光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
【課題】面光源装置において発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用される光束制御部材であって、凹形状の入射面の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用される場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域に集中することを抑制することが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１４０は、発光素子パッケージ１３０から出射された光の進行方向を制御する光制御出射面１４１と、光制御出射面１４１の反対側に位置する凹部１４２と、凹部１４２の開口縁部から径方向に延在する裏面１４４とを有する。裏面１４４の少なくとも一部の領域（対向面１４４ａ）には、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されている。
【解決手段】光束制御部材１４０は、発光素子パッケージ１３０から出射された光の進行方向を制御する光制御出射面１４１と、光制御出射面１４１の反対側に位置する凹部１４２と、凹部１４２の開口縁部から径方向に延在する裏面１４４とを有する。裏面１４４の少なくとも一部の領域（対向面１４４ａ）には、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、前記発光装置を有する面光源装置、および前記面光源装置を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されるようになってきている。
【０００３】
たとえば、直下型の面光源装置は、基板、複数の発光素子、複数の光束制御部材（拡散レンズ）および光拡散部材（拡散板）を有する。複数の発光素子は、基板上にマトリックス状に配置されている。各発光素子の上には、各発光素子から出射された光を基板の面方向に拡げる光束制御部材が配置されている。光束制御部材から出射された光は、光拡散部材により拡散され、被照射部材（例えば液晶パネル）を面状に照らす。
【０００４】
特許文献１には、発光素子と組み合わせて使用される光束制御部材が開示されている。図１は、特許文献１に記載の光束制御部材（拡散レンズ）の断面図である。
【０００５】
図１に示されるように、特許文献１に記載の拡散レンズ１０は、発光素子パッケージから出射された光を入射させる第１のレンズ面１２（入射面）と、第１のレンズ面１２から入射した光を拡散させる第２のレンズ面１４（出射面）と、第１のレンズ面１２の外周縁と第２のレンズ面１４の外周縁とを接続する屈折部１６（裏面）と、拡散レンズ１０を発光素子パッケージの上に配置するための支持部１８とを有している。第１のレンズ面１２は、発光素子パッケージに対して凹形状の面であり、発光素子パッケージの発光面の全面と対向するように形成されている。また、屈折部１６には、複数の凸部または凹部が形成されている。これらの凸部または凹部は、発光素子パッケージから出射された光のうち、第１のレンズ面１２に入射しなかった一部の光をランダムな方向に屈折させる機能を担っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発光素子または発光素子パッケージと光束制御部材とを組み合わせて使用する場合、特許文献１に記載されているように、光束制御部材の入射面のサイズに合う発光素子または発光素子パッケージを選択して使用するのが一般的である。しかしながら、複数種類の光束制御部材に対して共通の発光素子または発光素子パッケージを使用することができれば、発光素子または発光素子パッケージの在庫の増大を防ぐことができ、結果として製造コストを低減させることができる。
【０００８】
図２は、発光素子パッケージおよび光束制御部材を含む発光装置の例を示す平面図および断面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、光束制御部材４０の凹形状の入射面４２が発光素子パッケージ３０の発光面の全面と対向している発光装置２０ａの平面図および断面図である。図２Ｃおよび図２Ｄは、それぞれ、光束制御部材４０の凹形状の入射面４２が発光素子パッケージ３０の発光面の一部と対向している発光装置２０ｂの平面図および断面図である。
【０００９】
たとえば、発光素子パッケージ３０は、１または２以上の発光素子３２（青色ＬＥＤ）と、発光素子３２から出射された青色光により励起され、黄色の蛍光を発する蛍光体３４とを有する。発光素子３２から出射された青色光と蛍光体３４から発せられた黄色光とが混ざることにより、発光素子パッケージ３０から白色光が出射される。
【００１０】
複数種類の光束制御部材に対して共通の発光素子パッケージを使用する場合、図２Ｃおよび図２Ｄに示されるように、光束制御部材４０の入射面４２が発光素子パッケージ３０の発光面の一部としか対向できないことが起こりうる。このような場合、発光素子パッケージ３０から出射された光の一部は、光束制御部材４０の裏面からの抜け光となってしまい、光束制御部材４０は、抜け光の進行方向を適切に制御することができない。たとえば、図２Ｄに示される例では、蛍光体３４からの黄色光が抜け光となってしまう（矢印参照）。
【００１１】
図３は、図２Ｃおよび図２Ｄに示される発光装置２０ｂを含む面光源装置５０の例を示す平面図である。この図では、面光源装置５０を光拡散部材５４側から見た図であり、基板５２上に配置されている発光装置２０ｂの位置を破線で示している。複数の発光装置２０ｂはマトリックス状に配置されているが、ｘ軸方向の中心間距離Ｐ１がｙ軸方向の中心間距離Ｐ２よりも短くなっている。このように、発光装置２０の配置が不均一な場合、前述の抜け光は、発光装置２０ｂが密集している領域の上部に集中する。図３に示される例では、光拡散部材５４において、ｘ軸に平行な直線Ｌ上に黄色の線が現れてしまうことになる。
【００１２】
以上のように、光束制御部材の入射面が発光素子または発光素子パッケージの発光面の全面と対向することができない場合、進行方向が適切に制御されていない抜け光が生じてしまうおそれがあった。また、このような発光装置を面光源装置に使用した場合、抜け光が光拡散部材の特定の領域に集中してしまい、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ないおそれがあった。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、面光源装置において発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用される光束制御部材であって、凹形状の入射面の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用される場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域に集中することを抑制することができる光束制御部材を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置、この発光装置を有する面光源装置、およびこの面光源装置を有する表示装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光束制御部材は、発光素子または発光素子パッケージ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、発光素子または発光素子パッケージから出射された光の進行方向を制御する光制御出射面と、前記光制御出射面の反対側に位置する凹部と、前記凹部の開口縁部から径方向に延在する裏面とを有し、前記裏面の少なくとも一部の前記開口縁部に接する領域には、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されている構成を採る。
【００１６】
本発明の発光装置は、発光素子または発光素子パッケージと、本発明の光束制御部材とを有し、前記光束制御部材は、前記凹部および前記裏面の少なくとも一部が前記発光素子または前記発光素子パッケージの発光面と対向するように配置されており、前記裏面のうち前記発光面と対向する領域には、前記凸条部または前記凹条部が形成されている構成を採る。
【００１７】
本発明の面光源装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する構成を採る。
【００１８】
本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置からの光を照射される被照射部材とを有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光束制御部材は、凹形状の入射面の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用する場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域に集中することを抑制することができる。したがって、本発明の光束制御部材を適用すれば、複数種類の光束制御部材に対して共通の発光素子または発光素子パッケージを使用することが可能となり、発光装置の製造コストを低減させることができる。
【００２０】
本発明の光束制御部材を含む面光源装置は、面状の被照射部材を均一に照らすことができる。また、本発明の面光源装置を含む表示装置は、映像などを均一な照度で表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１に記載の光束制御部材の断面図である。
【図２】図２Ａ〜Ｄは、発光装置の例を示す平面図および断面図である。
【図３】図２Ｃおよび図２Ｄに示される発光装置を含む面光源装置の例を示す平面図である。
【図４】実施の形態１の面光源装置の平面図である。
【図５】図４に示されるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。
【図６】図６Ａ〜Ｄは、実施の形態１の光束制御部材の構成を示す図である。
【図７】実施の形態１の光束制御部材の底面図である。
【図８】図８Ａ〜Ｃは、対向面に形成された凸条部の形状を示す図である。
【図９】図９Ａ〜Ｃは、非対向面に形成された凸部の形状を示す図である。
【図１０】図１０Ａ，Ｂは、シミュレーション条件を示す図である。
【図１１】図１１Ａ〜Ｃは、対向面から光束制御部材内に入射した光についての受光面における照度分布を示す図である。
【図１２】図１２Ａ，Ｂは、対向面から光束制御部材内に入射した光についての受光面における照度分布を示すグラフである。
【図１３】実施の形態２の光束制御部材の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、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面光源装置について説明する。これらの面光源装置は、面光源装置からの光を照射される被照射部材（例えば液晶パネル）と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。
【００２３】
（実施の形態１）
［面光源装置および発光装置の構成］
図４は、本発明の実施の形態１の面光源装置の構成を示す平面図である。図５は、図４に示されるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。
【００２４】
図４および図５に示されるように、実施の形態１の面光源装置１００は、基板１１０、複数の発光装置１２０、および光拡散部材１５０を有する。
【００２５】
複数の発光装置１２０は、それぞれ発光素子パッケージ１３０および光束制御部材１４０を有しており、基板１１０の上にマトリックス状に配置されている。より具体的には、図４に示されるように、複数の発光装置１２０を中心間距離Ｐ１で直線上に配置して発光装置列を形成し、このようにして形成された複数の発光装置列を互いに平行になるように中心間距離Ｐ２で配置することで、発光装置１２０をマトリックス状に配置している。ここで発光装置列間の中心間距離Ｐ２は、発光装置列内の中心間距離Ｐ１よりも大きいものとする。以下の説明では、発光装置列に平行な方向（第１の方向）の軸をｘ軸、発光装置列の列間方向（第２の方向）の軸をｙ軸、発光装置からの出射光の光軸方向（第３の方向）の軸をｚ軸ということがある（図４および図５参照）。
【００２６】
発光素子パッケージ１３０は、１または２以上の発光素子１３２、蛍光体１３４およびホルダ１３６を有している。発光素子１３２は、面光源装置１００（および発光装置１２０）の光源であり、ホルダ１３６の凹部内に配置されている。発光素子１３２は、例えば青色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。蛍光体１３４は、ホルダ１３６の凹部内を充填するように、発光素子１３２上に配置されている。蛍光体１３４の上面が、発光素子パッケージ１３０の発光面となる。蛍光体１３４は、発光素子１３２からの出射光により励起され、異なる色の蛍光を発する。蛍光体１３４は、例えば青色光により励起され、黄色の蛍光を発する。蛍光体１３４を使用することで、発光素子１３２の出射光とは異なる色の光を、発光素子パッケージ１３０から出射させることができる。ホルダ１３６は、反射材で形成された略四角錐台形状の凹部を有している。この凹部の底面には、１または２以上の発光素子１３２が配置される。
【００２７】
光束制御部材１４０は、発光素子パッケージ１３０から出射された光の進行方向を制御する拡散レンズである。光束制御部材１４０は、凹部１４２（後述）および裏面１４４（後述）の少なくとも一部が発光素子パッケージ１３０の発光面と対向するように、発光素子１３０の上に配置されている。また、光束制御部材１４０は、裏面１４４のうち発光素子パッケージ１３０の発光面と対向する領域である対向面１４４ａに形成された凸条部または凹条部（後述）の延在方向が、前述の発光装置列に平行な方向（第１の方向）と平行になるように配置されている。
【００２８】
光束制御部材１４０は、一体成形により形成されている。光束制御部材１４０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１４０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。
【００２９】
本発明の面光源装置１００は、光束制御部材１４０の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材１４０については、別途詳細に説明する。
【００３０】
光拡散部材１５０は、光拡散性を有する板状の部材であり、光束制御部材１４０からの出射光を拡散させつつ透過させる。通常、光拡散部材１５０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、光拡散部材１５０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、光拡散部材１５０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散部材１５０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
【００３１】
本発明の面光源装置１００では、各発光素子パッケージ１３０から出射された光は、光束制御部材１４０により基板１１０の面方向に拡げられ、さらに光拡散部材１５０により拡散される。その結果、本発明の面光源装置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。
【００３２】
［光束制御部材の構成］
図６は、実施の形態１の光束制御部材１４０の構成を示す図である。図６Ａは、光束制御部材１４０の平面図であり、図６Ｂは、光束制御部材１４０の正面図であり、図６Ｃは、光束制御部材１４０の底面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。
【００３３】
図６Ａ〜Ｄに示されるように、光束制御部材１４０は、光制御出射面１４１、凹部１４２、入射面１４３、裏面１４４、鍔部１４５および複数の脚部１４６を有する。
【００３４】
光制御出射面１４１は、発光素子パッケージ１３０から出射され、光束制御部材１４０の内部に入射した光の進行方向を制御する。光制御出射面１４１は、回転対称面であり、鍔部１４５よりも上側（光拡散部材１５０側）に向けて突出している。
【００３５】
光制御出射面１４１は、光制御出射面１４１の中心軸を中心とする所定範囲に位置する第１の出射面１４１ａと、第１の出射面１４１ａの周囲に連続して形成される第２の出射面１４１ｂと、第２の出射面１４１ｂと鍔部１４５とを接続する第３の出射面１４１ｃとを有する（図６Ｄ参照）。第１の出射面１４１ａは、下側（発光素子パッケージ１３０側）に凸の滑らかな曲面である。第１の出射面１４１ａの形状は、球面の一部を切り取ったような凹形状である。第２の出射面１４１ｂは、第１の出射面１４１ａの周囲に位置する、上側（光拡散部材１５０側）に凸の滑らかな曲面である。第２の出射面１４１ｂの形状は、円環状の凸形状である。第３の出射面１４１ｃは、第２の出射面１４１ｂの周囲に位置する曲面である。図６Ｄに示される断面において、第３の出射面１４１ｃの断面は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
【００３６】
凹部１４２は、光束制御部材１４０の下側（発光素子パッケージ１３０側）の中央部に形成されている。凹部１４２の内面は、入射面１４３として機能する。入射面１４３は、発光素子パッケージ１３０から出射された光の大部分を、その進行方向を制御しつつ光束制御部材１４０の内部に入射させる。入射面１４３は凹形状の回転対称面であり、光制御出射面１４１の中心軸と入射面１４３の中心軸とは一致している。
【００３７】
裏面１４４は、光制御出射面１４１の反対側に位置し、凹部１４２の開口縁部から径方向に延在する面である。裏面１４４は、発光素子パッケージ１３０から出射された光のうち、入射面１４３から入射しなかった光を、光束制御部材１４０の内部に入射させる。
【００３８】
鍔部１４５は、光制御出射面１４１の外周部と裏面１４４の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。鍔部１４５の形状は、略円環状である。鍔部１４５は、必須の構成要素ではないが、鍔部１４５を設けることで、光束制御部材１４０の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部１４５の厚みは、特に限定されず、光制御出射面１４１の必要面積や鍔部１４５の成形性などを考慮して決定される。
【００３９】
複数の脚部１４６は、裏面１４４の外周部に、裏面１４４から下側（発光素子パッケージ１３０側）に向かって突出している円柱状の部材である。複数の脚部１４６は、発光素子パッケージ１３０に対して適切な位置に光束制御部材１４０を支持する。
【００４０】
ここで、本発明の主たる特徴について説明する。本発明の光束制御部材は、裏面の少なくとも一部の領域に、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されていることを一つの特徴とする。凸条部および凹条部の延在方向は、裏面の延在方向（すなわち、光束制御部材の径方向）と略平行である。ここで「凸条部」とは、一方向に直線状の稜線を有する凸部を意味する。また、「凹条部」とは、一方向に直線状の谷底線を有する凹部（溝）を意味する。凸条部および凹条部の表面は、延在方向には曲率を有していない。
【００４１】
複数の凸条部または凹条部は、シリンドリカルレンズのように、一方向（凸条部または凹条部の延在方向に直交する方向）には光の進行方向を制御するが、前記一方向に直交する方向（凸条部または凹条部の延在方向）には光の進行方向を制御しない。このため、複数の凸条部または凹条部は、発光素子または発光素子パッケージから出射された光のうち、裏面から光束制御部材の内部に入射した光（従来の光束制御部材では抜け光となる光）の進行方向を、凸条部または凹条部の延在方向に直交する方向へ振り分けることができる。このように裏面に複数の凸条部または凹条部を形成することで、本発明の光束制御部材は、裏面から光が入射する場合であっても、抜け光が光拡散部材１５０の特定の箇所に集中するのを抑制することができる。
【００４２】
複数の凸条部または凹条部は、少なくとも、本発明の光束制御部材を発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用する際に、発光素子または発光素子パッケージの発光面と対向する領域に形成されている。この条件を満たすことができれば、複数の凸条部または凹条部は、裏面の一部の領域にのみ形成されていてもよいし（実施の形態１参照）、裏面の全部の領域に形成されていてもよい（実施の形態２参照）。
【００４３】
凸条部または凹条部の延在方向に直交する断面形状は、特に限定されない。また、凸条部の稜線部分または凹条部の谷底部分は、Ｒ面取りされていてもよい。凸条部または凹条部の延在方向に直交する断面形状の例には、三角形、頂部にＲ形状を有する三角形、半円形などが含まれる。また、凸条部または凹条部の表面は、滑らかな平面または曲面であってもよいし、粗面化処理がなされた平面または曲面であってもよい。
【００４４】
実施の形態１の光束制御部材１４０の説明に戻る。図７は、図６Ｃに示される光束制御部材１４０の底面図をより拡大した図である。図７に示されるように、裏面１４４は、発光素子パッケージ１３０と対向する対向面１４４ａと、発光素子パッケージ１３０と対向しない非対向面１４４ｂとに分けられる。
【００４５】
図８Ａは、対向面１４４ａの部分拡大底面図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図８Ｃは、図８Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。これらの図に示されるように、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の一部である対向面１４４ａに、ｘ軸方向（第１の方向）に延在する複数の凸条部が互いに平行になるように形成されている。延在方向に直交する方向の凸条部の断面形状は、頂部にＲ形状を有する三角形である（図８Ｂ参照）。一方、凸条部の延在方向の断面形状は、長方形である（図８Ｃ参照）。これらの凸条部は、シリンドリカルレンズのように、ｙ軸方向には光を拡散させるが、ｘ軸方向には光を拡散も集光もさせない。
【００４６】
一方、図９Ａは、非対向面１４４ｂの部分拡大底面図である。また、図９Ｂは、図９Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図９Ｃは、図９Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。これらの図に示されるように、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の対向面１４４ａ以外の領域である非対向面１４４ｂには、略四角錐形状の凸部がマトリックス状に配置されている。凸部の断面形状は、頂部にＲ形状を有する三角形である（図９Ｂおよび図９Ｃ参照）。これらの凸部は、ｘ軸方向にもｙ軸方向にも光を拡散させる。
【００４７】
このように、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の一部である対向面１４４ａに、一方向に延在する複数の凸条部が互いに平行になるように形成されている。また、実施の形態１の光束制御部材１４０は、これらの凸条部の延在方向が前述の発光装置列に平行な方向（第１の方向；ｘ軸方向）と平行になるように配置されている。このため、実施の形態１の光束制御部材１４０の裏面１４４の一部（対向面１４４ａ）が発光素子パッケージ１３０の発光面と対向しても（図５参照）、発光素子パッケージ１３０から出射され、対向面１４４ａから光束制御部材１４０内に入射した光は、シリンドリカルレンズと同様の機能を有する凸条部によりｙ軸方向に振り分けられた光となり、広い範囲を照射する。凸条部により光が振り分けられる方向は、凸条部の延在方向と直交する方向（ｙ軸方向）、すなわち、面光源装置１００において発光装置１２０の中心間距離が広い発光装置列の列間方向（第２の方向）である（図４参照）。このため、光束制御部材１４０は、発光装置１２０が密集している領域の上部に抜け光が集中するのを抑制し、面光源装置１００の発光面の品位を向上させることができる。
【００４８】
［光束制御部材からの出射光を受光する面における照度分布のシミュレーション］
図５に示される実施の形態１の光束制御部材１４０からの出射光の受光面における照度分布をシミュレーションした。前述の通り、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の一部である対向面１４４ａに、一方向に延在する複数の凸条部が互いに平行になるように形成されている。また、比較のため、実施の形態１の光束制御部材１４０（実施例）に加えて、裏面の全面が平面である光束制御部材（比較例１）と、裏面の全面に略四角錐形状の凸部がマトリックス状に形成されている光束制御部材（比較例２）についても、照度分布をシミュレーションした。
【００４９】
図１０は、シミュレーションに用いた発光素子パッケージ１３０および光束制御部材１４０の大きさを示す図である。図１０Ａは、断面図であり、図１０Ｂは、平面図である。この光束制御部材１４０では、発光素子パッケージ１３０の発光面から出射された光が、入射面１４３または対向面１４４ａのいずれかに入射するように（非対向面１４４ｂには入射しないように）対向面１４４ａが形成されている。図１０Ａに示される各パラメータの値は以下のように設定した。
・光制御出射面の外径ｄ１： １５.５ｍｍ
・凹部の開口径ｄ２： ３.５ｍｍ
・基板表面から発光素子パッケージの発光面までの高さｈ１： ０.８ｍｍ
・基板表面から裏面までの高さｈ２： １.１ｍｍ
・基板表面から光制御出射面の最高点までの高さｈ３： ５.８ｍｍ
・基板表面から受光面までの高さｈ４： ２３.０ｍｍ
・発光素子パッケージの発光面のうち凹部と対向していない面の長さｌ１： １ｍｍ
【００５０】
実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０において、対向面１４４ａに配置されている凸条部の断面形状は、図８Ｂに示されるように、頂部にＲ形状を有する二等辺三角形とした。各パラメータの値は以下のように設定した。
・底辺の長さ（凸条部の中心間距離）： ０.５ｍｍ
・頂角の角度： ９０°
・頂部の曲率半径： ０.２ｍｍ
・底辺から頂部までの高さ： ０.１７ｍｍ
【００５１】
実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０および裏面の全面に凸部がマトリックス状に形成されている比較例２の光束制御部材において、マトリックス状に形成されている略四角錐形状の凸部の断面形状は、図９Ｂおよび図９Ｃに示されるように、頂部にＲ形状を有する二等辺三角形とした。各パラメータの値は以下のように設定した。
・底辺の長さ（凸部の中心間距離）： ０.５ｍｍ
・頂角の角度： ９０°
・頂部の曲率半径： ０.２ｍｍ
・底辺から頂部までの高さ： ０.１７ｍｍ
【００５２】
今回のシミュレーションでは、従来の光束制御部材を使用した場合に「抜け光」（図２Ｄ参照）となる光の受光面における照度分布について調べた。すなわち、図１０Ｂにおいて黒塗りで示される、発光素子パッケージ１３０の発光面のうち、光束制御部材１４０の凹部１４２と対向していない面からのみ光が出射されたものとしてシミュレーションを行った。
【００５３】
図１１Ａ〜Ｃは、受光面における照度分布を示す図である。図１１Ａは、裏面の全面が平面である比較例１の光束制御部材のシミュレーション結果である。図１１Ｂは、裏面の全面に略四角錐形状の凸部がマトリックス状に形成されている比較例２の光束制御部材のシミュレーション結果である。図１１Ｃは、実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０のシミュレーション結果である。これらの図において、ｘ軸およびｙ軸の原点は、凹部１４２の開口部の中心である。
【００５４】
図１２は、受光面における照度分布を示すグラフである。図１２Ａは、ｘ軸方向（ｙ＝０ｍｍ）の位置と照度との関係を示すグラフである。図１２Ｂは、ｙ軸方向（ｘ＝−５ｍｍ）の位置と照度との関係を示すグラフである。
【００５５】
図１１Ａ、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、裏面の全面が平面である比較例１の光束制御部材を使用した場合、裏面から入射した光は、そのまま抜け光となり、光束制御部材の上部に集中してしまった。このような発光装置を図４に示されるように配置して面光源装置を構成した場合、発光装置列の上に輝度の高い線が現れてしまう。
【００５６】
また、図１１Ｂ、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、裏面の全面に凸部がマトリックス状に形成されている比較例２の光束制御部材を使用した場合、裏面から入射した光は、比較例１の光束制御部材を使用した場合に比べて、ｘ軸およびｙ軸の両方向にある程度拡散した。しかしながら、光束制御部材の上部における照度が依然高いため、このような発光装置を図４に示されるように配置して面光源装置を構成した場合も、発光装置列の上に輝度の高い線が現れてしまう。
【００５７】
一方、図１１Ｃ、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、裏面１４４の対向面１４４ａに凸条部が形成されている実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０を使用した場合、対向面１４４ａから入射した光は、比較例１および比較例２の光束制御部材を使用した場合に比べて、ｙ軸方向に顕著に拡散した。このような発光装置を図４に示されるように配置して面光源装置を構成した場合、輝度の高い線の発生を抑制しつつ、発光装置列間の輝度を向上させて、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。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の光束制御部材１４０は、凹形状の入射面１４３の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージ１３０と組み合わせて使用する場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域（例えば、発光装置列上の領域）に集中することを抑制することができる。したがって、本実施の形態の光束制御部材１４０を適用すれば、複数種類の光束制御部材１４０に対して共通の発光素子または発光素子パッケージ１３０を使用することが可能となり、発光装置１２０の製造コストを低減させることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、非対向面１４４ｂに略四角錐形状の凸部をマトリックス状に形成した例について説明したが、非対向面１４４ｂの形状はこれに限定されない。たとえば、非対向面１４４ｂは、平面であってもよいし、シボ加工が施された面であってもよい。
【００６０】
（実施の形態２）
［面光源装置および発光装置の構成］
本発明の実施の形態２の面光源装置および発光装置は、実施の形態１の光束制御部材１４０の代わりに実施の形態２の光束制御部材２４０を有する点において、図４および図５に示される実施の形態１の面光源装置１００および発光装置１２０と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態２の光束制御部材２４０についてのみ説明する。
【００６１】
［光束制御部材の構成］
図１３は、実施の形態２の光束制御部材２４０の底面図である。実施の形態２の光束制御部材２４０の平面図および正面図は、それぞれ、図６Ａおよび図６Ｂに示される実施の形態１の光束制御部材１４０の平面図および正面図と同じである。なお、図６Ａ〜Ｄに示される実施の形態１の光束制御部材１４０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
図１３に示されるように、実施の形態２の光束制御部材２４０では、裏面１４４の全面に複数の凸条部が形成されている。すなわち、実施の形態２の光束制御部材２４０では、裏面１４４の対向面１４４ａだけでなく非対向面１４４ｂにおいても凸条部が形成されている。
【００６３】
［効果］
実施の形態２の光束制御部材２４０は、実施の形態１の光束制御部材１４０同様の効果を有する。
【００６４】
なお、上記各実施の形態では、発光素子パッケージを使用する例について説明したが、発光素子パッケージの代わりに発光素子を使用してもよい。
【００６５】
また、上記各実施の形態では、鍔部を有する光束制御部材について説明したが、本発明の光束制御部材は鍔部を有していなくてもよい。
【００６６】
また、上記各実施の形態では、発光面の長軸が第１の方向（ｘ軸方向）と平行になり、短軸が第２の方向（ｙ軸）と平行になるように、発光素子または発光素子パッケージを配置する例について説明したが、発光面の短軸が第１の方向（ｘ軸方向）と平行になり、長軸が第２の方向（ｙ軸）と平行になるように、発光素子または発光素子パッケージを配置してもよい。発光素子の長軸が第２の方向と平行になるように発光素子または発光素子パッケージを配置する場合であっても、対向面における凸条部の延在方向が第１の方向と平行になるように光束制御部材を配置することで、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の光束制御部材、発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 拡散レンズ
１２ 第１のレンズ面
１４ 第２のレンズ面
１６ 屈折部
１８ 支持部
２０ａ，２０ｂ 発光装置
３０ 発光素子パッケージ
３２ 発光素子
３４ 蛍光体
４０ 光束制御部材
４２ 入射面
５０ 面光源装置
５２ 基板
５４ 光拡散部材
１００ 面光源装置
１１０ 基板
１２０ 発光装置
１３０ 発光素子パッケージ
１３２ 発光素子
１３４ 蛍光体
１３６ ホルダ
１４０，２４０ 光束制御部材
１４１ 光制御出射面
１４１ａ 第１の出射面
１４１ｂ 第２の出射面
１４１ｃ 第３の出射面
１４２ 凹部
１４３ 入射面
１４４ 裏面
１４４ａ 対向面
１４４ｂ 非対向面
１４５ 鍔部
１４６ 脚部
１５０ 光拡散部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。また、本発明は、前記光束制御部材を有する発光装置、前記発光装置を有する面光源装置、および前記面光源装置を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、バックライトとして直下型の面光源装置を使用することがある。近年、光源として複数の発光素子を有する、直下型の面光源装置が使用されるようになってきている。
【０００３】
たとえば、直下型の面光源装置は、基板、複数の発光素子、複数の光束制御部材（拡散レンズ）および光拡散部材（拡散板）を有する。複数の発光素子は、基板上にマトリックス状に配置されている。各発光素子の上には、各発光素子から出射された光を基板の面方向に拡げる光束制御部材が配置されている。光束制御部材から出射された光は、光拡散部材により拡散され、被照射部材（例えば液晶パネル）を面状に照らす。
【０００４】
特許文献１には、発光素子と組み合わせて使用される光束制御部材が開示されている。図１は、特許文献１に記載の光束制御部材（拡散レンズ）の断面図である。
【０００５】
図１に示されるように、特許文献１に記載の拡散レンズ１０は、発光素子パッケージから出射された光を入射させる第１のレンズ面１２（入射面）と、第１のレンズ面１２から入射した光を拡散させる第２のレンズ面１４（出射面）と、第１のレンズ面１２の外周縁と第２のレンズ面１４の外周縁とを接続する屈折部１６（裏面）と、拡散レンズ１０を発光素子パッケージの上に配置するための支持部１８とを有している。第１のレンズ面１２は、発光素子パッケージに対して凹形状の面であり、発光素子パッケージの発光面の全面と対向するように形成されている。また、屈折部１６には、複数の凸部または凹部が形成されている。これらの凸部または凹部は、発光素子パッケージから出射された光のうち、第１のレンズ面１２に入射しなかった一部の光をランダムな方向に屈折させる機能を担っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２９０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発光素子または発光素子パッケージと光束制御部材とを組み合わせて使用する場合、特許文献１に記載されているように、光束制御部材の入射面のサイズに合う発光素子または発光素子パッケージを選択して使用するのが一般的である。しかしながら、複数種類の光束制御部材に対して共通の発光素子または発光素子パッケージを使用することができれば、発光素子または発光素子パッケージの在庫の増大を防ぐことができ、結果として製造コストを低減させることができる。
【０００８】
図２は、発光素子パッケージおよび光束制御部材を含む発光装置の例を示す平面図および断面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、光束制御部材４０の凹形状の入射面４２が発光素子パッケージ３０の発光面の全面と対向している発光装置２０ａの平面図および断面図である。図２Ｃおよび図２Ｄは、それぞれ、光束制御部材４０の凹形状の入射面４２が発光素子パッケージ３０の発光面の一部と対向している発光装置２０ｂの平面図および断面図である。
【０００９】
たとえば、発光素子パッケージ３０は、１または２以上の発光素子３２（青色ＬＥＤ）と、発光素子３２から出射された青色光により励起され、黄色の蛍光を発する蛍光体３４とを有する。発光素子３２から出射された青色光と蛍光体３４から発せられた黄色光とが混ざることにより、発光素子パッケージ３０から白色光が出射される。
【００１０】
複数種類の光束制御部材に対して共通の発光素子パッケージを使用する場合、図２Ｃおよび図２Ｄに示されるように、光束制御部材４０の入射面４２が発光素子パッケージ３０の発光面の一部としか対向できないことが起こりうる。このような場合、発光素子パッケージ３０から出射された光の一部は、光束制御部材４０の裏面からの抜け光となってしまい、光束制御部材４０は、抜け光の進行方向を適切に制御することができない。たとえば、図２Ｄに示される例では、蛍光体３４からの黄色光が抜け光となってしまう（矢印参照）。
【００１１】
図３は、図２Ｃおよび図２Ｄに示される発光装置２０ｂを含む面光源装置５０の例を示す平面図である。この図では、面光源装置５０を光拡散部材５４側から見た図であり、基板５２上に配置されている発光装置２０ｂの位置を破線で示している。複数の発光装置２０ｂはマトリックス状に配置されているが、ｘ軸方向の中心間距離Ｐ１がｙ軸方向の中心間距離Ｐ２よりも短くなっている。このように、発光装置２０の配置が不均一な場合、前述の抜け光は、発光装置２０ｂが密集している領域の上部に集中する。図３に示される例では、光拡散部材５４において、ｘ軸に平行な直線Ｌ上に黄色の線が現れてしまうことになる。
【００１２】
以上のように、光束制御部材の入射面が発光素子または発光素子パッケージの発光面の全面と対向することができない場合、進行方向が適切に制御されていない抜け光が生じてしまうおそれがあった。また、このような発光装置を面光源装置に使用した場合、抜け光が光拡散部材の特定の領域に集中してしまい、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ないおそれがあった。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、面光源装置において発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用される光束制御部材であって、凹形状の入射面の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用される場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域に集中することを抑制することができる光束制御部材を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、この光束制御部材を有する発光装置、この発光装置を有する面光源装置、およびこの面光源装置を有する表示装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の光束制御部材は、発光素子または発光素子パッケージ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、発光素子または発光素子パッケージから出射された光の進行方向を制御する光制御出射面と、前記光制御出射面の反対側に位置する凹部と、前記凹部の開口縁部から径方向に延在する裏面とを有し、前記裏面の少なくとも一部の前記開口縁部に接する領域には、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されている構成を採る。
【００１６】
本発明の発光装置は、発光素子または発光素子パッケージと、本発明の光束制御部材とを有し、前記光束制御部材は、前記凹部および前記裏面の少なくとも一部が前記発光素子または前記発光素子パッケージの発光面と対向するように配置されており、前記裏面のうち前記発光面と対向する領域には、前記凸条部または前記凹条部が形成されている構成を採る。
【００１７】
本発明の面光源装置は、本発明の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する構成を採る。
【００１８】
本発明の表示装置は、本発明の面光源装置と、前記面光源装置からの光を照射される被照射部材とを有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光束制御部材は、凹形状の入射面の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用する場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域に集中することを抑制することができる。したがって、本発明の光束制御部材を適用すれば、複数種類の光束制御部材に対して共通の発光素子または発光素子パッケージを使用することが可能となり、発光装置の製造コストを低減させることができる。
【００２０】
本発明の光束制御部材を含む面光源装置は、面状の被照射部材を均一に照らすことができる。また、本発明の面光源装置を含む表示装置は、映像などを均一な照度で表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】特許文献１に記載の光束制御部材の断面図である。
【図２】図２Ａ〜Ｄは、発光装置の例を示す平面図および断面図である。
【図３】図２Ｃおよび図２Ｄに示される発光装置を含む面光源装置の例を示す平面図である。
【図４】実施の形態１の面光源装置の平面図である。
【図５】図４に示されるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。
【図６】図６Ａ〜Ｄは、実施の形態１の光束制御部材の構成を示す図である。
【図７】実施の形態１の光束制御部材の底面図である。
【図８】図８Ａ〜Ｃは、対向面に形成された凸条部の形状を示す図である。
【図９】図９Ａ〜Ｃは、非対向面に形成された凸部の形状を示す図である。
【図１０】図１０Ａ，Ｂは、シミュレーション条件を示す図である。
【図１１】図１１Ａ〜Ｃは、対向面から光束制御部材内に入射した光についての受光面における照度分布を示す図である。
【図１２】図１２Ａ，Ｂは、対向面から光束制御部材内に入射した光についての受光面における照度分布を示すグラフである。
【図１３】実施の形態２の光束制御部材の底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、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面光源装置について説明する。これらの面光源装置は、面光源装置からの光を照射される被照射部材（例えば液晶パネル）と組み合わせることで、表示装置として使用されうる。
【００２３】
（実施の形態１）
［面光源装置および発光装置の構成］
図４は、本発明の実施の形態１の面光源装置の構成を示す平面図である。図５は、図４に示されるＡ−Ａ線の部分拡大断面図である。
【００２４】
図４および図５に示されるように、実施の形態１の面光源装置１００は、基板１１０、複数の発光装置１２０、および光拡散部材１５０を有する。
【００２５】
複数の発光装置１２０は、それぞれ発光素子パッケージ１３０および光束制御部材１４０を有しており、基板１１０の上にマトリックス状に配置されている。より具体的には、図４に示されるように、複数の発光装置１２０を中心間距離Ｐ１で直線上に配置して発光装置列を形成し、このようにして形成された複数の発光装置列を互いに平行になるように中心間距離Ｐ２で配置することで、発光装置１２０をマトリックス状に配置している。ここで発光装置列間の中心間距離Ｐ２は、発光装置列内の中心間距離Ｐ１よりも大きいものとする。以下の説明では、発光装置列に平行な方向（第１の方向）の軸をｘ軸、発光装置列の列間方向（第２の方向）の軸をｙ軸、発光装置からの出射光の光軸方向（第３の方向）の軸をｚ軸ということがある（図４および図５参照）。
【００２６】
発光素子パッケージ１３０は、１または２以上の発光素子１３２、蛍光体１３４およびホルダ１３６を有している。発光素子１３２は、面光源装置１００（および発光装置１２０）の光源であり、ホルダ１３６の凹部内に配置されている。発光素子１３２は、例えば青色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。蛍光体１３４は、ホルダ１３６の凹部内を充填するように、発光素子１３２上に配置されている。蛍光体１３４の上面が、発光素子パッケージ１３０の発光面となる。蛍光体１３４は、発光素子１３２からの出射光により励起され、異なる色の蛍光を発する。蛍光体１３４は、例えば青色光により励起され、黄色の蛍光を発する。蛍光体１３４を使用することで、発光素子１３２の出射光とは異なる色の光を、発光素子パッケージ１３０から出射させることができる。ホルダ１３６は、反射材で形成された略四角錐台形状の凹部を有している。この凹部の底面には、１または２以上の発光素子１３２が配置される。
【００２７】
光束制御部材１４０は、発光素子パッケージ１３０から出射された光の進行方向を制御する拡散レンズである。光束制御部材１４０は、凹部１４２（後述）および裏面１４４（後述）の少なくとも一部が発光素子パッケージ１３０の発光面と対向するように、発光素子１３０の上に配置されている。また、光束制御部材１４０は、裏面１４４のうち発光素子パッケージ１３０の発光面と対向する領域である対向面１４４ａに形成された凸条部または凹条部（後述）の延在方向が、前述の発光装置列に平行な方向（第１の方向）と平行になるように配置されている。
【００２８】
光束制御部材１４０は、一体成形により形成されている。光束制御部材１４０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１４０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。
【００２９】
本発明の面光源装置１００は、光束制御部材１４０の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材１４０については、別途詳細に説明する。
【００３０】
光拡散部材１５０は、光拡散性を有する板状の部材であり、光束制御部材１４０からの出射光を拡散させつつ透過させる。通常、光拡散部材１５０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、光拡散部材１５０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、光拡散部材１５０の表面に微細な凹凸が形成されているか、または光拡散部材１５０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
【００３１】
本発明の面光源装置１００では、各発光素子パッケージ１３０から出射された光は、光束制御部材１４０により基板１１０の面方向に拡げられ、さらに光拡散部材１５０により拡散される。その結果、本発明の面光源装置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。
【００３２】
［光束制御部材の構成］
図６は、実施の形態１の光束制御部材１４０の構成を示す図である。図６Ａは、光束制御部材１４０の平面図であり、図６Ｂは、光束制御部材１４０の正面図であり、図６Ｃは、光束制御部材１４０の底面図であり、図６Ｄは、図６Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。
【００３３】
図６Ａ〜Ｄに示されるように、光束制御部材１４０は、光制御出射面１４１、凹部１４２、入射面１４３、裏面１４４、鍔部１４５および複数の脚部１４６を有する。
【００３４】
光制御出射面１４１は、発光素子パッケージ１３０から出射され、光束制御部材１４０の内部に入射した光の進行方向を制御する。光制御出射面１４１は、回転対称面であり、鍔部１４５よりも上側（光拡散部材１５０側）に向けて突出している。
【００３５】
光制御出射面１４１は、光制御出射面１４１の中心軸を中心とする所定範囲に位置する第１の出射面１４１ａと、第１の出射面１４１ａの周囲に連続して形成される第２の出射面１４１ｂと、第２の出射面１４１ｂと鍔部１４５とを接続する第３の出射面１４１ｃとを有する（図６Ｄ参照）。第１の出射面１４１ａは、下側（発光素子パッケージ１３０側）に凸の滑らかな曲面である。第１の出射面１４１ａの形状は、球面の一部を切り取ったような凹形状である。第２の出射面１４１ｂは、第１の出射面１４１ａの周囲に位置する、上側（光拡散部材１５０側）に凸の滑らかな曲面である。第２の出射面１４１ｂの形状は、円環状の凸形状である。第３の出射面１４１ｃは、第２の出射面１４１ｂの周囲に位置する曲面である。図６Ｄに示される断面において、第３の出射面１４１ｃの断面は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
【００３６】
凹部１４２は、光束制御部材１４０の下側（発光素子パッケージ１３０側）の中央部に形成されている。凹部１４２の内面は、入射面１４３として機能する。入射面１４３は、発光素子パッケージ１３０から出射された光の大部分を、その進行方向を制御しつつ光束制御部材１４０の内部に入射させる。入射面１４３は凹形状の回転対称面であり、光制御出射面１４１の中心軸と入射面１４３の中心軸とは一致している。
【００３７】
裏面１４４は、光制御出射面１４１の反対側に位置し、凹部１４２の開口縁部から径方向に延在する面である。裏面１４４は、発光素子パッケージ１３０から出射された光のうち、入射面１４３から入射しなかった光を、光束制御部材１４０の内部に入射させる。
【００３８】
鍔部１４５は、光制御出射面１４１の外周部と裏面１４４の外周部との間に位置し、径方向外側に突出している。鍔部１４５の形状は、略円環状である。鍔部１４５は、必須の構成要素ではないが、鍔部１４５を設けることで、光束制御部材１４０の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部１４５の厚みは、特に限定されず、光制御出射面１４１の必要面積や鍔部１４５の成形性などを考慮して決定される。
【００３９】
複数の脚部１４６は、裏面１４４の外周部に、裏面１４４から下側（発光素子パッケージ１３０側）に向かって突出している円柱状の部材である。複数の脚部１４６は、発光素子パッケージ１３０に対して適切な位置に光束制御部材１４０を支持する。
【００４０】
ここで、本発明の主たる特徴について説明する。本発明の光束制御部材は、裏面の少なくとも一部の領域に、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されていることを一つの特徴とする。凸条部および凹条部の延在方向は、裏面の延在方向（すなわち、光束制御部材の径方向）と略平行である。ここで「凸条部」とは、一方向に直線状の稜線を有する凸部を意味する。また、「凹条部」とは、一方向に直線状の谷底線を有する凹部（溝）を意味する。凸条部および凹条部の表面は、延在方向には曲率を有していない。
【００４１】
複数の凸条部または凹条部は、シリンドリカルレンズのように、一方向（凸条部または凹条部の延在方向に直交する方向）には光の進行方向を制御するが、前記一方向に直交する方向（凸条部または凹条部の延在方向）には光の進行方向を制御しない。このため、複数の凸条部または凹条部は、発光素子または発光素子パッケージから出射された光のうち、裏面から光束制御部材の内部に入射した光（従来の光束制御部材では抜け光となる光）の進行方向を、凸条部または凹条部の延在方向に直交する方向へ振り分けることができる。このように裏面に複数の凸条部または凹条部を形成することで、本発明の光束制御部材は、裏面から光が入射する場合であっても、抜け光が光拡散部材１５０の特定の箇所に集中するのを抑制することができる。
【００４２】
複数の凸条部または凹条部は、少なくとも、本発明の光束制御部材を発光素子または発光素子パッケージと組み合わせて使用する際に、発光素子または発光素子パッケージの発光面と対向する領域に形成されている。この条件を満たすことができれば、複数の凸条部または凹条部は、裏面の一部の領域にのみ形成されていてもよいし（実施の形態１参照）、裏面の全部の領域に形成されていてもよい（実施の形態２参照）。
【００４３】
凸条部または凹条部の延在方向に直交する断面形状は、特に限定されない。また、凸条部の稜線部分または凹条部の谷底部分は、Ｒ面取りされていてもよい。凸条部または凹条部の延在方向に直交する断面形状の例には、三角形、頂部にＲ形状を有する三角形、半円形などが含まれる。また、凸条部または凹条部の表面は、滑らかな平面または曲面であってもよいし、粗面化処理がなされた平面または曲面であってもよい。
【００４４】
実施の形態１の光束制御部材１４０の説明に戻る。図７は、図６Ｃに示される光束制御部材１４０の底面図をより拡大した図である。図７に示されるように、裏面１４４は、発光素子パッケージ１３０と対向する対向面１４４ａと、発光素子パッケージ１３０と対向しない非対向面１４４ｂとに分けられる。
【００４５】
図８Ａは、対向面１４４ａの部分拡大底面図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図８Ｃは、図８Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。これらの図に示されるように、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の一部である対向面１４４ａに、ｘ軸方向（第１の方向）に延在する複数の凸条部が互いに平行になるように形成されている。延在方向に直交する方向の凸条部の断面形状は、頂部にＲ形状を有する三角形である（図８Ｂ参照）。一方、凸条部の延在方向の断面形状は、長方形である（図８Ｃ参照）。これらの凸条部は、シリンドリカルレンズのように、ｙ軸方向には光を拡散させるが、ｘ軸方向には光を拡散も集光もさせない。
【００４６】
一方、図９Ａは、非対向面１４４ｂの部分拡大底面図である。また、図９Ｂは、図９Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図９Ｃは、図９Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。これらの図に示されるように、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の対向面１４４ａ以外の領域である非対向面１４４ｂには、略四角錐形状の凸部がマトリックス状に配置されている。凸部の断面形状は、頂部にＲ形状を有する三角形である（図９Ｂおよび図９Ｃ参照）。これらの凸部は、ｘ軸方向にもｙ軸方向にも光を拡散させる。
【００４７】
このように、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の一部である対向面１４４ａに、一方向に延在する複数の凸条部が互いに平行になるように形成されている。また、実施の形態１の光束制御部材１４０は、これらの凸条部の延在方向が前述の発光装置列に平行な方向（第１の方向；ｘ軸方向）と平行になるように配置されている。このため、実施の形態１の光束制御部材１４０の裏面１４４の一部（対向面１４４ａ）が発光素子パッケージ１３０の発光面と対向しても（図５参照）、発光素子パッケージ１３０から出射され、対向面１４４ａから光束制御部材１４０内に入射した光は、シリンドリカルレンズと同様の機能を有する凸条部によりｙ軸方向に振り分けられた光となり、広い範囲を照射する。凸条部により光が振り分けられる方向は、凸条部の延在方向と直交する方向（ｙ軸方向）、すなわち、面光源装置１００において発光装置１２０の中心間距離が広い発光装置列の列間方向（第２の方向）である（図４参照）。このため、光束制御部材１４０は、発光装置１２０が密集している領域の上部に抜け光が集中するのを抑制し、面光源装置１００の発光面の品位を向上させることができる。
【００４８】
［光束制御部材からの出射光を受光する面における照度分布のシミュレーション］
図５に示される実施の形態１の光束制御部材１４０からの出射光の受光面における照度分布をシミュレーションした。前述の通り、実施の形態１の光束制御部材１４０では、裏面１４４の一部である対向面１４４ａに、一方向に延在する複数の凸条部が互いに平行になるように形成されている。また、比較のため、実施の形態１の光束制御部材１４０（実施例）に加えて、裏面の全面が平面である光束制御部材（比較例１）と、裏面の全面に略四角錐形状の凸部がマトリックス状に形成されている光束制御部材（比較例２）についても、照度分布をシミュレーションした。
【００４９】
図１０は、シミュレーションに用いた発光素子パッケージ１３０および光束制御部材１４０の大きさを示す図である。図１０Ａは、断面図であり、図１０Ｂは、平面図である。この光束制御部材１４０では、発光素子パッケージ１３０の発光面から出射された光が、入射面１４３または対向面１４４ａのいずれかに入射するように（非対向面１４４ｂには入射しないように）対向面１４４ａが形成されている。図１０Ａに示される各パラメータの値は以下のように設定した。
・光制御出射面の外径ｄ１： １５.５ｍｍ
・凹部の開口径ｄ２： ３.５ｍｍ
・基板表面から発光素子パッケージの発光面までの高さｈ１： ０.８ｍｍ
・基板表面から裏面までの高さｈ２： １.１ｍｍ
・基板表面から光制御出射面の最高点までの高さｈ３： ５.８ｍｍ
・基板表面から受光面までの高さｈ４： ２３.０ｍｍ
・発光素子パッケージの発光面のうち凹部と対向していない面の長さｌ１： １ｍｍ
【００５０】
実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０において、対向面１４４ａに配置されている凸条部の断面形状は、図８Ｂに示されるように、頂部にＲ形状を有する二等辺三角形とした。各パラメータの値は以下のように設定した。
・底辺の長さ（凸条部の中心間距離）： ０.５ｍｍ
・頂角の角度： ９０°
・頂部の曲率半径： ０.２ｍｍ
・底辺から頂部までの高さ： ０.１７ｍｍ
【００５１】
実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０および裏面の全面に凸部がマトリックス状に形成されている比較例２の光束制御部材において、マトリックス状に形成されている略四角錐形状の凸部の断面形状は、図９Ｂおよび図９Ｃに示されるように、頂部にＲ形状を有する二等辺三角形とした。各パラメータの値は以下のように設定した。
・底辺の長さ（凸部の中心間距離）： ０.５ｍｍ
・頂角の角度： ９０°
・頂部の曲率半径： ０.２ｍｍ
・底辺から頂部までの高さ： ０.１７ｍｍ
【００５２】
今回のシミュレーションでは、従来の光束制御部材を使用した場合に「抜け光」（図２Ｄ参照）となる光の受光面における照度分布について調べた。すなわち、図１０Ｂにおいて黒塗りで示される、発光素子パッケージ１３０の発光面のうち、光束制御部材１４０の凹部１４２と対向していない面からのみ光が出射されたものとしてシミュレーションを行った。
【００５３】
図１１Ａ〜Ｃは、受光面における照度分布を示す図である。図１１Ａは、裏面の全面が平面である比較例１の光束制御部材のシミュレーション結果である。図１１Ｂは、裏面の全面に略四角錐形状の凸部がマトリックス状に形成されている比較例２の光束制御部材のシミュレーション結果である。図１１Ｃは、実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０のシミュレーション結果である。これらの図において、ｘ軸およびｙ軸の原点は、凹部１４２の開口部の中心である。
【００５４】
図１２は、受光面における照度分布を示すグラフである。図１２Ａは、ｘ軸方向（ｙ＝０ｍｍ）の位置と照度との関係を示すグラフである。図１２Ｂは、ｙ軸方向（ｘ＝−５ｍｍ）の位置と照度との関係を示すグラフである。
【００５５】
図１１Ａ、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、裏面の全面が平面である比較例１の光束制御部材を使用した場合、裏面から入射した光は、そのまま抜け光となり、光束制御部材の上部に集中してしまった。このような発光装置を図４に示されるように配置して面光源装置を構成した場合、発光装置列の上に輝度の高い線が現れてしまう。
【００５６】
また、図１１Ｂ、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、裏面の全面に凸部がマトリックス状に形成されている比較例２の光束制御部材を使用した場合、裏面から入射した光は、比較例１の光束制御部材を使用した場合に比べて、ｘ軸およびｙ軸の両方向にある程度拡散した。しかしながら、光束制御部材の上部における照度が依然高いため、このような発光装置を図４に示されるように配置して面光源装置を構成した場合も、発光装置列の上に輝度の高い線が現れてしまう。
【００５７】
一方、図１１Ｃ、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、裏面１４４の対向面１４４ａに凸条部が形成されている実施の形態１（実施例）の光束制御部材１４０を使用した場合、対向面１４４ａから入射した光は、比較例１および比較例２の光束制御部材を使用した場合に比べて、ｙ軸方向に顕著に拡散した。このような発光装置を図４に示されるように配置して面光源装置を構成した場合、輝度の高い線の発生を抑制しつつ、発光装置列間の輝度を向上させて、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。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の光束制御部材１４０は、凹形状の入射面１４３の開口径よりも大きい発光面を有する発光素子または発光素子パッケージ１３０と組み合わせて使用する場合であっても、裏面から入射した光が光拡散部材の特定の領域（例えば、発光装置列上の領域）に集中することを抑制することができる。したがって、本実施の形態の光束制御部材１４０を適用すれば、複数種類の光束制御部材１４０に対して共通の発光素子または発光素子パッケージ１３０を使用することが可能となり、発光装置１２０の製造コストを低減させることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、非対向面１４４ｂに略四角錐形状の凸部をマトリックス状に形成した例について説明したが、非対向面１４４ｂの形状はこれに限定されない。たとえば、非対向面１４４ｂは、平面であってもよいし、シボ加工が施された面であってもよい。
【００６０】
（実施の形態２）
［面光源装置および発光装置の構成］
本発明の実施の形態２の面光源装置および発光装置は、実施の形態１の光束制御部材１４０の代わりに実施の形態２の光束制御部材２４０を有する点において、図４および図５に示される実施の形態１の面光源装置１００および発光装置１２０と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態２の光束制御部材２４０についてのみ説明する。
【００６１】
［光束制御部材の構成］
図１３は、実施の形態２の光束制御部材２４０の底面図である。実施の形態２の光束制御部材２４０の平面図および正面図は、それぞれ、図６Ａおよび図６Ｂに示される実施の形態１の光束制御部材１４０の平面図および正面図と同じである。なお、図６Ａ〜Ｄに示される実施の形態１の光束制御部材１４０と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６２】
図１３に示されるように、実施の形態２の光束制御部材２４０では、裏面１４４の全面に複数の凸条部が形成されている。すなわち、実施の形態２の光束制御部材２４０では、裏面１４４の対向面１４４ａだけでなく非対向面１４４ｂにおいても凸条部が形成されている。
【００６３】
［効果］
実施の形態２の光束制御部材２４０は、実施の形態１の光束制御部材１４０同様の効果を有する。
【００６４】
なお、上記各実施の形態では、発光素子パッケージを使用する例について説明したが、発光素子パッケージの代わりに発光素子を使用してもよい。
【００６５】
また、上記各実施の形態では、鍔部を有する光束制御部材について説明したが、本発明の光束制御部材は鍔部を有していなくてもよい。
【００６６】
また、上記各実施の形態では、発光面の長軸が第１の方向（ｘ軸方向）と平行になり、短軸が第２の方向（ｙ軸）と平行になるように、発光素子または発光素子パッケージを配置する例について説明したが、発光面の短軸が第１の方向（ｘ軸方向）と平行になり、長軸が第２の方向（ｙ軸）と平行になるように、発光素子または発光素子パッケージを配置してもよい。発光素子の長軸が第２の方向と平行になるように発光素子または発光素子パッケージを配置する場合であっても、対向面における凸条部の延在方向が第１の方向と平行になるように光束制御部材を配置することで、上記各実施の形態と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の光束制御部材、発光装置および面光源装置は、例えば、液晶表示装置のバックライトや一般照明などに適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 拡散レンズ
１２ 第１のレンズ面
１４ 第２のレンズ面
１６ 屈折部
１８ 支持部
２０ａ，２０ｂ 発光装置
３０ 発光素子パッケージ
３２ 発光素子
３４ 蛍光体
４０ 光束制御部材
４２ 入射面
５０ 面光源装置
５２ 基板
５４ 光拡散部材
１００ 面光源装置
１１０ 基板
１２０ 発光装置
１３０ 発光素子パッケージ
１３２ 発光素子
１３４ 蛍光体
１３６ ホルダ
１４０，２４０ 光束制御部材
１４１ 光制御出射面
１４１ａ 第１の出射面
１４１ｂ 第２の出射面
１４１ｃ 第３の出射面
１４２ 凹部
１４３ 入射面
１４４ 裏面
１４４ａ 対向面
１４４ｂ 非対向面
１４５ 鍔部
１４６ 脚部
１５０ 光拡散部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子または発光素子パッケージ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、
発光素子または発光素子パッケージから出射された光の進行方向を制御する光制御出射面と、
前記光制御出射面の反対側に位置する凹部と、
前記凹部の開口縁部から径方向に延在する裏面と、を有し、
前記裏面の少なくとも一部の前記開口縁部に接する領域には、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されている、
光束制御部材。
【請求項２】
前記凸条部または前記凹条部の前記延在方向に直交する断面形状は、三角形、頂部にＲ形状を有する三角形、または半円形である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記凸条部または前記凹条部の表面は、粗面化処理がなされている、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項４】
発光素子または発光素子パッケージと、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光束制御部材とを有し、
前記光束制御部材は、前記凹部および前記裏面の少なくとも一部が前記発光素子または前記発光素子パッケージの発光面と対向するように配置されており、前記裏面のうち前記発光面と対向する領域には、前記凸条部または前記凹条部が形成されている、
発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の複数の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する、面光源装置。
【請求項６】
前記複数の発光装置は、第１の方向における中心間距離が前記第１の方向に直交する第２の方向における中心間距離よりも小さくなるように、マトリックス状に配置されており、
前記凸条部または前記凹条部の延在方向は、前記第１の方向と平行である、
請求項５に記載の面光源装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の面光源装置と、前記面光源装置からの光を照射される被照射部材とを有する、表示装置。
【請求項１】
発光素子または発光素子パッケージ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、
発光素子または発光素子パッケージから出射された光の進行方向を制御する光制御出射面と、
前記光制御出射面の反対側に位置する凹部と、
前記凹部の開口縁部から径方向に延在する裏面と、を有し、
前記裏面の少なくとも一部の前記開口縁部に接する領域には、一方向に延在する凸条部または凹条部が互いに平行になるように複数形成されている、
光束制御部材。
【請求項２】
前記凸条部または前記凹条部の前記延在方向に直交する断面形状は、三角形、頂部にＲ形状を有する三角形、または半円形である、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項３】
前記凸条部または前記凹条部の表面は、粗面化処理がなされている、請求項１に記載の光束制御部材。
【請求項４】
発光素子または発光素子パッケージと、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光束制御部材とを有し、
前記光束制御部材は、前記凹部および前記裏面の少なくとも一部が前記発光素子または前記発光素子パッケージの発光面と対向するように配置されており、前記裏面のうち前記発光面と対向する領域には、前記凸条部または前記凹条部が形成されている、
発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の複数の発光装置と、前記発光装置からの光を拡散させつつ透過させる光拡散部材とを有する、面光源装置。
【請求項６】
前記複数の発光装置は、第１の方向における中心間距離が前記第１の方向に直交する第２の方向における中心間距離よりも小さくなるように、マトリックス状に配置されており、
前記凸条部または前記凹条部の延在方向は、前記第１の方向と平行である、
請求項５に記載の面光源装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の面光源装置と、前記面光源装置からの光を照射される被照射部材とを有する、表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０５０７６（Ｐ２０１３−１０５０７６Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９６０４（Ｐ２０１１−２４９６０４）
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【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２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１５日（２０１１．１１．１５）
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]