍ）におけるＸ座標である。また、同図における縦軸は、測定点における輝度ムラ（無次元量）である。なお、各測定点の輝度ムラは、次式によって求めることができる。
【００６９】
輝度ムラ＝（測定点の輝度−Ａ）／Ａ （１）
但し、（１）式におけるＡは、測定点の周囲約５５ｍｍ四方の平均輝度（ｃｄ／ｍｍ２）である。
【００７０】
ここで、図１７に本発明の構成による輝度むらを実線、従来の構成による輝度むらを破線で示す。これより本発明の構成の方が、従来の構成に比べて広い範囲にわたって輝度ムラが低減されていることが分かる。
【００７１】
したがって、本実施例によれば、本発明の構成の方が、従来の構成に比べて輝度の均一性に優れていると言える。
【００７２】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。
【００７３】
例えば、ホルダ２２は、必要に応じて設けるようにしてもよい。また、反射／拡散手段としては、傾斜反射面１０の代わりまたは傾斜反射面１０とともに、光束制御部材からの出射光を拡散させる公知の拡散面を備えてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１２ 発光素子
１５ 凹部（発光素子対向面部）
１６ 第２全反射面
１７ 第１全反射面（外周面）
１９ 第１入射面
２０ 第２入射面
３０ 光束制御部材
３１ 第１出射面
３２ 第２出射面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置に係り、特に、発光素子から出射された光の進行方向を制御するのに好適な光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶表示装置のバックライト、内照式の看板等の用途には、エッジライト方式または直下型方式の面光源装置が用いられていた。
【０００３】
ここで、エッジライト方式の面光源装置は、導光板の側端面に配置した光源からの光を導光板によって側端面と直交する表面側（視認側）に取り出す方式として知られている。一方、直下型方式は、複数の点状光源を光拡散板の裏側（直下）に配置し、各光源からの光を光拡散板によって拡散させて表側に取り出す方式として知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
これら各方式のうち、直下型方式は、輝度の高さの点で有利であり、とりわけ、大面積の画像表示や発光を行う用途においては、この方式が採用される場合が多い。
【０００５】
近年、このような直下型方式において、少ない点状光源で大面積の照明を可能にする面光源装置が開発されている（特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献２の図５および図６に示される面光源装置にはサイドビューＬＥＤが用いられており、主としてＬＥＤ実装面と平行に出射されるＬＥＤからの出射光が、傾斜面（曲面）状に形成された光反射面部材で反射されることによって、発光面部材の全面をむらなく照射するようになっている。
【０００７】
このサイドビューＬＥＤに代えて、ＬＥＤ実装面に対して直交方向に光を出射するトップビューＬＥＤを用いる場合には、光の進行方向をＬＥＤ実装面と平行方向に変えるための光束制御部材を用いることが高品位な発光面の面光源装置を得るために有効である。
【０００８】
図１８は、この種の直下型方式の面光源装置の従来例を示す平面図である。また、図１９は、図１８のＡ−Ａ断面図であり、図２０は、図１８のＢ−Ｂ断面図である。
【０００９】
図１８〜図２０に示すように、面光源装置１は、平面図において矩形状の筐体２を有しており、この筐体２の内面は、Ｙ軸方向（図１８における縦方向）における中央部に位置するＸ軸方向（図１８における横方向）に長尺な底面３と、この底面３のＸ軸方向における両端部に垂直に連接された側面４、５と、底面３のＹ軸方向における両端部に連接された反射面６、７とによって構成されている。
【００１０】
図１９に示すように、底面３上には、点状光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）等からなる複数（９つ）の発光素子１２が、Ｘ軸方向に等間隔で整列配置されている。なお、各発光素子１２は、これらに対する電気信号の印加を行うリードや制御回路（図示せず）等を備えた基板１３上に実装された状態で、底面３上に配置されている。各発光素子１２は、前方（図１９、図２０における上方）に向けて、ある程度の指向性を有する所定の配光分布（ＬＥＤの場合にはランバーシアン分布）にしたがった光を出射するようになっている。このとき、発光素子１２は、各発光素子１２の出射光の中心軸（中心光）が、Ｚ軸方向に平行な状態となるように、筺体２のＹ軸方向の中央に配置されている。
【００１１】
また、図２０に示すように、反射面６、７は、発光素子１２から離れるにしたがってＺ軸方向（図２０における縦方向）に傾く上り傾斜面に形成されている。さらに、図２０に示すように、反射面６、７は、底面３をＹ軸方向において二等分する底面３に垂直な仮想平面Ｓを対称面とした面対称な形状に形成されている。すなわち、両反射面６、７の底面３に対する傾斜角は互いに一致している。そして、これら両反射面６、７は、反射部材によって形成されている。なお、反射部材としては、例えば、ＵＸＳＰ１８８（帝人デュポン社製）等が用いられる。
【００１２】
さらに、図１８〜図２０に示すように、各発光素子１２上には、各発光素子１２の出射光の進行方向を制御する複数の光束制御部材１４がそれぞれ配置されている。これらの光束制御部材１４は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＣ（ポリカーボネート）およびＥＰ（エポキシ樹脂）などの樹脂材料やガラス等の透光性材料によって形成されている。
【００１３】
ここで、図２１は、光束制御部材１４を示す平面図である。また、図２２は、図２１の下面図である。さらに、図２３は、図２１のＡ−Ａ断面図であり、図２４は、図２１のＢ−Ｂ断面図である。
【００１４】
図２２〜図２４に示すように、光束制御部材１４は、発光素子１２に対してＺ軸方向（光の出射方向）において対向して配置される発光素子対向面部１５を有している。また、同各図に示すように、光束制御部材１４は、発光素子対向面部１５に対してＺ軸方向における発光素子１２と反対側に形成された反発光素子対向面部１６を有している。さらに、同各図に示すように、光束制御部材１４は、発光素子対向面部１５の外周端部から発光素子１２と反対側へ向かって延設された外周面１７を有している。さらにまた、同各図に示すように、光束制御部材１４は、外周面１７に対してＺ軸方向における発光素子１２と反対側であって反発光素子対向面部１６に対してＹ軸方向における外側に形成された出射面１８を有している。
【００１５】
具体的には、図２３および図２４に示すように、発光素子対向面部１５は、発光素子１２（図示せず）から出射された光を入射させるための略円錐台形状の凹部１５とされている。ここで、図２２〜図２４に示すように、凹部１５は、光軸ＯＡに直交する平面として形成された下面図において光軸ＯＡと同心円形を呈する第１入射面１９を有している。この第１入射面１９には、図２３に示すように、発光素子１２（図示せず）から出射された光（光束）のうちの光軸ＯＡに対して小さい角度側の第１の光（光束）Ｌ１が入射する。ただし、図２３においては、第１の光Ｌ１を、これに含まれる１本の光線として代表的に図示している。そして、第１入射面１９に入射した第１の光Ｌ１は、第１入射面１９においてスネルの法則にしたがって全体的に光軸ＯＡに対する角度が小さくなるように屈折（垂直入射の中心光は除く）された上で、光束制御部材１４の内部の光路上を反発光素子対向面部１６に向かって進行する。また、図２２〜図２４に示すように、凹部１５は、第１入射面１９の外周端部から発光素子１２側に向かって延設された第２入射面２０を有しており、この第２入射面２０は、発光素子１２側に向かうにしたがって内径が漸増するような光軸ＯＡと同心のテーパ面に形成されている。この第２入射面２０には、図２３に示すように、発光素子１２（図示せず）から出射された光（光束）のうちの第１の光Ｌ１の外側の第２の光（光束）Ｌ２が入射する。ただし、図２３においては、第２の光Ｌ２を、これに含まれる１本の光線として代表的に図示している。そして、第２入射面２０に入射した第２の光Ｌ２は、第２入射面２０において屈折された上で、光束制御部材１４の内部の光路上を外周面１７側に向かって進行する。
【００１６】
また、図２３に示すように、外周面１７は、発光素子１２と反対側に向かって外径が漸増するとともに、径方向の外方にわずかに膨出するような光軸ＯＡと同心の曲線テーパ面に形成されており、この外周面１７は、第１全反射面１７とされている。すなわち、図２３に示すように、第１全反射面１７には、第２入射面２０に入射した後に光束制御部材１４の内部の光路上を進行した第２の光Ｌ２が、臨界角よりも大きな入射角で内部入射する。そして、この内部入射した第２の光Ｌ２は、第１全反射面１７によって全体的に光軸ＯＡに対する角度が小さくなる方向に全反射された後に、光束制御部材１４の内部の光路上を反発光素子対向面部１６に向かって進行する。
【００１７】
さらに、図２３に示すように、反発光素子対向面部１６は、前述した仮想平面Ｓ（光軸ＯＡを含む所定の平面）を対称面とした面対称形状に形成されるとともに仮想平面Ｓに平行かつ光軸ＯＡに直交する方向から見た場合（側面視した場合）に、発光素子１２と反対側に向かうにしたがって仮想平面Ｓと直交する方向に拡開するような形状を呈するようになっている。より具体的には、反発光素子対向面部１６は、平面図において円形状を呈するとともに仮想平面Ｓに直交する任意の断面（例えば、図２３）において、仮想平面Ｓとの交点位置が谷となるＶ字状を呈するような面に形成されている。このような反光学素子対向面部１６は、第２全反射面１６とされている。すなわち、図２３に示すように、第２全反射面１６には、第１入射面１９に入射した後に光束制御部材１４の内部の光路上を進行した（第１入射面１９側から到達した）第１の光Ｌ１が、臨界角よりも大きな入射角で内部入射する。また、このとき、第２全反射面１６には、第１全反射面１７によって全反射された後に光束制御部材１４の内部の光路上を進行した第２の光Ｌ２が、臨界角よりも大きな入射角で内部入射する。そして、第２全反射面１６は、これらの内部入射した第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を、仮想平面Ｓを対称面とした互いに面対称な（相対する）両側方（図２３における左右方向）に向けて全反射させ、光軸ＯＡに略直交するように光路変換する。より具体的には、第２全反射面１６のうちの図２３における左半部に内部入射した光Ｌ１、Ｌ２は左側方に向けて全反射され、第２全反射面１６のうちの図２３における右半部に内部入射した光Ｌ１、Ｌ２（図示せず）は右側方に向けて全反射される。
【００１８】
さらにまた、図２１〜図２３に示すように、出射面１８は、光軸ＯＡと同心の円筒面に形成されており、この出射面１８には、第２全反射面１６によって両側方に向けて全反射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２がそれぞれ内部入射する。そして、出射面１８は、内部入射した第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２ を光束制御部材１４の左右両側方に出射させる。図２５は、このとき出射される第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２の進行方向を、互いに異なる３本の光線を光束制御部材１４の平面図とともに示したものである。
【００１９】
そして、このようにして出射面１８から出射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２は、図２０に示すように、傾斜反射面１０によって反射されて面光源装置１の発光面（図２０における上方）に向かって進行する。
【００２０】
また、図２３に示すように、光束制御部材１４は、出射面１８の下端部から発光素子１２側に向かって延出された光軸ＯＡと同心の円筒形状のホルダ２２を有しており、このホルダ２２は、第１全反射面１７を径方向における外側から包囲している。
【００２１】
図１８〜図２０に戻って、面光源装置１は、筐体２の前部開口を遮蔽する光学シート２５を有しており、この光学シート２５は、各光束制御部材１４の光軸ＯＡに直交するようにして各光束制御部材１４および傾斜反射面１０に対向配置されている。この光学シート２５には、主に、傾斜反射面１０によって反射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２が後方（図２０における下方）から入射する。そして、光学シート２５は、入射した光を、平面視した場合に矩形の広がりを持った光として出射させる。光学シート２５としては、ＤＢＥＦ（３Ｍ社製）、拡散シート、拡散板、プリズムシート等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特表２００９−５４２０１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、従来は、平面図上における出射面８の形状が正のパワーを有する円筒面形状に形成されていたため、図１８に示すように、出射面８からの出射光Ｌ１、Ｌ２ がＸ軸方向において集束光となっていた。
【００２４】
このため、傾斜反射面１０上における各光束制御部材１４の出射光の照射面積がＸ軸方向において狭くなることによって、傾斜反射面１０上における各光束制御部材１４の出射光の照射部分（明部）同士の間に到達する光が不足するため、面光源として用いる場合における発光面上の輝度が不均一となるといった問題が生じていた。
【００２５】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、出射光の光束径を大きくすることによって、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることができる光束制御部材、この光束制御部材を備えた発光装置およびこの発光装置を備えた面光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
前述した目的を達成するため、本発明の請求項１に係る光束制御部材の特徴は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、前記発光素子対向面部の外周端部から前記発光素子と反対側に向かって延設された外周面と、この外周面に対して前記発光素子と反対側であって前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面とを備え、前記発光素子対向面部は、前記発光素子から出射された光を入射させるための凹部を有し、前記凹部は、光軸に直交する平面に形成され、前記発光素子から出射された光のうちの中心側の第１の光が入射する第１入射面と、この第１入射面の外周端部から前記発光素子側に向かって延設され、前記発光素子から出射された光のうちの前記第１の光の外側の第２の光が入射する第２入射面とを有し、前記外周面は、前記発光素子と反対側に向かうにしたがって外径が漸増するように形成され、前記第２入射面に入射した前記第２の光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面を有し、前記反発光素子対向面部は、前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに、前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１の光および前記第２の光を全反射させる第２全反射面を有し、前記出射面は、前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、前記第１出射面および前記第２出射面は、前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されている点にある。
【００２７】
そして、この請求項１に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面によって、第２全反射面において全反射された第１および第２の光を発散させた状態で出射させることができるので、照射範囲を大きくすることができ、ひいては、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、請求項２に係る光束制御部材の特徴は、発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面とを備え、前記発光素子対向面部は、前記発光素子から出射された光を入射させるための入射領域を有し、前記入射領域は、光軸方向から見た場合に光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに前記光軸を含む断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、前記突起部は、前記発光素子から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射面と、この入射面に対して前記光軸を基準とした径方向の外側位置に形成され、前記入射面から入射した光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面とを有し、前記反発光素子対向面部は、前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１全反射面によって全反射された光を更に全反射させる第２全反射面を有し、前記出射面は、前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、前記第１出射面および前記第２出射面は、前記第２全反射面によって全反射された光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されている点にある。
【００２９】
そして、この請求項２に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面によって、第２全反射面によって全反射された光を発散させた状態で出射させることができるので、照射範囲を大きくすることができ、ひいては、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることができる。
【００３０】
さらに、請求項３に係る光束制御部材の特徴は、請求項１または２において、更に、前記第１出射面および前記第２出射面は、前記所定の平面に対して平行に形成されている点にある。
【００３１】
そして、この請求項３に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面が、簡易な面形状によって発散光を適切に出射させることが可能となる。
【００３２】
さらにまた、請求項４に係る光束制御部材の特徴は、請求項１または２において、更に、前記第１出射面および前記第２出射面は、光軸方向から見た場合に前記所定の平面側に凹入するように湾曲された形状を呈する凹曲面に形成されている点にある。
【００３３】
そして、この請求項４に係る発明によれば、第１出射面および第２出射面が、簡易な面形状によって発散光を適切に出射させることが可能となる。
【００３４】
また、請求項５に係る発光装置の特徴は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材および発光素子を備えた点にある。
【００３５】
そして、この請求項５に係る発明によれば、光束制御部材からの出射光の照射範囲を大きくすることによって、面光源として用いる際における輝度の均一性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、請求項６に係る面光源装置の特徴は、請求項５に記載の発光装置が、請求項１〜４に記載の所定の平面に平行かつ光軸に直交する整列方向に所定の間隔を設けて複数整列配置され、前記複数の発光装置に対してこれらの光束制御部材の第１出射面および第２出射面からの光の出射側の位置に、前記第１出射面および前記第２出射面からの出射光を反射および／または拡散させる反射／拡散手段を備えた点にある。
【００３７】
そして、この請求項６に係る発明によれば、出射光の照射範囲が大きい光束制御部材を整列配置することによって、輝度ムラが低減された良好な面光源を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る光束制御部材によれば、発光装置からの出射光による被照射面積を大きくすることができ、この発光装置を面光源装置に用いることにより、面光源装置の発光面おける輝度の均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る光束制御部材の実施形態を示す平面図
【図２】図１の下面図
【図３】図１のＡ−Ａ断面図
【図４】図１のＢ−Ｂ断面
【図５】本発明に係る光束制御部材の実施形態において、出射面からの出射光を、３本の代表的な光線として示す模式図
【図６】本発明に係る面光源装置の実施形態を示す平面図
【図７】図６のＡ−Ａ断面図
【図８】図６のＢ−Ｂ断面図
【図９】光束制御部材の第１変形例を示す平面図
【図１０】図９の下面図
【図１１】図９のＡ−Ａ断面図
【図１２】図９のＢ−Ｂ断面図
【図１３】光束制御部材の第２変形例を示す下面図
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面図
【図１５】図１３のＢ−Ｂ断面図
【図１６】本発明の実施例を示す構成図
【図１７】本発明の実施例において、輝度の測定結果を示すグラフ
【図１８】従来の面光源装置の一例を示す平面図
【図１９】図１８のＡ−Ａ断面図
【図２０】図１８のＢ−Ｂ断面図
【図２１】従来の光束制御部材の一例を示す平面図
【図２２】図２１の下面図
【図２３】図２１のＡ−Ａ断面図
【図２４】図２１のＢ−Ｂ断面図
【図２５】従来の光束制御部材において、出射面からの出射光を、３本の代表的な光線として示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明に係る光束制御部材、発光装置および面光源装置の実施形態について、図１〜図１７を参照して説明する。
【００４１】
なお、従来と基本的構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態における光束制御部材３０を示す平面図である。また、図２は、図１の下面図である。さらに、図３は、図１のＡ−Ａ断面図、図４は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００４３】
図１〜図４に示すように、本実施形態における光束制御部材３０は、従来の光束制御部材１４と同様に、発光素子対向面部としての第１入射面１９および第２入射面２０からなる凹部１５と、外周面としての第１全反射面１７と、反発光素子対向面部としての平面図において矩形状の第２全反射面１６とを備えている。これら各構成部の光学的な機能については、従来と同様であるので詳細は省略する。
【００４４】
一方、本実施形態における光束制御部材３０は、その出射面の構成が従来とは異なっている。
【００４５】
すなわち、図１に示すように、本実施形態における出射面は、前述した仮想平面Ｓを対称面とした面対称形状に形成された第１出射面３１と第２出射面３２とによって構成されている。これら第１出射面３１および第２出射面３２は、仮想平面Ｓに平行な平面に形成されている。
【００４６】
図３に示すように、第１出射面３１および第２出射面３２には、第２全反射面１６において仮想平面Ｓを対称面とした互いに面対称な両側方に向かって全反射された第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２が入射する。但し、図３においては、各出射面３１、３２に、これらに入射する第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２を１本の光線として代表的に図示している。そして、各出射面３１、３２に入射した第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２は、各出射面３１、３２から発散された状態で出射される。図５は、このような出射面３１、３２からの出射光を、３本の代表的な光線として光束制御部材３０の平面図とともに示したものである。
【００４７】
このような本実施形態における光束制御部材３０は、従来と同様の発光素子１２上に対向配置されることによって本実施形態における発光装置を構成し、また、従来と同様の筐体２内に配置されることによって、本実施形態における面光源装置を構成するようになっている。
【００４８】
ここで、図６は、本実施形態における面光源装置３４を示す平面図である。また、図７は、図６のＡ−Ａ断面図であり、図８は、図６のＢ−Ｂ断面図である。
【００４９】
図６に示すように、本実施形態においては、仮想平面ＳをＹ座標の原点を通るＸＺ平面と定義した場合に、＋Ｙ方向および−Ｙ方向に向かって従来の集束光（図１８参照）と比較して照射範囲の大きな発散光を出射することのできる光束制御部材３０が、Ｘ軸方向に等間隔に配置されている。各光束制御部材３０からの出射光は、それぞれが、Ｘ軸方向に照射面積が広げられた状態として傾斜反射面１０に照射されることになる。この結果、傾斜反射面１０上における隣接する光束制御部材３０による照射部分（明部）同士のＸ軸方向の間隔を詰めることができるので、従来と比較して、面光源装置３４の発光面上における明部間の暗部を低減（Ｘ軸方向の幅を縮小）または除去することができる。
【００５０】
また、このような作用効果を発揮する出射面３１、３２を簡易な平面として容易に形成することができるので、コストを抑えることができる。
【００５１】
なお、本発明は、以下に示すような種々の変形例を適用することができる。
【００５２】
（第１の変形例）
すなわち、図９は、光束制御部材３０の第１の変形例を示す平面図である。また、図１０は、図９の下面図である。さらに、図１１は、図９のＡ−Ａ断面図、図１２は、図９のＢ−Ｂ断面図である。
【００５３】
図９に示すように、本変形例においては、第１出射面３１および第２出射面３２が、仮想平面Ｓを対称面とした面対称形状であって、光軸ＯＡ方向から見た場合に仮想平面Ｓ側に円弧状に湾曲された凹入面に形成されている。両出射面３１、３２間寸法が最小となる位置は、仮想平面Ｓに直交し光軸ＯＡを含む断面（図１１）上と一致している。ただし、凹入面の湾曲形状は、円弧（球面）に限る必要はなく、非球面であってもよい。
【００５４】
このような本変形例における第１出射面３１および第２出射面３２も、図１１に示すように、第２全反射面１６によって両側方に全反射された光Ｌ１、Ｌ２を、発散光として出射させることができる。このとき、各出射面３１、３２は、負のパワーを有していることによって、平面の出射面（図１参照）の場合よりも広い面積を照射可能な発散光を出射させることができる。したがって、本変形例によれば、各出射面３１、３２が平面の場合に比べて、より有効に暗部を低減または除去することができる。
【００５５】
（第２の変形例）
次に、図１３は、光束制御部材３０の第２変形例を示す下面図である。また、図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図であり、図１５は、図１３のＢ−Ｂ断面図である。
【００５６】
図１３〜図１５に示すように、本変形例における光束制御部材３０は、発光素子対向面部が、凹部１５の代わりに、フレネル面形状の入射領域３５を有している。すなわち、入射領域３５は、光軸ＯＡ方向から見た場合に光軸ＯＡを中心とした同心円環状を呈するとともに光軸ＯＡを含む断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部３６を有している。図１４（部分拡大図）に示すように、各突起部３６は、発光素子１２から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射面３６ａと、この入射面３６ａに対して光軸ＯＡを基準とした径方向の外側位置に形成され、入射面３６ａから入射した光を第２全反射面１６（反発光素子対向面部）に向けて全反射させる第１全反射面３６ｂとを有している。ただし、入射面３６ａは、平面に限る必要はなく、その先端部側が基端部側よりも光軸ＯＡに対する径方向外方への傾きが大きくなるような屈曲面に形成してもよい。このようにすれば、突起部３６の先端部が尖鋭過ぎることによる製造上のデメリット（例えば、金型を用いて成形する場合における先端部の転写面への樹脂材料の充填不足）を回避することができる。なお、入射領域３５における中央部３５ａは、光軸ＯＡに直交する平坦面に形成されているが、この中央部３５ａは、発光素子１２からの光を第２全反射面１６側に向けて入射させるようになっている。このとき、中央部３５ａから光束制御部材３０内に入射する光は、光軸ＯＡ上を通る中心光を除いて光軸ＯＡに対する角度が小さくなる方向に屈折される。
【００５７】
このような本変形例における光束制御部材３０は、入射領域３５に入射した発光素子１２の出射光を、フレネル形状の第１全反射面３６ｂによる全反射または中央部３５ａの透過によって、第２全反射面１６側に適切に進行させることができる。
【００５８】
そして、入射領域３５側から到達した光を、第２全反射面１６によって仮想平面Ｓを対称面とした互いに面対称な両側方に向かって全反射させ、第１出射面３１および第２出射面３２から発散光として出射させることができる。
【００５９】
これにより、図１〜図８の構成と同様に、傾斜反射面１０上における隣接する光束制御部材３０による照射部分（明部）同士の間の光量不足を補うことができる。
【００６０】
この他にも、本変形例における入射領域３５を、第１変形例における凹曲面状の第１出射面３１および第２出射面３２と組み合わせるようにしてもよい。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明の実施例として、図１〜図８に示した構成についての光線追跡シミュレーションおよび輝度測定の結果を、従来の光束制御部材１４を用いた構成との比較によって説明する。
【００６２】
本実施例においては、前述のように、発光素子１２（光束制御部材３０、１４）の整列方向をＸ軸方向、仮想平面Ｓおよび光軸ＯＡに直交する方向をＹ軸方向、光軸ＯＡ方向（面光源装置３４、１の厚み方向）をＺ軸方向としたＸＹＺ直交座標系を定義した。より具体的には、図１６および図１８に示すように、Ｘ軸方向に沿って整列配置された９つの発光素子１２のうちの最も中央に配置された１つの発光素子１２の発光面の中心点を、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝（０，０，１）（単位はｍｍ、以下同様）とし、原点（０，０，０）を、当該発光面の中心点にＺ軸方向において対向する基板１３の表面上の位置とした。
【００６３】
まず、本実施例においては、中央の１つの発光素子１２から出射された光束のうちの１本の代表光線を追跡し、この代表光線の各測定ポイントにおけるＸＹＺ座標を測定した。なお、面光源装置の具体的な寸法は、図１６に示す通りである。そして、各測定ポイントにおける測定結果は、以下の表１および表２に示すものとなった。なお、表１は、本発明の構成についての測定結果であり、表２は、従来の構成についての測定結果である。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
表１および表２に示すように、本発明の構成と従来の構成とでは、発光素子１２からの代表光線のＸＹＺ座標は、出射点（発光素子）、第２入射面（光束制御部材）、第１全反射面（光束制御部材）および第２全反射面（光束制御部材）の各測定ポイントにおいて互いに一致している。一方、出射面の形状の相違により、本発明の構成と従来の構成とは、出射面およびＹ＝１００ｍｍの位置の各測定ポイントにおける代表光線のＸＹＺ座標が互いに異なっている。
【００６７】
ここで、測定ポイント（Ｙ＝１００ｍｍ）におけるＸ座標に着目すると、従来の構成ではＸ＝４．７９ｍｍであるのに対して、本発明の構成ではＸ＝−２０．０４ｍｍとなることが分かる。この結果は、本発明の構成の方が、従来の構成よりも出射面からの出射光の発散に適していることを示していると言える。
【００６８】
次に、本発明の構成および従来の構成についての輝度測定は、図１６に示すように、Ｘ値を可変とし、Ｙ＝１００ｍｍ（一定）の測定位置において面光源装置１の発光面上の輝度測定を行った。その測定結果は図１７に示すものとなった。なお、図１７における横軸は、各測定位置（Ｙ＝１００ｍｍ）におけるＸ座標である。また、同図における縦軸は、測定点における輝度ムラ（無次元量）である。なお、各測定点の輝度ムラは、次式によって求めることができる。
【００６９】
輝度ムラ＝（測定点の輝度−Ａ）／Ａ （１）
但し、（１）式におけるＡは、測定点の周囲約５５ｍｍ四方の平均輝度（ｃｄ／ｍｍ２）である。
【００７０】
ここで、図１７に本発明の構成による輝度むらを実線、従来の構成による輝度むらを破線で示す。これより本発明の構成の方が、従来の構成に比べて広い範囲にわたって輝度ムラが低減されていることが分かる。
【００７１】
したがって、本実施例によれば、本発明の構成の方が、従来の構成に比べて輝度の均一性に優れていると言える。
【００７２】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限度において種々変更することができる。
【００７３】
例えば、ホルダ２２は、必要に応じて設けるようにしてもよい。また、反射／拡散手段としては、傾斜反射面１０の代わりまたは傾斜反射面１０とともに、光束制御部材からの出射光を拡散させる公知の拡散面を備えてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１２ 発光素子
１５ 凹部（発光素子対向面部）
１６ 第２全反射面
１７ 第１全反射面（外周面）
１９ 第１入射面
２０ 第２入射面
３０ 光束制御部材
３１ 第１出射面
３２ 第２出射面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、
前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、
この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、
前記発光素子対向面部の外周端部から前記発光素子と反対側に向かって延設された外周面と、
この外周面に対して前記発光素子と反対側であって前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面と
を備え、
前記発光素子対向面部は、
前記発光素子から出射された光を入射させるための凹部を有し、
前記凹部は、
光軸に直交する平面に形成され、前記発光素子から出射された光のうちの中心側の第１の光が入射する第１入射面と、
この第１入射面の外周端部から前記発光素子側に向かって延設され、前記発光素子から出射された光のうちの前記第１の光の外側の第２の光が入射する第２入射面と
を有し、
前記外周面は、
前記発光素子と反対側に向かうにしたがって外径が漸増するように形成され、前記第２入射面に入射した前記第２の光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面を有し、
前記反発光素子対向面部は、
前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに、前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１の光および前記第２の光を全反射させる第２全反射面を有し、
前記出射面は、
前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、
前記第１出射面および前記第２出射面は、
前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されていること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項２】
発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、
前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、
この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、
前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面と
を備え、
前記発光素子対向面部は、
前記発光素子から出射された光を入射させるための入射領域を有し、
前記入射領域は、
光軸方向から見た場合に光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに前記光軸を含む断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、
前記突起部は、
前記発光素子から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射面と、
この入射面に対して前記光軸を基準とした径方向の外側位置に形成され、前記入射面から入射した光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面と
を有し、
前記反発光素子対向面部は、
前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１全反射面によって全反射された光を更に全反射させる第２全反射面を有し、
前記出射面は、
前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、
前記第１出射面および前記第２出射面は、
前記第２全反射面によって全反射された光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されていること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項３】
前記第１出射面および前記第２出射面は、
前記所定の平面に対して平行に形成されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記第１出射面および前記第２出射面は、
光軸方向から見た場合に前記所定の平面側に凹入するように湾曲された形状を呈する凹曲面に形成されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の光束制御部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材および発光素子を備えたこと
を特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発光装置が、請求項１〜４に記載の所定の平面に平行かつ光軸に直交する整列方向に所定の間隔を設けて複数整列配置され、
前記複数の発光装置に対してこれらの光束制御部材の第１出射面および第２出射面からの光の出射側の位置に、前記第１出射面および前記第２出射面からの出射光を反射および／または拡散させる反射／拡散手段を備えたこと
を特徴とする面光源装置。
【請求項１】
発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、
前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、
この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、
前記発光素子対向面部の外周端部から前記発光素子と反対側に向かって延設された外周面と、
この外周面に対して前記発光素子と反対側であって前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面と
を備え、
前記発光素子対向面部は、
前記発光素子から出射された光を入射させるための凹部を有し、
前記凹部は、
光軸に直交する平面に形成され、前記発光素子から出射された光のうちの中心側の第１の光が入射する第１入射面と、
この第１入射面の外周端部から前記発光素子側に向かって延設され、前記発光素子から出射された光のうちの前記第１の光の外側の第２の光が入射する第２入射面と
を有し、
前記外周面は、
前記発光素子と反対側に向かうにしたがって外径が漸増するように形成され、前記第２入射面に入射した前記第２の光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面を有し、
前記反発光素子対向面部は、
前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに、前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１の光および前記第２の光を全反射させる第２全反射面を有し、
前記出射面は、
前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、
前記第１出射面および前記第２出射面は、
前記第２全反射面によって全反射された前記第１および第２の光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されていること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項２】
発光素子から出射された光の進行方向を制御する光束制御部材であって、
前記発光素子に対向して配置される発光素子対向面部と、
この発光素子対向面部に対して前記発光素子と反対側に形成された反発光素子対向面部と、
前記反発光素子対向面部の外側に形成された出射面と
を備え、
前記発光素子対向面部は、
前記発光素子から出射された光を入射させるための入射領域を有し、
前記入射領域は、
光軸方向から見た場合に光軸を中心とした同心円環状を呈するとともに前記光軸を含む断面が鋸刃状を呈するような径方向において互いに隣接する複数の突起部を有し、
前記突起部は、
前記発光素子から出射された光が入射し、この入射した光を屈折させる入射面と、
この入射面に対して前記光軸を基準とした径方向の外側位置に形成され、前記入射面から入射した光を前記反発光素子対向面部に向けて全反射させる第１全反射面と
を有し、
前記反発光素子対向面部は、
前記光軸を含む所定の平面を対称面とした面対称形状に形成されるとともに前記所定の平面に直交する任意の断面において、前記所定の平面との交点位置が谷となるＶ字形状を呈し、前記第１全反射面によって全反射された光を更に全反射させる第２全反射面を有し、
前記出射面は、
前記所定の平面を対称面とした互いに面対称な形状に形成され、前記第２全反射面によって全反射された光を出射させる第１出射面および第２出射面を有し、
前記第１出射面および前記第２出射面は、
前記第２全反射面によって全反射された光を屈折して発散させた状態で出射させる形状に形成されていること
を特徴とする光束制御部材。
【請求項３】
前記第１出射面および前記第２出射面は、
前記所定の平面に対して平行に形成されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の光束制御部材。
【請求項４】
前記第１出射面および前記第２出射面は、
光軸方向から見た場合に前記所定の平面側に凹入するように湾曲された形状を呈する凹曲面に形成されていること
を特徴とする請求項１または２に記載の光束制御部材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光束制御部材および発光素子を備えたこと
を特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発光装置が、請求項１〜４に記載の所定の平面に平行かつ光軸に直交する整列方向に所定の間隔を設けて複数整列配置され、
前記複数の発光装置に対してこれらの光束制御部材の第１出射面および第２出射面からの光の出射側の位置に、前記第１出射面および前記第２出射面からの出射光を反射および／または拡散させる反射／拡散手段を備えたこと
を特徴とする面光源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−２３１０２３（Ｐ２０１２−２３１０２３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９８４９９（Ｐ２０１１−９８４９９）
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２６日（２０１１．４．２６）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
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