(57)【要約】【課題】配光制御素子の光出射面を透過する光線と反射する光線との両方を用いることで、面状の照明光の均一性が向上する面光源装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る面光源装置は、光源と、光源が主面に保持される保持基板と、光源を覆うように保持基板の主面側に配置され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、配光制御素子から出射する光を拡散させる拡散板とを備える。その配光制御素子は、保持基板の主面に当接可能な設置面に配置される拡散部を含む。【選択図】図２
2018037246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源が主面に保持される保持基板と、
前記光源を覆うように前記保持基板の前記主面側に配置され、前記光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、
前記配光制御素子から出射する光を拡散させる拡散板とを備え、
前記配光制御素子は、前記保持基板の前記主面に当接可能な設置面に配置される拡散部を含むことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記配光制御素子は、前記拡散部と一体に成型される配光制御素子本体をさらに含み、
前記拡散部が含む拡散材料は、前記配光制御素子本体が含む拡散材料よりも多い請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記拡散部は、薄膜である請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記拡散部は、凹凸形状を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記保持基板の前記主面に列状に配列される複数の前記光源をさらに備え、
前記配光制御素子は、複数の前記光源の配列方向に沿って棒状の形状を有し、前記棒状の形状の短手方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む光出射面と、前記棒状の形状の長手方向に延在し複数の前記光源を覆う凹状の曲面または平面を含む光入射面とを含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記拡散板が設置される開口部と、反射面とを含み、前記光源と前記配光制御素子とを収容可能な容器形状を有する反射部をさらに備え、
前記反射面は、前記容器形状の内側に配置され、前記配光制御素子から出射する光を反射し、
前記開口部は、前記配光制御素子から出射する光および前記反射面にて反射する光を前記拡散板を介して出射する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置の前記拡散板より出射する面状の光を入射し、画像光に変換して出射する液晶パネルとを備える液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面状の光を発する面光源装置、およびその面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置が備える液晶パネルは、自ら発光しない。そのため、液晶表示装置は、その液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの裏面側にバックライト装置すなわち面光源装置を備えている。バックライト装置の構成の１つとして、複数の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：以下、ＬＥＤという。）を並べた直下型のバックライト装置がある。近年では、小型の高効率で高出力のＬＥＤが開発されている。そのため、バックライト装置に使用されるＬＥＤの設置個数、または、複数のＬＥＤが列状に配列された光源であるＬＥＤＢＡＲの設置個数を減らしても、計算上では従来のバックライト装置と同様の明るさを得ることができる。特許文献１には、シリンドリカルレンズによってＬＥＤから出射する光線を拡げ、面状の照明光に変換するバックライト装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８６６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のバックライト装置においては、光がシリンドリカルレンズから空気中へ透過する際、シリンドリカルレンズと空気との境界面にて一部の光が反射する。照明光の均一性向上には、その境界面を透過する直接光と、境界面にて反射する反射光との両方を、照明光として利用する必要がある。しかし、その反射光は、光源から出射する光の発散角を広げるほど増加する。よって、バックライト装置の照射領域の周辺における光量の低下を抑えることは難しい。
【０００５】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、配光制御素子の光出射面を透過する光線と反射する光線との両方を用いることで、面状の照明光の均一性を向上させる面光源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る面光源装置は、光源と、光源が主面に保持される保持基板と、光源を覆うように保持基板の主面側に配置され、光源から出射する光の配光を変更する配光制御素子と、配光制御素子から出射する光を拡散させる拡散板とを備える。その配光制御素子は、保持基板の主面に当接可能な設置面に配置される拡散部を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、配光制御素子の光出射面を透過する光線と反射する光線との両方を用いることで、面状の照明光の均一性を向上させる面光源装置の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態における液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態における面光源装置が含む光源周辺の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態における面光源装置が含む反射部を示す平面図である。
【図４】実施の形態における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図５】実施の形態における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図６】実施の形態における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図７】実施の形態における面光源装置の光源から出射する光線を示す図である。
【図８】変形例１における面光源装置が含む光源周辺の構成を示す断面図である。
【図９】変形例２における面光源装置が含む光源周辺の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る面光源装置およびその面光源装置を備える液晶表示装置の実施の形態を図に基づいて説明する。なお各図に示される液晶表示装置および面光源装置は、ｘｙｚ直交座標に基づいて図示される。ｘ軸及びｙ軸を含む平面であるｘ−ｙ平面に対し垂直な方向がｚ軸方向である。
【００１０】
本明細書では、各方向を以下のように定義する。例えば、液晶パネルが矩形を有する場合、液晶パネルの長辺方向をｘ軸方向とし、短辺方向をｙ軸方向とする。図１において、液晶パネル１の長辺方向は紙面に垂直な方向であり、短辺方向は紙面の左右方向である。液晶パネル１の長辺方向が水平に配置され、短辺方向が垂直方向に配置された場合、ｘ軸方向が水平方向であり、ｙ軸方向が垂直方向である。また、その場合、液晶表示装置１００の上側がｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）であり、下側がｙ軸の負方向（−ｙ軸方向）である。また、液晶表示装置１００が映像を表示する方向がｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）であり、その反対方向がｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）である。また、＋ｚ軸方向側を表示面側という。−ｚ軸方向側を裏面側という。また、液晶表示装置１００の表示面側から見て、右側がｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）であり、左側がｘ軸の負方向（−ｘ軸方向）である。「表示面側から見て」とは、＋ｚ軸方向側から−ｚ軸方向側を見ることである。
【００１１】
（液晶表示装置の構成）
図１は、本実施の形態１における面光源装置２００の構成およびその面光源装置２００を含む液晶表示装置１００の構成を概略的に示す断面図である。液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１および面光源装置２００を備える。また、液晶表示装置１００は、液晶パネル１と面光源装置２００との間に、光学シート２と光学シート３とをさらに備える。また、拡散板４が、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、面光源装置２００の開口部５３に設けられる。＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて、液晶パネル１、光学シート２、光学シート３、拡散板４、面光源装置２００が順に配置される。液晶パネル１は、光学シート２および光学シート３を介して面光源装置２００と対向する裏面１ｂを有する。また、液晶パネル１は、裏面１ｂの反対側に表示面１ａを有する。裏面１ｂは、液晶パネル１の−ｚ軸方向側の面であり、表示面１ａは、その＋ｚ軸方向側の面である。表示面１ａは、平面状の矩形形状を有する。つまり、表示面１ａはｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる平面を有する。また、その平面を構成するｘ軸方向の長辺とｙ軸方向の短辺とは直交する。なお、上記の表示面１ａの形状は一例であり、他の形状であってもよい。また、液晶パネル１は液晶層を含み、その液晶層はｘ−ｙ平面に平行な方向に広がる面状の構造を有する。
【００１２】
面光源装置２００は、拡散板４から面状の光を出射し、光学シート３および光学シート２を通して、液晶パネル１の裏面１ｂを照明する。光学シート３は、拡散板４から放射された光の進行方向を、液晶パネル１の表示面１ａに対し、法線方向に向ける機能を有する。光学シート２は、細かな照明光のむらなどを低減し光学的な悪影響を抑制する。液晶パネル１は、裏面１ｂから入射した照明光を画像光に変換する。「画像光」とは画像情報を有する光のことである。
【００１３】
（面光源装置の構成）
面光源装置２００は、光源７、保持基板８、配光制御素子６および反射部５を備える。反射部５は光源７と配光制御素子６とを収容可能に容器形状に形成され、反射面５４と開口部５３とを含む。また、面光源装置２００は筐体１０をさらに備える。筐体１０は反射部５および保持基板８を保持して収納する部材である。反射部５は筐体１０の内壁に沿って配置される。筐体１０は、反射部５の形状を反映して、上面つまり液晶パネル１側が開口された容器形状を有する。筐体１０を構成する材料は、例えば、樹脂または金属板である。
【００１４】
図２は、面光源装置２００の光源７の周辺を拡大した断面図である。光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。主面８１は、保持基板８の上面であり、例えば実装面である。配光制御素子６は、光源７を覆うように保持基板８の主面８１側に配置される。また、配光制御素子６は、主面８１に当接可能な設置面６３を有する。また、配光制御素子６は、その設置面６３に配置される拡散部６ａを含む。以下に、面光源装置２００の詳細な構成を説明する。
【００１５】
（保持基板）
本実施の形態では、保持基板８は、液晶パネル１の長手方向に長く、その平面視においては、矩形状の形状を有する。また、保持基板８は板形状を有する。保持基板８の主面８１は、例えば、白色のレジスト層あるいはレジスト層の上に白色のシルク層を含む。主面８１は反射面の機能を有する。図２に示すように、光源７と配光制御素子６とが配置された保持基板８は、筐体１０の底面１０ａに保持される。筐体１０の底面１０ａに保持される保持基板８の面は、主面８１とは反対側の裏面８２である。その裏面８２とは保持基板８の−ｚ軸側の面である。裏面８２は、光源７にて発生した熱を、主面８１を介して筐体１０に伝えて放熱する。また、面光源装置２００は、例えば、保持基板８と筐体１０との間に放熱シートを設けて、その放熱効果を高めても良い。
【００１６】
（光源）
光源７は、保持基板８の主面８１に配置される。本実施の形態では、複数の光源７が主面８１に、所定の間隔を設けて、列状に配置されている。その配置方向は、液晶パネル１の長手方向つまりｘ軸方向である。また、図２に示すように、光源７の−ｚ軸側の面である裏面７２は保持基板８の主面８１に接している。それにより、光源７は保持基板８に保持されている。また、光源７は裏面７２を介して給電される。光源７は保持基板８に電気的に接続する。また、本実施の形態では、裏面７２とは異なる他の面は発光面である。例えば、光源７の裏面７２と対向する表面７１は発光面である。または、例えば、光源７が直方体形状である場合には、裏面７２とは異なる５面が発光面である。
【００１７】
光源７は、例えば、固体光源である。その固体光源は、例えば、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ素子という）である。または、例えば、光源７は、有機エレクトロルミネッセンス光源又は平面上に塗布された蛍光体に励起光を照射して発光する光源等を含む。なお、本実施の形態では、光源７はＬＥＤ素子である。
【００１８】
（配光制御素子および拡散部）
配光制御素子６は、保持基板８の主面８１側に光源７を覆うように配置される。つまり、配光制御素子６は、光源７の＋ｚ軸方向側に、光源７を囲うように配置される。また、配光制御素子６は、主面８１に当接可能な設置面６３を有する。図２において、設置面６３は、主面８１に接しているが、必ずしも接する必要はなく、設置面６３と主面８１との間に空隙が設けられていてもよい。配光制御素子６は、その設置面６３に拡散部６ａを含む。図２に示すように、配光制御素子６の設置面６３の幅が保持基板８の主面８１の幅よりも大きい場合、拡散部６ａは主面８１の外側にはみ出して配置される。また、配光制御素子６は、配光制御素子本体６ｂをさらに含む。本実施の形態においては、配光制御素子本体６ｂと拡散部６ａとは一体に成型される。
【００１９】
配光制御素子６は透明材料で形成されており、例えば、その透明材料はアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）等である。拡散部６ａは拡散材料を含む。その拡散材料は、光を拡散反射させる材料であり、例えば高反射樹脂材料である。配光制御素子本体６ｂも拡散材料を含んでも良いが、拡散部６ａが含む拡散材料は、配光制御素子本体６ｂが含む拡散材料よりも多い。拡散部６ａと配光制御素子本体６ｂとは、例えば、２色成形により作製される。
【００２０】
また、本実施の形態において、配光制御素子６は、複数の光源７が配列される方向に沿って棒状の形状を有する光学素子である。つまり、配光制御素子６はｘ軸方向に延びる棒形状の光学素子である。例えば、配光制御素子６はシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、円筒形の屈折面を待ったレンズである。シリンドリカルレンズは、第１の方向に曲率を有し、その第１の方向に垂直な第２の方向に曲率を有さない。シリンドリカルレンズから出射する光は、一方向だけに集光または発散される。例えば凸型のシリンドリカルレンズに平行光を入射させると線状に集光する。この集光された線を焦線という。本実施の形態では、第１の方向は、光源７が配列される方向とは直交する方向、つまりｙ軸方向である。第２の方向は、光源７が配列される方向に平行な方向、つまりｘ軸方向である。
【００２１】
図２に示すように、配光制御素子６は、光源７から出射する光が入射する光入射面６１を備える。本実施の形態では、光入射面６１は、光源７の配列方向に延在する。その光入射面６１は、光源７を覆う凹状の曲面または平面で形成される。その凹状の曲面は、例えば非球面またはシリンドリカル面である。また、配光制御素子６は、光入射面６１から入射した光が配光制御素子６の外部へ出射する光出射面６２を備える。光出射面６２は、光入射面６１に対して光源７とは反対側に位置する。すなわち、光出射面６２は、配光制御素子６の＋ｚ軸方向側の面である。光出射面６２は、光源７の配列方向とは直交する方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む。つまり光出射面６２は、ｙ軸方向に曲率を有するシリンドリカル面を含む。配光制御素子６の光軸Ｃは、ｚ軸に平行である。「光軸」とは、レンズ又は球面鏡などの、中心と焦点とを通る直線である。光学素子がシリンドリカル面を有する場合には、曲率を有するその断面形状で光軸は定められる。本実施の形態では、光軸Ｃは、光源７が配列される方向に対し垂直な平面、つまりｘ軸方向に垂直なｙ−ｚ平面における光出射面６２の形状で定められる。光出射面６２は光軸Ｃと交点を有する。
【００２２】
また、前述した光源７は、光入射面６１により形成された凹部に配置されている。凹部とは、光入射面６１と保持基板８の主面８１とで囲まれた空間のことである。すなわち凹部とは、光入射面６１に対し−ｚ軸側に位置する空間のことである。また、光源７は、光出射面６２のシリンドリカル面で規定される円筒の軸方向に並べて配置される。「円筒の軸」とは、光軸Ｃとは異なる軸であり、ｘ軸に平行な軸である。また、配光制御素子６の光軸Ｃは、光源７の中心を通過することが好ましい。または、光軸Ｃは、光源７が出射する光の配光分布において、最も光度が高い方向に一致することが好ましい。または光軸Ｃは、光源７の配光曲線において配光角０度の方向に一致することが好ましい。
【００２３】
また、本実施の形態の配光制御素子６は棒状の形状を有する。よって、面光源装置２００は、列状に並べられた複数の光源７の個数よりも少ない数の配光制御素子６を備えることができる。例えば、本実施の形態において、配光制御素子６は１つである。このように、配光制御素子６が棒状の形状を有する場合、面光源装置２００は、配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を固定するだけでよく、接着等の固定作業が容易である。
【００２４】
また、棒状の配光制御素子６は、押出し成形によって製造することができる。押出し成形による製造方法は、配光制御素子６の長さを自由に変えることができる。例えば、液晶表示装置１００の大きさが異なる場合でも、同じ金型を用いて、長さだけを変更した配光制御素子６を製造し、面光源装置２００へ実装することが可能である。また、同様の理由により、光源７の設置個数の増減に対しても、配光制御素子６の金型の変更は不要である。よって、面光源装置２００は、輝度の仕様変更に伴う、光源７の設置個数を容易に変更可能とする。その結果、面光源装置２００は、最適な光源７の個数と配置の仕様を得ることができる。以上のように、配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。
【００２５】
配光制御素子６は、光源７から出射した光の配光を変更する機能を有する。「配光」とは、空間に対する光源の光度分布をいう。つまり、光源から出射する光の空間的分布である。また、「光度」とは、発光体の放つ光の強さの程度を示すもので、ある方向の微小な立体角内を通る光束を、その微小立体角で割ったものである。つまり、光度とは、光源からどのくらいの強度の光が出ているかを表す物理量である。配光制御素子６は、上記の構成を備えることにより、光源７から出射する光をｙ−ｚ平面上において集光するまたは発散させる。
【００２６】
（拡散板）
図１に示すように、拡散板４は、開口部５３を覆うように配置される。拡散板４は、面光源装置２００の光出射面に配置される。つまり、拡散板４は、反射部５に対し＋ｚ軸側に配置される。拡散板４は、例えば、薄板形状を有する。または、例えば、拡散板４はシート状である。または、拡散板４は透明基板とその透明基板上に形成された拡散膜を含む構成であっても良い。
【００２７】
拡散板４は、透過する光を拡散させる。「拡散」とは、拡がり散ることである。つまり、光が散乱することである。なお、以下の説明において、例えば、「光線は拡散板４に到達する」などの表現を用いている。上述したように、拡散板４は反射部５の開口部５３に配置される。よって、「光線は拡散板４に到達する」という表現は、「光線は開口部５３に到達する」という表現に言い換えることができる。また、開口部５３または拡散板４は、面光源装置２００の光出射面として機能している。このため、「光線は拡散板４に到達する」という表現は、「光線は面光源装置２００の光出射面に到達する」という表現に言い換えることができる。
【００２８】
（反射部）
図１に示すように、面光源装置２００は反射部５を備える。反射部５は、光源７と配光制御素子６とを収容可能に容器形状を有する。図３は、面光源装置２００の平面図である。なお図３は拡散板４の図示を省略している。反射部５は、図１および図３に示すように、底面５１及び４つの側面５２（側面５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ）を含む。つまり反射部５は５つの面を備える。底面５１の面内には、保持基板８に保持された光源７と配光制御素子６とが配置される。また、側面５２は、底面５１に対向する開口部５３の外周を囲う。本実施の形態において、側面５２は、底面５１の外周と拡散板４の外周とを接続する。底面５１は拡散板４の矩形形状よりも小さい矩形形状を有する。底面５１は拡散板４に平行つまり面光源装置２００の光出射面に平行に配置される。つまり、４つの側面５２は底面５１外周から拡散板４の外周に向けて傾斜している。
【００２９】
以下に反射部５の形状をｘｙｚ座標軸により説明する。４つの側面５２のうち、底面５１のｘ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ａおよび側面５２ｂは、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、＋ｙ軸方向側の側面５２ａは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、−ｙ軸方向側の側面５２ｂは、ｙ−ｚ平面に対して、−ｘ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。また、４つの側面５２のうち、底面５１のｙ軸方向と平行な辺に接続された２つの側面５２ｃおよび側面５２ｄも、＋ｚ軸方向に向けて互いの間隔が広がるように傾斜している。つまり、−ｘ軸方向側の側面５２ｃは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、反時計回りの方向に傾斜している。また、＋ｘ軸方向側の側面５２ｄは、ｚ−ｘ平面に対して、−ｙ軸方向から見て、底面５１との接続部分を中心に、時計回りの方向に傾斜している。反射部５の底面５１に対向する＋ｚ軸方向には、開口部５３が形成されている。反射部５及び拡散板４は、中空の容器形状を構成する。
【００３０】
図１および図２に示すように反射部５の内側は反射面５４である。つまり、反射部５の内側は光を反射する部材である。反射部５は、例えばシート状の部材である反射シートである。反射部５の反射面５４は、例えば、拡散反射面であってもよい。反射部５は、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シート又は基板の表面に金属を蒸着させた光反射シート等である。
【００３１】
（配光制御素子を通過する光線）
図４は、面光源装置２００の光源７から出射する光線を示す図である。光線７３ａは、光源７から＋ｚ軸方向側に出射し、ｙ−ｚ平面のみに拡がる光線の一部を示す。光線７３ａは、光軸Ｃに対して狭い角度で光源７から出射する光線である。光線７３ａは、光入射面６１にて屈折し、配光制御素子６内部へ入射する。スネルの法則により、屈折率の小さな媒質から屈折率の大きな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも小さくなる。また、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質に入射する時、光線の屈折角は入射角よりも大きくなる。配光制御素子６がアクリル樹脂製である場合、光線７３ａは、図４に示すように、光入射面６１で−ｙ軸方向側に屈折する。光線７３ａは配光制御素子６の内部を進行し、光出射面６２に達する。光線７３ａは、凸面形状を有する光出射面６２によって、光軸Ｃに対する角度がさらに大きくなる方向つまり−ｙ軸方向側に屈折する。図５は、配光制御素子６の平面図であり、＋ｚ軸側からｘ−ｙ平面を観察した図である。図５は光源７から出射する一部の光線７３ｂの図示を含む。光線７３ｂは、光源７から出射し、ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線のうち、光軸Ｃに対する角度が光線７３ａよりも広い光線である。ｙ−ｚ平面上のみに拡がる光線とは、図５において上下方向のみに拡がる光線を意味する。図４および図５に示すように、配光制御素子６は、光源７から出射する光を発散させる。配光制御素子６から出射した光線７３ａまたは光線７３ｂは拡散板４へ到達する。以下の説明においては各光線の図示は省略するが、図１に示す拡散板４に到達した光線の一部は反射して、反射部５の容器状の空間内を進行する。その光線は、反射部５の底面５１又は側面５２で反射されて、再び拡散板４に到達する。光は拡散板４を透過しながら拡散される。そして、拡散板４を透過した光は、均一性を有する面状の照明光となる。この照明光は、光学シート３及び光学シート２を介して、液晶パネル１の裏面１ｂに照射される。
【００３２】
光源７から出射する光には、図４に示した光線７３ａのように光出射面６２を透過する光以外に、その光出射面６２において反射する光も含まれる。特に、屈折率が大きい媒質から屈折率が小さい媒質に光線が入射する場合、両媒質の境界面にて全反射が起こりうる。例えば、配光制御素子６の材質が屈折率１．４９を有するアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）で、出射側の媒質すなわち反射部５の容器状の空間が空気である場合、光出射面６２への入射角が４２．１°よりも大きい光線は全反射条件を満たす。その結果、光線は光出射面６２において、保持基板８側または反射部５側へ反射する。つまり光線は−ｚ軸方向へ反射する。ｙ−ｚ平面上のみを伝搬する光線に対しては、その入射角が４２．１°以下になるよう光入射面６１の形状および光出射面６２の形状を設計することで、全反射条件を回避できる。それにより、光線を光出射面６２から拡散板４へ向けて拡げることが可能となる。
【００３３】
図６は、面光源装置２００の光源７から出射する光線を示す図である。光線７３ｃは、図４に示した光線７３ａとは異なり、ｘ軸方向に拡がる角度成分、つまりｘ軸方向のベクトル成分も有する。また、図７は、配光制御素子６の平面図であり、＋ｚ軸側からｘ−ｙ平面を観察した図である。図７は、光源７から出射する一部の光線７３ｇの図示を含む。光線７３ｇは、ｘ軸方向のベクトル成分を有する。なお、ｘ軸方向に拡がる角度成分を有する光線とは、図７において、斜め方向あるいはｘ軸と平行に拡がる光線を意味する。図６に示す光線７３ｃや図７に示す光線７３ｇは、図４に示したｙ−ｚ平面上のみを伝搬する光線７３ａよりも光出射面６２に対する入射角が大きい。これは、光出射面６２に対する入射角にｘ軸方向のベクトル成分が合成されるためである。そのためｘ軸方向のベクトル成分が大きな光線は光出射面６２で全反射条件を満たしやすい。
【００３４】
図６に示す光線７３ｃのうち、光出射面６２にて反射した光線７３ｄの軌跡を説明する。光線７３ｄは−ｚ軸方向へ進む。配光制御素子６に拡散部６ａが備えられていない場合、光線７３ｄは、配光制御素子６の底面あるいは側面の一部にて屈折して反射部５に達する。反射部５に到達した光線７３ｅは、拡散反射される。図示は省略するが、拡散反射された光線の一部は再度、配光制御素子６の内部へ入射し、その他の光線は、拡散板４へ到達する。配光制御素子６の内部へ入射した光線は、光出射面６２で屈折して出射する。光出射面６２から出射した光線は拡散板４へ到達する。また、光出射面６２で反射された光線７３ｄの一部は、保持基板８の主面８１へ達する（図示せず）。その光線は、主面８１で反射され、再度、配光制御素子６の内部へ入射する。そして、その光線は、配光制御素子６の光出射面６２にて屈折し、拡散板４に到達する。
【００３５】
以上のように、光源７から出射し拡散板４に到達する光線は、２つの成分、つまり直接光成分と反射光成分とに分けることができる。直接光成分とは、光源７から出射した光線のうち、配光制御素子６で屈折した後、直接、拡散板４に到達する光線である。反射光成分とは、配光制御素子６の内部で反射した後、反射部５で拡散反射してから、拡散板４に到達する光線である。反射光成分は、反射部５による拡散反射の影響を含むため、配光制御素子６によってその空間的な輝度分布を制御することが難しい。面光源装置２００は、光源７から出射する光を効率良く利用するためには、反射光成分を含めて配光を制御する必要がある。また、面光源装置２００は、その光出射面で均一な輝度分布を有する照明光を得るためには、直接光成分および反射光成分のバランスを配光制御素子６で制御することが好ましい。例えば、配光制御素子６が、反射光成分の分布に合わせて直接光成分の分布をあえて不均一にする等の制御が必要となる。
【００３６】
（配光制御素子の拡散部の作用）
本発明に係る面光源装置２００は、図２および図６に示すように、配光制御素子６の設置面６３に拡散部６ａを含む。光出射面６２で反射された光線７３ｄは、−ｚ軸方向へ進み、配光制御素子６の設置面６３に設けられた拡散部６ａに達する。拡散部６ａによって拡散反射される光線７３ｆは、再び光出射面６２へ入射する。光線７３ｆは、屈折して出射し拡散板４に到達する。つまり、光線７３ｆは直接光成分である。また、拡散部６ａにて反射されずに透過した光線７３ｅは、上述したとおり反射部５に達する。光線７３ｅは、拡散反射された後、拡散板４に到達する。これは反射光成分である。
【００３７】
（効果）
本実施の形態における面光源装置２００は、拡散部６ａがない場合と比較して、反射光成分よりも、制御性に優れる直接光成分を増加させることができる。面光源装置２００は、直接光成分と反射光成分とバランスを変更することで、面状の光の均一性を向上させることができる。また、直接光成分と反射光成分のバランスを変更できることにより、従来よりも少ない光源７を一部の領域に配置したような面光源装置であっても、均一な面状の光を提供可能な配光制御できる。
【００３８】
以上をまとめると、本実施の形態における面光源装置２００は、光源７と、光源７が主面８１に保持される保持基板８と、光源７を覆うように保持基板８の主面８１側に配置され、光源７から出射する光の配光を変更する配光制御素子６と、配光制御素子６から出射する光を拡散させる拡散板４とを備える。そして、配光制御素子６は、保持基板８の主面８１に当接可能な設置面６３に配置される拡散部６ａを含む。以上のような構成により、面光源装置２００は、配光制御素子６の光出射面６２を透過した光線と、光出射面６２にて反射した光線の両方を用いて面状の光の均一性を向上させることができる。また、面光源装置２００は、従来よりも少ない光源７を一部の領域に配置した構成であっても、配光制御素子６から出射される光の配光を、面光源装置２００の光出射面（拡散板４）の方向に変更できる。その結果、面光源装置２００は、従来よりも均一性を増した輝度分布を有する照明光を得ることができる。また、面光源装置２００は、簡素で汎用性の高い配光制御素子６を備えながら、面状の光の均一性を向上させることができる。面光源装置２００は、液晶表示装置１００のバックライト以外に、例えば、部屋の照明等で用いられる照明装置としても利用できる。また、面光源装置２００は、例えば、写真などを裏面側から照明する広告表示装置などにも利用できる。
【００３９】
また、本実施の形態における面光源装置２００の配光制御素子６は、拡散部６ａと一体に成型される配光制御素子本体６ｂをさらに含む。そして、拡散部６ａが含む拡散材料は、配光制御素子本体が含む拡散材料よりも多い。このような構成により、面光源装置２００は、簡素で汎用性の高い配光制御素子６を備えながらも、従来よりも均一性を増した輝度分布を有する照明光を得ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態における面光源装置２００は、保持基板８の主面８１に列状に配列される複数の光源７をさらに備える。そして、配光制御素子６は、複数の光源７の配列方向に沿って棒状の形状を有する。配光制御素子６は、その棒状の形状の短手方向に曲率を有する凸状のシリンドリカル面を含む光出射面６２と、棒状の形状の長手方向に延在し複数の光源７を覆う凹状の曲面または平面を含む光入射面６１とを含む。このような構成により、面光源装置２００は、従来よりも少ない光源７を一部の領域に配置した構成であっても、配光制御素子６から出射される光の配光を、面光源装置２００の光出射面（拡散板４）の方向に変更できる。また、その配光制御素子６の装着工程は、列状に並べられた複数の光源７よりも少ない個数の配光制御素子６を固定するだけでよく、装着作業が容易である。さらに、棒状の配光制御素子６は、押出し成形によって製造することができ、面光源装置２００の製造コストを低減することが可能である。
【００４１】
また、本実施の形態における面光源装置２００は、反射部５をさらに備える。反射部５は、拡散板４が設置される開口部５３と、反射面５４とを含む。また、反射部５は、光源７と配光制御素子６とを収容可能な容器形状を有する。反射面５４は、容器形状の内側に配置され、配光制御素子６から出射する光を反射する。開口部５３は、配光制御素子６から出射する光および反射面５４にて反射する光を拡散板４を介して出射する。このような構成により、面光源装置２００は、従来よりも少ない光源７を一部の領域に配置した構成であっても、配光制御素子６から出射される光の配光を、面光源装置２００の光出射面（拡散板４）の方向に変更できる。その結果、面光源装置２００は、従来よりも均一性を増した輝度分布を有する照明光を得ることができる。
【００４２】
また、本実施の形態における液晶表示装置１００は、面光源装置２００と液晶パネル１とを備える。液晶パネル１は、面光源装置２００の拡散板４より出射する面状の光を入射し、画像光に変換して出射する。このような構成により、液晶表示装置１００は、均一性が従来よりも向上した面光源装置２００によって液晶パネル１を照明することができる。その結果、液晶表示装置１００は、従来よりも高い映像品質を実現することができる。
【００４３】
（実施の形態の変形例１）
図８は、実施の形態の変形例１における面光源装置２０１の光源７周辺の断面を示す図である。本変形例１における配光制御素子６の拡散部６ａは薄膜である。その薄膜は高反射材である。また、その薄膜は印刷により形成される。上記の実施の形態に示した面光源装置２００が備える配光制御素子６は、拡散部６ａと配光制御素子本体６ｂとが２色成形により一体に成型されたものであった。本変形例１の面光源装置２０１が備える配光制御素子６は、拡散部６ａを印刷によって形成でき、２色成形よりも作製が容易である。
【００４４】
本変形例１に示す面光源装置２０１も、上記の実施の形態に示した面光源装置２００と同様の効果を奏する。つまり、面光源装置２０１は、従来よりも少ない光源７を一部の領域に配置した構成であっても、配光制御素子６から出射される光の配光を、面光源装置２０１の光出射面（拡散板４）の方向に変更できる。その結果、面光源装置２０１は、従来よりも均一性を増した輝度分布を有する照明光を得ることができる。また、面光源装置２０１は、配光制御素子６の製造コストの低コスト化を実現する。
【００４５】
なお、面光源装置２０１は、上記の実施の形態に記載した一体に成型された配光制御素子６の設置面６３に上記薄膜が形成された構成であっても良い。そのような面光源装置２０１は、直接光成分をより一層増加させることができる。
【００４６】
（実施の形態の変形例２）
図９は、実施の形態の変形例２における面光源装置２０２の光源７周辺の断面を示す図である。本変形例２における配光制御素子６の拡散部６ａは凹部６ｃと凸部６ｄとからなる凹凸面を有する。その凹凸面は、サンドブラスト加工などにより形成される。本変形例２の配光制御素子６は、拡散部６ａを機械的加工または化学的加工によって形成可能であり、２色成形よりも作製が容易である。また、本変形例２に示す面光源装置２０２も、上記の実施の形態と同様の効果を奏する。つまり、面光源装置２０２は、従来よりも少ない光源７を一部の領域に配置した構成であっても、配光制御素子６から出射される光の配光を、面光源装置２０２の光出射面（拡散板４）の方向に変更できる。その結果、面光源装置２０２は、従来よりも均一性を増した輝度分布を有する照明光を得ることができる。また、面光源装置２０２は、配光制御素子６の製造コストの低コスト化を実現する。
【００４７】
なお、面光源装置２０２は、上記の実施の形態に記載した一体に成型された配光制御素子６の設置面６３に上記凹凸面を有する構成であっても良い。そのような面光源装置２０２は、直接光成分をより一層増加させることができる。
【００４８】
（配光制御素子の変形例と効果）
上記の実施の形態では、配光制御素子６は、棒状の形状を有し、複数の光源７を覆うように配置された光学素子であった。しかし、配光制御素子６は、棒形状の光学素子に限られない。本発明に係る面光源装置は、１つの光源に１つの配光制御素子を取り付けても上記の実施の形態と同様の効果を奏する。しかし、各光源に対し個別の配光制御素子を備える面光源装置では、配光制御素子の使用個数が多くなる。また、その製造工程において、各光源に各配光制御素子（レンズ）を固定する必要があり工程数が増加する。一方で、上記の面光源装置２００は、列状に並べられた複数の光源７の個数よりも少ない数の配光制御素子６を備えることができる。例えば、棒状の配光制御素子６は１つでよい。このように、面光源装置２００は、配光制御素子６の使用個数を減らすことができる。また、その装着工程は、１列に並べられた複数の光源７に対して、１つの配光制御素子６を固定するだけでよく、接着等の固定作業が容易である。
【００４９】
また、配光制御素子として、ｘ−ｙ平面に複数のレンズが配列されたレンズアレイの様に、光源に対してｘ方向またはｙ方向の位置決めが必要な光学素子の採用が考えられる。しかし、光源の数の増減に伴い、それら光源を覆う光学素子の大きさを変更する必要がある。つまり、光源の数の増減によって、光学素子を製造するための金型を変更する必要がある。よって、そのような光学素子は、面光源装置の仕様変更に対する汎用性が低い。
【００５０】
一方で、上記の面光源装置２００が備える配光制御素子６は、棒状の形状を有するため、押出し成形によって製造することができる。押出し成形による製造方法は、配光制御素子６の長さを自由に変えることができる。例えば、液晶表示装置１００の大きさが異なる場合でも、同じ金型を用いて、長さだけを変更した配光制御素子６を製造し、面光源装置２００へ実装することが可能である。また、同様の理由により、光源７の設置個数の増減に対しても、配光制御素子６の金型の変更は不要である。よって、面光源装置２００は、輝度の仕様変更に伴う、光源７の設置個数を容易に変更可能とする。その結果、面光源装置２００は、最適な光源７の個数と配置の仕様を得ることができる。以上のように、配光制御素子６は、面光源装置２００の仕様の変更に対する汎用性が高い。
【００５１】
また、配光制御素子６は拡散材を含む材料であっても良い。配光制御素子６に入射した光線は、拡散材により光線は拡散され、進行方向を変える。配光制御素子６の内部を進む光線は、ランダムな方向に進行方向が変更される。進行方向を変更された光線は、配光制御素子６の光出射面６２に達する。配光制御素子６の光出射面６２から出射する光は、広い範囲を照射することができる。
【００５２】
また、配光制御素子６の光入射面６１又は光出射面６２に、微小な凹凸形状が形成されていてもよい。その凹凸形状は、必ずしも光入射面６１及び光出射面６２の全域に形成される必要はない。例えば、凹凸形状は光入射面６１のみに形成されても良い。また、例えば、凹凸形状は、光出射面６２の一部の領域のみに形成されても良い。つまり、凹凸形状は、光入射面６１又は光出射面６２の一部の領域に設けられる構成であってもよい。また、凹凸形状は、全ての領域において同一の粗さにする必要はない。例えば、光入射面６１の凹凸形状が、光出射面６２の凹凸形状よりも小さくても良い。
【００５３】
凹凸形状に入射した光線は、進行方向がランダムに変わる。よって、凹凸形状を有する配光制御素子６は明線を緩和させることが可能である。「明線」とは、面光源装置２００の光出射面（拡散板４）上に、線状に形成される輝度の高い領域のことである。また、凹凸形状は、複数の光源７を並べて配置することで発生する面光源装置２００の光出射面（拡散板４）上の輝度ムラを緩和することができる。つまり、凹凸形状は、明るい部分と暗い部分との差を緩和することができる。また、その凹凸形状により、配光制御素子６は広い範囲に光を配光し照射することができる。
【００５４】
ただし、上記の拡散材又は凹凸形状による光の拡散の程度は、光入射面６１及び光出射面６２における光線の屈折の程度に比べて小さい必要がある。なぜなら、拡散材又は凹凸形状による光の散乱が支配的となった場合、配光制御素子６の光入射面６１および光出射面６２において、光線を設計どおりに屈折させ、配光することが難しくなるからである。光の配光は、配光制御素子６の形状に依存した屈折によって、面光源装置２００の光出射面つまり拡散板４に向けられる。そのため、拡散材や凹凸形状による光の拡散の効果が増すと、光源７の配置位置近くの輝度は高く、光源から離れるにつれて輝度が低くなる可能性がある。
【００５５】
上述の各実施の形態においては、部品間の位置関係もしくは部品の形状を示すために、「平行」や「垂直」などの用語を用いている。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含む。このため、請求の範囲内の部品間の位置関係もしくは部品の形状の記載は、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含む。
【００５６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００５７】
１  液晶パネル、４  拡散板、５  反射部、５３  開口部、５４  反射面、６  配光制御素子、６ａ  拡散部、６ｂ  配光制御素子本体、６１  光入射面、６２  光出射面、６３  設置面、７  光源、８  保持基板、８１  主面、１００  液晶表示装置、２００  面光源装置、Ｃ  光軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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