(57)【要約】【課題】フレネル反射成分による輝度ムラを抑制しつつ、光束制御部材の大きさを小さくすることによって、拡散性に優れ、且つ、低コスト、軽量化に優れた発光素子を提供する。【解決手段】本発明の発光装置１１では、光束制御部材２内に反射された光を散乱させる光散乱部５が、底面２ｃにおける形成面８を少なくとも含む形成領域に形成されており、光散乱部５は光軸Ｚを含む平面に沿って、楔形である複数の凹部５ａ〜凹部５ｄが連続して形成されてなり、形成面８は、（１）発光素子１から出射された光が、光入射面２ａから光束制御部材２に入射して光出射面２ｂに到達する出射点Ｐ６および出射点Ｐ７並びに（２）出射点Ｐ６および出射点Ｐ７から光束制御部材内へ反射された光が集光する集光点Ｐの両方を通る直線群が底面２ｃと交差する交差点群によって囲まれてなり、集光点Ｐは上記形成領域に含まれない。【選択図】図１１
2011023204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、発光素子から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置において、
上記光束制御部材は、上記発光素子から出射された光が光束制御部材に入射する光入射面と、上記光入射面に入射した光が光束制御部材から出射される光出射面とを有し、
上記光出射面において光束制御部材内に反射された光を散乱させる光散乱部が、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面における形成面を少なくとも含む形成領域に形成されており、
上記光散乱部は、基準光軸を含む平面に沿って、楔形である複数の凹部が連続して形成されてなり、
上記形成面は、（１）上記発光素子から出射された光が、上記光入射面から上記光束制御部材に入射して上記光出射面に到達する複数の出射点、および、（２）上記複数の出射点から光束制御部材内へ反射された光が集光する集光点の両方を通る直線群が上記底面と交差する交差点群によって囲まれてなり、
上記集光点は、上記形成領域に含まれないことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記複数の凹部のうち、互いに隣接する凹部同士の上記基準光軸の方向における寸法は、
基準光軸側の凹部の寸法が、上記基準光軸と反対側の凹部の寸法以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
上記光束制御部材には、上記基準光軸を含む平面において、上記凹部の上記基準光軸との距離をａ、上記凹部の上記基準光軸の方向における寸法をｂとすると、ｂ／ａ＜ｔａｎ８０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の発光装置が備える光束制御部材。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置、光束制御部材および当該発光装置を備える照明装置に関し、詳細には、液晶表示パネルの背面側から面状に照明するバックライトの光源や、室内の一般照明など各種照明として用いることができる光束制御部材を備える発光装置およびこれを備える照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、パーソナルコンピュータやテレビジョン等に使用される液晶表示モニタの照明手段として、複数の発光ダイオード（以下、適宜「ＬＥＤ」と称する。）を発光素子として使用した面光源装置が知られている。この面光源装置は、液晶表示モニタの液晶表示パネルとほぼ同形状の板状の領域に複数のＬＥＤをマトリックス状に配置し、発光素子からの光を光束制御部材により略一様な輝度分布として、液晶表示モニタの裏面側から面状に照明するものである。
【０００３】
このようなＬＥＤを光源とした発光装置として、例えば、特許文献１に開示された発光装置を挙げることができる。図１５は、従来の発光装置１００の断面図を示している。この発光装置１００が備える発光素子１０１の周囲には、発光素子１０１からの光の方向を変化させる光束制御部材１０２が備えられている。発光装置１００において、底面１０２ｃには楔形の光散乱部１０５が備えられている。さらに、底面１０２ｃの下面、かつ、発光素子１０１の周囲に、反射シート１０３が備えられている。
【０００４】
また、光出射面１０２ｂにおいて発光素子１０１から出射された光が出射される側（外部側）に、光軸Ｚと垂直な面を有する光散乱面１０２ｅを備え、さらに、光散乱面１０２ｅの外部側の端部には、底面１０２ｃに対し垂直な端面１０２ｆが形成されて、底面１０２ｃとつながっている。
【０００５】
発光装置１００の上方には液晶表示パネル１０６が配置されており、光束制御部材１０２から出射された光が液晶表示パネル１０６上に照射された際の輝度分布が均一化される構成となっている。
【０００６】
発光装置１００では、発光素子１０１から出射された光は、光入射面１０２ａに入射し、その後、光出射面１０２ｂにおいて光Ｌ１０１として出射される。ここで、一部の光は、フレネル反射によって光出射面１０２ｂから出射されずに反射される。
【０００７】
フレネル反射成分は、光束制御部材１０２の底面１０２ｃでの全反射、もしくは、反射シート１０３で反射され、液晶表示パネル１０６の光軸Ｚ付近の明るさを増す傾向にあるため、光軸Ｚ軸付近の輝度ムラの原因となる。
【０００８】
しかしながら、発光装置１００においては、フレネル反射成分の集光点Ｐ（図示せず）付近に光散乱部１０５が形成されている。これにより、光散乱部１０５に集光したフレネル反射成分の大部分は、光Ｌ１０４として光軸Ｚと垂直な方向に近付けられて出射されることとなる。したがって、発光素子１０１から出射された光の大部分を、光束制御部材１０２および光散乱部１０５によって、光軸Ｚと垂直な方向に近付けるように制御することができる。このように、発光装置１００は、光散乱部１０５を備えることによって、輝度ムラを抑制することができる。
【０００９】
また、図１５に図示されるように、光入射面１０２ａに入射した光が光出射面２ｂに到達する前に光散乱部１０５に到達する場合は、発光素子１０１から出射された光の一部は、光入射面１０２ａに入射した後に、光散乱部１０５によってその方向が変更され、光軸Ｚ方向に対し平行な方向側に変更され、光Ｌ１０５となる。このような光は、液晶表示パネルの特定の部分に円状の輝線を発生させる。すなわち、光Ｌ１０５が生じると、発光素子１０１からの光の拡散性を向上させる効率が低下することとなる。しかしながら、発光装置１００においては、光散乱面１０２ｅを形成しているため、光散乱部１０５に到達した光は光散乱面１０２ｅにおいて全反射され、光Ｌ１０６として、散乱されることとなる。このため、リング状の輝線の発生を抑制することができ、発光素子１０１からの光をさらに効率的に拡散させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−４３６２８号公報（２００９年２月２６日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の発光装置では、以下の問題点を有している。
【００１２】
特許文献１の発光装置においては、図１５に示すように、フレネル反射成分の集光点Ｐ付近に光散乱部１０５が備えられているため、光散乱面１０２ｅの面積を大きくしなければならない。すなわち、発光装置１００においては、光束制御部材１０２の外径が光出射面１０２ｂ部分よりもかなり大きくなる。また、底面１０２ｃと光散乱面１０２ｅとの距離が大きくなる（光束制御部材２の外周部（端面１０２ｆ）が厚くなる）といった課題がある。
【００１３】
上記のように光束制御部材１０２の外径が大きくなると、発光素子１０１が実装されている基板についても光束制御部材１０２の外径に応じてサイズを大きくする必要があり、コストアップの要因になる。
【００１４】
また、光束制御部材１０２の外径が大きくなる結果、端面１０２ｆが厚くなると光束制御部材１０２の重量のみならず、上記発光装置１００を実装する基板のサイズをも大きくする必要があるため、発光装置１００全体の重量が重くなるといった課題がある。
【００１５】
更に、端面１０２ｆが厚い場合は、光束制御部材１０２の非球面部分の面積が小さくなるため、光を広げることが困難となるといった課題がある。
【００１６】
以上の課題は以下のような理由による。上記説明したように、特許文献１に記載の発光装置においては、フレネル反射成分の集光点Ｐ付近に光散乱部１０５として楔形の凹部が形成されており、光散乱部１０５に集光するフレネル反射成分を、光Ｌ１０４として光軸Ｚと垂直な方向に出射している。集光点Ｐが光束制御部材１０２の底面１０２ｃよりも離れた箇所にできる場合、光軸Ｚ方向における楔形の凹部の寸法は大きくなる。
【００１７】
また、発光装置１００においては、光束制御部材１０２と発光素子１０１との実装時の位置ずれによって集光点Ｐがずれることを考慮すれば、楔形の凹部である光散乱部１０５の光軸Ｚ方向に対して垂直な方向における寸法を大きくしておく必要がある。この場合、楔形の凹部における傾斜面の角度が一定でない場合、フレネル反射成分を光Ｌ１０４として反射できなくなるため、光軸Ｚ方向における楔形の凹部寸法も必然的に大きくなる。
【００１８】
光散乱部１０５として形成された楔形の凹部の大きさが大きくなった場合、光入射面１０２ａに入射した光が光出射面１０２ｂに到達する前に光散乱部１０５に到達する光の割合が大きくなる。この場合、上記説明したように、光散乱部１０５によって、光の進行方向が光軸Ｚ方向に対し平行な方向側に変更されて光Ｌ１０５となり、輝度ムラの原因となる。したがって、光散乱面１０２ｅを形成して光散乱部１０５に到達した光を光Ｌ１０６として散乱することが必要となるが、光散乱部１０５の大きさが大きい程、光Ｌ１０５の広がりが大きいため、光散乱面１０２ｅを大きくする必要があり、光束制御部材１０２の外径が光出射面１０２ｂ部分よりもかなり大きくなる。また、端面１０２ｆについても厚くすることが必要となる。
【００１９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、フレネル反射成分による輝度ムラを抑制しつつ、光束制御部材の大きさを小さくすることによって、拡散性に優れ、且つ低コスト、軽量化に優れた発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の発光装置は、上記課題を解決するために、発光素子と、発光素子から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置において、上記光束制御部材は、上記発光素子から出射された光が光束制御部材に入射する光入射面と、上記光入射面に入射した光が光束制御部材から出射される光出射面とを有し、上記光出射面において光束制御部材内に反射された光を散乱させる光散乱部が、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面における形成面を少なくとも含む形成領域に形成されており、上記光散乱部は、基準光軸を含む平面に沿って、楔形である複数の凹部が連続して形成されてなり、上記形成面は、（１）上記発光素子から出射された光が、上記光入射面から上記光束制御部材に入射して上記光出射面に到達する複数の出射点、および、（２）上記複数の出射点から光束制御部材内へ反射された光が集光する集光点の両方を通る直線群が上記底面と交差する交差点群によって囲まれてなり、上記集光点は、上記形成領域に含まれないことを特徴としている。
【００２１】
上記構成によれば、光散乱部が形成される位置は、底面における形成領域を含み、集光点を含まない形成領域である。集光点は、上記底面の上方または下方となる場合があるため、光散乱部は、底面を基準として、集光点から上下方向へずれた位置に形成されている。すなわち、光散乱部は集光点を含む領域に形成されないため、光散乱部のサイズを小さく抑えることができる。さらに、光散乱部は、楔形である複数の凹部が連続して形成されてなっている。このため、光散乱部の凹部に照射された光は、他の凹部によってさらに光の散乱を行うことができ、上記発光素子から光入射面に入射した光が光出射面に到達する前に光散乱部に到達する光の割合を小さくすることができる。
【００２２】
これにより、発光素子から光入射面に入射した光が光出射面に到達する前に光散乱部に到達する光が、その方向を変化させることによって生じるリング状の輝線を抑制することが可能となる。したがって、発光素子から出射された光により液晶表示パネルなどの平面上に生じさせる輝度ムラを抑制することができると共に、光束制御部材の大きさを小さくすることが可能となり、低コスト、軽量化および輝度均一性に優れた照明装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明の発光装置では、上記複数の凹部のうち、互いに隣接する凹部同士の上記基準光軸の方向における寸法は、基準光軸側の凹部の寸法が、上記基準光軸と反対側の凹部の寸法以下であることが好ましい。
【００２４】
上記発光装置においては、光束制御部材と発光素子との実装ずれがある場合であって、複数形成された凹部の何れかによって、発光素子から照射された光が基準光軸と垂直な方向に近付けられて出射されることとなる。そのため、光束制御部材と発光素子との実装ズレがある場合においても、液晶表示パネルなどの平面上に生じさせる輝度ムラを抑制することができる。
【００２５】
また、本発明の発光装置では、上記光束制御部材には、上記基準光軸を含む平面において、上記凹部の上記基準光軸との距離をａ、上記凹部の上記基準光軸の方向における寸法をｂとすると、ｂ／ａ＜ｔａｎ８０°であることが好ましい。
【００２６】
上記条件を満たす発光装置について、一般的な発光素子の配光特性であるランバート分布の場合であれば、上記発光素子から光入射面に入射した光が光出射面に到達する前に光散乱部に到達する光の割合を、発光素子から出射する光の３％以下にすることができる。したがって、発光素子から出射された光により液晶表示パネルなどの平面上に生じさせる輝度ムラをさらに抑制することができる。
【００２７】
また、本発明の光束制御部材は、上記発光装置が備えるものである。
【００２８】
上述したように、上記発光装置が備える光束制御部材には光散乱部が形成領域に形成されており、そのサイズを小さく抑えることができる。したがって、発光素子から出射された光により液晶表示パネルなどの平面上に生じさせる輝度ムラを抑制することができると共に、光束制御部材の大きさを小さくすることが可能となり、低コスト、軽量化および輝度均一性に優れた発光装置の部品として用いることが可能である。
【００２９】
本発明の照明装置は、上記発光装置を備えるものである。
【００３０】
これにより、フレネル反射成分による輝度ムラを抑制しつつ、光束制御部材の大きさを小さくすることが可能となり、低コストおよび軽量化に優れた照明装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の発光装置は、以上のように、上記光出射面において光束制御部材内に反射された光を散乱させる光散乱部が、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面における形成面を少なくとも含む形成領域に形成されており、上記光散乱部は、基準光軸を含む平面に沿って、楔形である複数の凹部が連続して形成されてなり、上記形成面は、（１）上記発光素子から出射された光が、上記光入射面から上記光束制御部材に入射して上記光出射面に到達する複数の出射点、および、（２）上記複数の出射点から光束制御部材内へ反射された光が集光する集光点の両方を通る直線群が上記底面と交差する交差点群によって囲まれてなり、上記集光点は、上記形成領域に含まれないものである。
【００３２】
これにより、光散乱部の大きさを小さくすることが可能となる。したがって、上記発光素子から光入射面に入射した光が光出射面に到達する前に光散乱部に到達する光の割合を、小さくすることができるため、発光素子から出射された光により液晶表示パネルなどの平面上に生じさせる輝度ムラを抑制することができる。また、光反射面の大きさをも小さくすることができるため、光束制御部材の非球面部分を大きくとることが可能となり、拡散性に優れた発光素子を実現することができる。
【００３３】
結果として、フレネル反射成分による輝度ムラを抑制しつつ、光束制御部材の大きさを小さくすることが可能となり、低コスト、軽量化および輝度均一性に優れた照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来発明に係る発光装置を示す断面図である。
【図２】従来発明に係る発光装置を示す断面図である。
【図３】図１に示す発光装置を詳細に示す断面図である。
【図４】図１に示す発光装置を詳細に示す断面図である。
【図５】図１に示す発光装置を詳細に示す断面図である。
【図６】図１に示す発光装置のσを３５ｍｍ、液品表示パネルまでの距離を２０ｍｍとしたときの角度φ１と角度φ２の関係を示すグラフである。
【図７】図５における角度φ１と角度φ２／角度φ１との関係を示すグラフである。
【図８】本実施の形態に係る発光装置のσを７０ｍｍ、液品表示パネルまでの距離を２０ｍｍとしたときの角度φ１と角度φ２の関係を示すグラフである。
【図９】本実施の形態に係る発光装置における角度θ１／角度θ２と反射率との関係を示すグラフである。
【図１０】従来技術に係る発光装置の変形例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明に係る発光装置を用いた場合の液晶表示パネル上に及ぼされる輝度分布を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る光散乱面を備える発光装置の一実施形態を示す断面図である。
【図１５】従来の発光装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の一実施形態について図１〜図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。図１は、従来技術に係る発光装置１０を示す断面図である。同図に示す発光装置１０には、発光素子１およびこの発光素子１の周囲を覆うように光束制御部材２が備えられている。本発明の発光装置に係る光散乱部材が形成されていない点以外は、光束制御部材２は本発明に係る発光装置に係る光束制御部材と同様である。したがって、図１に係る光束制御部材２に後述する光散乱部を設置することによって、本実施の形態に係る光束制御部材として用いることができる。
【００３６】
光軸（基準光軸）Ｚの方向とは、発光素子１から出射される光の立体的な出射光束の中心における光の進行方向をいう。同図においては、便宜上、発光素子１から鉛直上向きの方向を光軸（基準光軸）Ｚとする。
【００３７】
また、発光装置１０は光軸Ｚを中心とした、回転対称の形状を有している。なお、発光素子１は必ずしも回転対称である必要はなく、直方体等の形状であってもよい。光束制御部材２は発光素子１から出射された光Ｌの方向を変化させる部材である。すなわち、光Ｌを光軸Ｚに対して垂直に近い方向に曲げることによって、光Ｌを拡散させるものである。
【００３８】
光束制御部材２は、発光素子１から出射された光の方向を変化させるための部材であり、その材料は特に限定されるものではないが、好ましくは、屈折率が１．４５以上、１．６５以下である透明材料を用いることができる。また、さらに好ましくは、屈折率が１．４９であるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、屈折率が１．５９であるポリカーボネート（ＰＣ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）等の透明樹脂材料や透明なガラスによって形成され得るものである。
【００３９】
光束制御部材２は内表面である光入射面２ａ、外表面である光出射面２ｂ、および、光入射面２ａと光出射面２ｂとを結ぶ底面２ｃを有している。光束制御部材２の内部には空洞が形成されており、上記空洞に発光素子１が設置されている。発光素子１は、光軸Ｚを中心に周囲に光を出射する部材である。発光素子１としては、公知のＬＥＤチップなどを用いることができ、特に限定されるものではない。
【００４０】
光束制御部材２の内表面である光入射面２ａの断面形状は、同図に示すように、光軸Ｚ上では光軸Ｚと略垂直に交わり、光軸Ｚ付近では輪郭線の傾きが大きく変化し、光軸Ｚから離れたところでは輪郭線の傾きがあまり変化しないため、いわゆる釣鐘形状をしている。一方、光束制御部材２の外表面である光出射面２ｂの断面形状は、光軸Ｚ付近では輪郭線の傾きが光軸Ｚと略垂直で傾き変化が小さく、光軸Ｚから離れたところでは輪郭線の傾きの変化が大きくなり、次第に光軸Ｚと平行な方向に変化する形状を有している。なお、光出射面２ｂにおける光軸Ｚ付近の形状は凹形状となっている。
【００４１】
また、図２に従来技術に係る発光装置１１の断面図を示す。本発明の発光装置に係る光散乱部材が形成されていない点以外は、光束制御部材２は本発明に係る発光装置に係る光束制御部材と同様である。したがって、図１に係る光束制御部材２に後述する光散乱部を設置することによって、本実施の形態に係る光束制御部材として用いることができる。
【００４２】
本実施の形態においては、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの両面において光の方向を変化させるため、発光装置１１の光出射面２ｂにおける光軸Ｚ付近の形状のように、図１に示す凹形状とは異なり、凸形状とすることも可能である。
【００４３】
すなわち、本実施の形態に係る発光装置では、発光装置１０または発光装置１１のように、光出射面における光軸Ｚ付近の形状を凸形状または凹形状とすることができ、設計の自由度を広げることができる。
【００４４】
次に、図３に基づいて、光束制御部材２の光出射面２ｂにおける光Ｌの方向を変化させる構成について説明する。同図は図１で示す発光装置１０の一部を詳細に示す断面図である。
【００４５】
同図において、光入射面２ａは、発光装置１０の光軸Ｚに対して軸対称な凹の曲面部分を有し、光軸Ｚと発光素子１の発光面との交点を基準点Ｏとしたとき、光入射面２ａ上の任意の点Ｐ３と基準点Ｏとを結ぶ直線と、光軸Ｚとのなす角をα１、光入射面２ａ上の点Ｐ３と基準点Ｏとの距離をＲ１として、一般的な発光素子の配光特性であるランバート分布の場合であれば、光軸方向に出射した光度の半分以上の光度範囲であるα１＜π／３の範囲においては少なくとも、α１の増加に従いＲ１は単調減少している。
【００４６】
ここで、本明細書では特に断らない限り、角度表記にはラジアンを用いる。次に、光出射面２ｂは、光軸Ｚに対し軸対称な凸の曲面部分を有すると共に、光軸Ｚとの交点を含む部分に、凸の曲面部分に連続する窪みを有する形状であり、光出射面２ｂ上の任意の点Ｐ４と基準点Ｏとを結ぶ直線と、光軸Ｚとのなす角をα２、光入射面２ａ上の点Ｐ４と基準点Ｏとの距離をＲ２として、少なくともα２＜π／３の範囲においては、α２の増加に従いＲ２は単調増加している。
【００４７】
このとき、光入射面２ａに入射した光Ｌは、外側に屈折し、光出射面２ｂから出射するときにさらに外側に屈折させられる。以下にその原理を示す。光入射面２ａ上の点Ｐ３で、仮に光入射面の形状が、α１が増加してもＲ１が変化しない形状であったとき、すなわち同図の断面図でα１の増分Δα１に対するＲ１の増分ΔＲ１が０であったとき、光入射面の形状は基準点Ｏを中心とする半径Ｒ１の円となり、光は光入射面に垂直に入射するため、光の方向を変えずに伝播する。
【００４８】
一方、光入射面の形状がα１の増加にしたがいＲ１が減少する形状である場合、すなわち、同図の断面図でα１の増分Δα１に対するＲ１の増分ΔＲ１がΔＲ１＜０であったとき、光入射面２ａ上の点Ｐ３における接線は、基準点Ｏを中心とした半径Ｒ１の円より光軸Ｚと平行に近付いた角度となり、このとき基準点Ｏから出射し、任意の点Ｐ３に入射した光は光軸から離れる方向に曲げられて、光束制御部材２内を伝播する。このとき、ΔＲ１／Ｒ１Δα１＝Ａ１とすると、Ａ１はＡ１＜０となる。
【００４９】
次に、光出射面２ｂでは逆にα２の増加にしたがいＲ２が増加するため、光出射面２ｂ上の点Ｐ４における接線は、基準点Ｏを中心とした半径Ｒ２の円の接線より光軸Ｚと垂直に近付いた角度となり、基準点Ｏと点Ｐ４を結ぶ直線の方向から点Ｐ４に入射した光はさらに光軸Ｚから離れる方向に曲げられる。実際には光入射面２ａがあるため、同図に示すように基準点Ｏと点Ｐ４とを結ぶ直線と点Ｐ４における法線とのなす角よりも、実際に点Ｐ４に入射する光Ｌと点Ｐ４おける法線とのなす角の方が大きく、さらに光軸から離れる方向へと曲げられる。このように、以上の特性を有する光入射面２ａと光出射面２ｂとを有することにより、拡散性を向上させた発光装置を得ることができる。
【００５０】
次に、図４を参照して光出射面２ｂから光を出射させるための条件について述べる。まず、基準点Ｏと光出射面上の点Ｐ４とを結ぶ直線の方向から点Ｐ４へ入射した光線について考える。
【００５１】
点Ｐ４における法線と、基準点Ｏと点Ｐ４を結ぶ直線とのなす角をβ、α２が微小量Δα２だけ変化したときのＲ２の変化量をΔＲ２とすると、「ｔａｎβ＝ΔＲ２／Ｒ２Δα２」となる。次に屈折率をｎとすると、光出射面から出射するには、「ｎｓｉｎβ≦１」である必要がある。「ΔＲ２／Ｒ２Δα２＝Ａ２」として、以上の式を整理すると、
【００５２】
【数１】
2011023204.tif 000003
【００５３】
となり、これが、基準点Ｏと光出射面上の点Ｐ４とを結ぶ直線の方向から点Ｐ４へ入射した光線が光出射面２ｂから出射するための条件となる。以上の説明は、基準点Ｏから出射した光が光入射面２ａで曲がらずに光出射面２ｂに到達した場合についてであるが、実際には光入射面２ａで屈折されるため、光出射面２ｂ上の点Ｐ４へ到達する光の入射角はβより大きくなる。そのため、
【００５４】
【数２】
2011023204.tif 000004
【００５５】
の条件下では必ず全反射が生じてしまう。よって、少なくともＡ２は、
【００５６】
【数３】
2011023204.tif 000005
【００５７】
未満である必要がある。
【００５８】
以上の説明では、α１＝０、及びα２＝０以外の部分について述べたが、α１＝０、α２＝０のときは、発光素子１から光軸方向に出射された光を光軸方向に出射する必要があるため、Ａ１及びＡ２は０となる。このようにすることにより、発光素子１直上が暗くなるというデメリットが抑制される。
【００５９】
図５において、発光素子１から出射され、光入射面２ａに到達する光Ｌと光軸Ｚとのなす角をφ１とする。さらに、光入射面２ａに入射し、光出射面２ｂに到達し、光出射面２ｂから出射した光Ｌと、光Ｌが光出射面２ｂにおいて到達する出射点Ｐ２を通り光軸Ｚと平行な線とのなす角度をφ２とする。
【００６０】
また、同図において、発光素子１から出射された光Ｌが光入射面２ａに入射した点を光入射点Ｐ１とし、光入射点Ｐ１から入射した光Ｌと光入射点Ｐ１における法線とのなす角度がθ１として表されている。さらに、光束制御部材２の中を透過し、光出射面２ｂに入射した光Ｌの出射面における点を出射点Ｐ２とし、出射点Ｐ２に到達した光Ｌと出射点Ｐ２における法線とのなす角度がθ２として表されている。
【００６１】
同図に示すように、発光素子１から出射された光Ｌは、光入射面２ａに入射し、光束制御部材２の内部を伝播した後、光出射面２ｂから外部（例えば、空気中）にスネルの法則にしたがって出射されることになる。このとき、本発明に係る光束制御部材２から出射される発光素子１からの光束は、光軸Ｚから遠ざかるように屈折して出射される。
【００６２】
上記の発光装置１０において、さらに拡散性を向上させ、輝度ムラを抑制するためには、発光素子１から出射された光Ｌを液晶表示パネル上においてガウス分布のような、発光装置１０の光軸Ｚ上が明るく、光軸Ｚ上から離れるにしたがって暗くなる分布にすることが好ましいと考えられる。具体的には、配光特性がＰ（φ１）である発光素子１から出射された光Ｌについて以下の条件とすることが好ましい。
【００６３】
すなわち、光束制御部材２から、光軸Ｚの方向に一定距離離れ、光軸Ｚの方向に対し垂直に配置されている平面上において、光軸Ｚからの距離をｒ、発光素子１から出射した光Ｌと光軸Ｚとのなす角度をφ１とし、下記数式（４）、
【００６４】
【数４】
2011023204.tif 000006
【００６５】
よりＡを求め、Ｃがｒ＝０のときφ１＝０を満たすように定まる定数、σが拡散性を表す定数とした場合において、下記数式（５）、
【００６６】
【数５】
2011023204.tif 000007
【００６７】
を満たす場合に、配光特性がＰ（φ１）である発光素子１からの光Ｌを平面上、例えば、液晶表示パネル上でガウス分布とすることが好ましい。
【００６８】
このように、上記発光素子１が上記の条件を満たすことによって、光Ｌを液晶表示パネル上においてガウス分布にすることができ、上記平面上においてリング状の輝線や発光装置１０上の輝点などが生じることを抑制することができる。これにより、発光素子１から出射される光Ｌの輝度ムラを抑制することができる。
【００６９】
特に、一般的なＬＥＤの配光特性である「Ｐ（φ１）＝Ｐ０ｃｏｓφ１（Ｐ０は定数）」で表されるランバート分布は重要であり、下記数式（６）、
【００７０】
【数６】
2011023204.tif 000008
【００７１】
を満たせば、ランバート分布を上記平面上（液晶表示パネル）でガウス分布に変換することができる。これにより、発光素子１から出射される光Ｌの輝度ムラをさらに抑制することができる。
【００７２】
図６は、σを３５ｍｍ、液品表示パネルまでの距離を２０ｍｍとしたときのφ１とφ２との関係を示すグラフである。同図に示されるように、φ２はφ１の増加に伴い単調増加している。また、図７は、図６におけるφ１とφ２／φ１との関係を示すグラフである。図７に示すように、φ１とφ２／φ１との関係は直線関係ではなく、途中に変曲点を有する曲線関係であることが分かる。
【００７３】
さらに拡散性を向上させて、σ＝７０ｍｍにおけるφ１とφ２／φ１との関係を図８に示す。図１に係る発光装置１０によれば、φ１が小さい領域ではφ１の増加とともに一気にφ２／φ１の値が減少され、φ１が大きい領域ではφ１の増加とともに緩やかにφ２／φ１の値が１に近付けられることが分かる。
【００７４】
図９は、発光装置１０におけるθ１／θ２と反射率との関係を示すグラフである。同図において、縦軸は反射率を示し、横軸はθ１／θ２を対数で表示している。また、反射率は、光入射面２ａおよび光出射面２ｂの両面での反射を含んだ反射率が表されている。
【００７５】
図９より、Δφを一定とした場合、反射率が最小となるのはθ１／θ２＝１のとき、すなわちθ１＝θ２のときであり、Δφが大きくなるほど反射率が大きくなることが分かる。
【００７６】
光束制御部材２によって光Ｌの拡散性を向上させるためには、発光素子１から出射された光をできるだけ光軸Ｚと垂直な方向に近付ける必要があるため、Δφを大きくする必要がある。また、発明者の光線追跡による解析において、光束制御部材２におけるフレネル反射による反射率が最大で１５％を超えると、拡散性が向上しにくくなることが確認されたため、反射率は１５％以下にすることが望ましい。反射率を１５％以下にする条件は、上述したグラフを考察し、以下の数式（７）〜数式（１３）で表される。
Δφ≦３π／２０において、０≦θ１／θ２≦∞  ・・・数式（７）
Δφ＝７π／４５において、１／２５．８≦θ１／θ２≦２５．８  ・・・数式（８）
Δφ＝π／６において、１／６．８≦θ１／θ２≦６．８  ・・・数式（９）
Δφ＝７π／３６において、１／２．５≦θ１／θ２≦２．５  ・・・数式（１０）
Δφ＝２π／９において、１／１．６≦θ１／θ２≦１．６  ・・・数式（１１）
Δφ＝π／４において、１／１．２≦θ１／θ２≦１．２  ・・・数式（１２）
Δφ＝２３π／９０において、１／１．１≦θ１／θ２≦１．１  ・・・数式（１３）
また、Δφ≧４７π／１８０では反射率を１５％以下にはできない。これらを勘案すると、以下の数式（１４）〜数式（１８）および数式（１９）、
Δφ≦７π／４５において、１／２５．８≦θ１／θ２≦２５．８  ・・・数式（１４）
Δφ≦π／６において、１／６．８≦θ１／θ２≦６．８  ・・・数式（１５）
Δφ≦７π／３６において、１／２．５≦θ１／θ２≦２．５  ・・・数式（１６）
Δφ≦２π／９において、１／１．６≦θ１／θ２≦１．６  ・・・数式（１７）
Δφ≦π／４において、１／１．２≦θ１／θ２≦１．２  ・・・数式（１８）
Δφ≦２３π／９０において、１／１．１≦θ１／θ２≦１．１  ・・・数式（１９）
の何れかの条件を満たすことにより、反射率を１５％以下に抑制することが可能となる。
【００７７】
上述した内容に基づき、本発明に係る光束制御部材の形状を定めることができる。例えば、本発明に係る光束制御部材は、上記発光素子から出射された光が光束制御部材に入射する光入射面と、上記光入射面に入射した光が光束制御部材から出射される光出射面とを備え、上記光束制御部材から、上記発光装置の基準光軸に対し平行な方向に一定距離離れ、上記基準光軸に対し垂直な平面上の上記基準光軸からの距離をｒ、前記発光素子から出射した光と光軸とのなす角度をφ１ とし、発光素子の配光特性をＰ（φ１ ）とした場合、以下の数式（４）、
【００７８】
【数７】
2011023204.tif 000009
【００７９】
で求まるＡ、および、Ｃがｒ＝０のときφ１ ＝０を満たすように定まる定数、σが拡散性を表す定数とした場合に、以下の数式（５）、
【００８０】
【数８】
2011023204.tif 000010
【００８１】
の条件を満たす形状であってもよい。
【００８２】
ところで、上記条件を満たす光束制御部材２においては、反射率を抑制するような形状となっているものの、一部の光はフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射されることとなる。図１０は、フレネル反射によって光出射面２ｂに反射された反射光について説明するための断面図である。
【００８３】
一般的に発光装置１０をバックライトのような照明装置として用いる場合は、図１０に示すように、光束制御部材２および発光素子１から構成される発光装置１０を実装するための基板７が、発光装置１０の下部に配置される。また、発光装置１０の上部に配置される液晶表示パネル６などに、できるだけ多くの光を照射させるために、反射シート３を基板７の全面もしくは一部分に配置するなどして、光束制御部材２の下方向に出射された光を反射させるような構造とする。本実施の形態においては、一例として、光束制御部材２の周辺部の基板７上に反射シート３を配置した場合を記載しているが、光束制御部材２の下の基板７上にも反射シート３を配置しても構わない。
【００８４】
また、発光装置１０における光束制御部材２には、基板７に実装するための凸部４が形成されている。光束制御部材２の底面２ｃを基板７に接して実装することもできるが、凸部４を設けることによって、底面２ｃと基板７との間に空間を設けることが好ましい。これにより、基板７の発熱による光束制御部材２の劣化を防止することができる。
【００８５】
発光装置１０では、発光素子１から出射された光は、光入射面２ａに入射し、その後、光出射面２ｂにおいて光Ｌ１として出射されるが、一部の光はフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射される。光出射面２ｂに反射された反射光は、さらに底面２ｃにおいてフレネル反射、あるいは、底面２ｃ下部に配置された反射シート３によって反射され、光出射面２ｂに再度到達する。光出射面２ｂに到達した光は、光出射面２ｂによって光軸Ｚに近付けられて液晶表示パネル６に光Ｌ２として到達する。
【００８６】
このように発光装置１０においては、液晶表示パネル６の光軸Ｚ付近の明るさが増す傾向にあるので、光軸Ｚ付近の輝度ムラが生じることがある。
【００８７】
次に、本発明の特徴点である光散乱部５について説明する。図１１（ａ）は、本実施の形態に係る発光装置１２の断面図である。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に図示したフレネル反射によって反射した光が集光する集光点Ｐの周辺部（点線で囲っている部分）を拡大した断面図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）において、図１に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８８】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、発光装置１２では、底面２ｃに光散乱部５が形成されている。図１１（ｂ）を用いて、光散乱部５に関してより詳細に説明する。図１１（ｂ）に示すように、光散乱部５は、発光装置１２の光軸Ｚを含む平面に沿って、楔形である複数の凹部５ａ〜凹部５ｄが連続して形成されてなっている。詳細には、楔形の凹部５ａから、光束制御部材２の半径方向外側へ向かって、楔形の凹部５ｂ，５ｃおよび５ｄが備えられている。
【００８９】
楔形の凹部５ａ（５ｂ，５ｃまたは５ｄ）は、図１１（ｂ）に示すように、光軸Ｚを含む仮想平面であって、且つ、光束制御部材２の底面２ｃに直交する仮想平面によって切断して示す断面形状が楔形を呈しており、底面２ｃと、第１の傾斜面５ａ１（５ｂ１，５ｃ１または５ｄ１）と、第２の傾斜面５ａ２（５ｂ２，５ｃ２または５ｄ２）とからなっている。
【００９０】
光散乱部５は、上記底面２ｃおける形成面８を含む形成領域に形成されている。形成面８は、（１）発光素子１から出射された光が、光入射面２ａから光束制御部材２に入射して光出射面２ｂに到達する複数の出射点（出射点Ｐ６および出射点Ｐ７）、および、（２）複数の出射点（出射点Ｐ６および出射点Ｐ７）から光束制御部材２内へ反射された光が集光する集光点Ｐの両方を通る直線群が底面２ｃと交差する交差点群によって囲まれてなる領域である。なお、図１１（ａ）にて、出射点Ｐ６および出射点Ｐ７の間には図示しない複数の出射点が存在するが、部材番号の付記を省略している。
【００９１】
光散乱部５（凹部５ａ〜凹部５ｄ）が形成されている形成領域には、形成面８が含まれるが、集光点Ｐは含まれない。すなわち、光散乱部５は、集光点Ｐから、光束制御部材２の底面２ｃ側にずれた位置に形成されているといえる。
【００９２】
発光装置１２では、凹部５ｃが形成面８に形成されている。このように、複数の凹部のうち少なくとも１つが形成面８に形成されていれば本発明の効果を得ることが可能である。しかしながら、複数の凹部が形成面８に形成されていても同様に、本発明の効果を得ることが可能である。
【００９３】
第１の傾斜面５ａ１（５ｂ１，５ｃ１，５ｄ１）と底面２ｃとの角度γ５ａ１（γ５ｂ１，γ５ｃ１，γ５ｄ１）は、光出射面２ｂでフレネル反射によって反射した光が全反射することによって、光軸Ｚ方向と垂直な方向に反射されるような角度となっている。
【００９４】
また、第２の傾斜面５ａ２（５ｂ２，５ｃ２，５ｄ２）と底面２ｃとの角度γ５ａ２（γ５ｂ２，γ５ｃ２，γ５ｄ２）は、ほぼ直交する角度としている。第２の傾斜面５ａ２がほぼ直交する角度としているのは、製造誤差および光束制御部材２の製造容易性を考慮したものである。
【００９５】
光束制御部材２は、射出成形などの製造方法によって製造可能であるため、第２の傾斜面５ａ２（５ｂ２，５ｃ２，５ｄ２）と底面２ｃとの角度を９０°よりも少し小さくしておき、成形品を金型から抜き取り易くしておくことが好ましい。尚、９０°より大幅に小さくした場合には、第２の傾斜面５ａ２（５ｂ２，５ｃ２，５ｄ２）に光が入射した場合に、光軸Ｚ方向に屈折して輝度ムラなどの要因となる。したがって、第２の傾斜面５ａ２（５ｂ２，５ｃ２，５ｄ２）と底面２ｃとの角度θ２は、製造時の作業効率も考慮して、発光素子１から光入射面２ａに入射した光が、できるだけ光軸Ｚ方向に屈折しない角度である９０°に近い値としておくことが好ましい。
【００９６】
また、図１１（ｂ）に示すように、楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄは、光軸Ｚから離れるにしたがって、その光軸Ｚと平行な方向における寸法ｂが同等、もしくは、徐々に小さくなっていく形状となっていることが好ましい。具体的には、上記複数の凹部５ａ〜凹部５ｄのうち、互いに隣接する凹部同士の光軸Ｚ方向における寸法は、光軸Ｚ側の凹部の寸法が、上記基準光軸と反対側の凹部の寸法以下（または寸法未満）であるといえる。
【００９７】
上述したように、楔形の凹部５ａ（５ｂ１，５ｃ１，５ｄ１）に発光素子１から光入射面２ａに入射した光が直接入射した場合、入射した光が光軸Ｚ方向に屈折する。この屈折した光が隣の凹部に再度入射すると、徐々にＺ方向に光の放射方向が変えられていくため、リング状の輝線もしくは、輝度ムラの原因となる。楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄのＺ軸と平行な方向における寸法を光軸Ｚから離れるにしたがって、同等もしくは徐々に小さくなっていく形状とすることにより、隣り合う凹部に入射する光を抑制することができるため、リング状の輝線、輝度ムラを抑制することができる。
【００９８】
楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄとしては、プリズムのように光を反射し、光の向きを光軸Ｚに対し垂直近くに変化させるものであれば、上記以外に、特に限定されず用いることができる。
【００９９】
また、光散乱部５は、光軸Ｚに回転対称の形状であり、光軸Ｚの周囲に一連の形状として形成されている。すなわち、光散乱部５は、好ましい形態として、上記発光装置の基準光軸を含む平面において、複数の楔形の凹部が上記基準光軸に対し軸対称となって形成されている。しかしながら、光軸Ｚの周囲に一連の形状ではなく、部分的に形成されていてもよい。
【０１００】
次に、光散乱部５を有する発光装置の液晶表示パネル上の輝度分布について説明する。
【０１０１】
図１１（ａ）に示す発光装置１２では、発光素子１から出射された光は、光入射面２ａに入射し、その後、光出射面２ｂにおいてＬ１として出射される。ここで、一部の光は、発光装置１０と同様にフレネル反射によって光出射面２ｂから出射されずに反射され、集光点Ｐに集光することとなる。
【０１０２】
図１１（ｂ）に示すように、発光装置１２においては、集光点Ｐから光束制御部材２の底面２ｃ側にずれた位置に、光散乱部５として複数の楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄが形成されている。この光散乱部５により、大部分は光Ｌ４として光軸Ｚと垂直な方向（光束制御部材２の外周方向）に近付けられて出射されることとなる。光Ｌ４は、光軸Ｚから離れた液晶表示パネル６部分を照射することになる。したがって、光軸Ｚから離れた液晶表示パネル６部分を照射する光Ｌ４を利用して、液晶表示パネル６上の輝度分布をガウス分布とすることが好ましい。
【０１０３】
また、光散乱部５（楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄ）は、全反射によりフレネル反射による光出射面２ｂからの反射光を光束制御部材２の外周方向に反射または散乱させて、液晶表示パネル６に放射する。したがって、光束制御部材２の下に配置される反射シート３などの反射率の影響を受けることが少なくなり、光利用効率を向上させる（発光素子１から放射される光を効率よく液晶表示パネル６に照射する）ことが可能となる。
【０１０４】
以上の構成により、図１５に示した従来の発光装置１００のように集光点Ｐの位置に光散乱部１０５を設けなくとも、発光素子１から出射された光の大部分を、光束制御部材２および光散乱部５によって、光軸Ｚと垂直な方向に近付けるように制御することができる。したがって、図示しない液晶表示パネル上の輝度分布を向上させることができる。
【０１０５】
また、本実施の形態のように複数の光散乱部５を集光点Ｐから光束制御部材２の底面２ｃ側にずれた位置に形成することにより、光軸Ｚ方向における光散乱部５の光軸Ｚ方向における寸法を従来の発光装置よりも小さくすることができる。これにより、光束制御部材２の外径寸法を小さくすることが可能となるが、詳細は後述する。
【０１０６】
尚、光散乱部５として形成された複数の楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄは、集光点Ｐから底面２ｃに広がる光と同程度の大きさになるように光軸Ｚ方向と垂直な方向に並べると、光Ｌ４として光軸Ｚと垂直な方向に効率よく近付けられて出射されることとなるため好ましい。
【０１０７】
また、発光素子１と光束制御部材２との実装時の位置ずれを考慮して、光散乱部５の楔形の凹部の数を増やして光軸Ｚ方向に対する光散乱部５の面積を大きくしておけば、位置ずれによって集光点Ｐの位置がずれた場合においても、均一な輝度分布を得ることが可能となるため更に好ましい。尚、本実施の形態においては、位置ずれを考慮し、４つの楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄを並べているが、楔形の凹部の数は、実装の位置ずれ精度などを考慮して決定すればよい。
【０１０８】
また、本実施の形態においては、集光点Ｐが光束制御部材２の底面２ｃよりも光出射面２ｂ側にある場合について記載している。この場合、集光点Ｐから底面２ｃ側にずれた位置に光散乱部５を設けることによって、光軸Ｚ方向における光散乱部５の光軸Ｚ方向における寸法を従来の発光装置よりも小さくすることができ、光束制御部材２の外径寸法を小さくすることが可能となるため好ましい。
【０１０９】
また、光束制御部材２の形状、および、光束制御部材２を実装するための凸部４の大きさによっては、集光点Ｐを光束制御部材２の底面２ｃよりも基板７側にすることもできる。この場合、底面２ｃは、出射点Ｐ６または出射点Ｐ７と集光点Ｐとの間に位置することとなる。すなわち、出射点Ｐ６、出射点Ｐ７および集光点Ｐによって規定される形成面８は、集光点Ｐと出射点Ｐ６の間であり、かつ、集光点Ｐと出射点Ｐ７との間に位置することとなる。
【０１１０】
この場合についても、集光点Ｐから底面２ｃ方向にずれた位置に光散乱部５として楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄを形成することができるため、光軸Ｚ方向における光散乱部５の光軸Ｚ方向における寸法を、従来の発光装置よりも小さくすることができ、光束制御部材２の外径寸法を小さくすることが可能となるため好ましい。集光点Ｐが光束制御部材２の底面２ｃよりも基板７側にある場合においても、底面２ｃにおける光の広がり具合を考慮して、光散乱部５を形成すればよい。
【０１１１】
このように、発光装置１２が光散乱部５として楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄを備えることによって、輝度ムラを抑制することが可能となる。
【０１１２】
また、光散乱部５の光軸Ｚ方向と垂直な方向における設置位置は、図１１に示すように光出射面２ｂからの光をより多く、光軸Ｚに対し、垂直方向側に近付けることができれば、特に限定されるものではない。光散乱部５が集光点Ｐを含む光軸Ｚと平行な軸上に配置された場合は、光出射面２ｂにおいてフレネル反射された光のより多くを、光軸Ｚに対し垂直な方向に近付くように制御することができるため好ましい。尚、集光点Ｐのおおよその位置としては、底面２ｃの光出射面２ｂ寄りである。
【０１１３】
図１２は、発光装置１０および発光装置１２を用いた場合の液晶表示パネル６上に及ぼされる輝度分布を示すグラフである。同図において、縦軸は液晶表示パネル６上における相対的な輝度を表している。また、横軸は、液晶表示パネル６における位置を示しており、各発光装置における発光素子１の直上を横軸の中心としている。同図中、実線のグラフは、光散乱部５を有する発光装置１２の輝度分布を、一方、破線のグラフは、光散乱部５を有しない発光装置１０の輝度分布を示している。
【０１１４】
同図の実線のグラフと破線のグラフとを比較すると、発光装置１２において、光散乱部５が備えられていることにより、発光装置１０よりも、発光素子１の直上部分の明るさが抑制されていることが分かる。同図の破線で示した発光素子１直上の明るさは、発光素子１直上が明るくなる輝度ムラの原因となるので、このように、発光装置１２に光散乱部５が備えられていることによって、液晶表示パネル６上の輝度ムラをより生じ難くすることができる。
【０１１５】
また、図１３は、光入射面２ａに入射した光が光出射面２ｂに到達する前に光散乱部５に到達する場合における発光装置１２の断面図を示している。
【０１１６】
上述したように、発光装置１２によれば、発光素子１から出射される光は、光散乱部５に到達せずに、光出射面２ｂから出射された場合、光Ｌ１として出射される。このようにして、発光素子１から出射される光の拡散性を向上させることができる。ここで、同図に示すように、発光素子１から出射された光の一部は、光入射面２ａに入射した後に、光散乱部５に到達した後に光出射面２ｂに到達して、光束制御部材２の外部に光Ｌ５として出射される。同図に示されるように、発光素子１から出射された光の一部は、光入射面２ａに入射した後に、光散乱部５によってその方向が変更され、光軸Ｚ方向に対し平行な方向側に変更されることとなる。すなわち、光Ｌ５が生じると、発光素子１からの光の拡散性を向上させる効率が低下することとなる。
【０１１７】
本実施の形態における発光装置１２では、光束制御部材２の底面２ｃに光散乱部５として複数の楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄを形成している。また、楔形の凹部は、上述したように光出射面２ｂによって反射されるフレネル反射成分の集光点Ｐからずれた位置に形成されているため、光散乱部５における光軸Ｚ方向における寸法を小さくすることが可能である。
【０１１８】
これにより、光入射面２ａに入射した光が光出射面２ｂに到達する前に光散乱部５に到達する光の割合を減らすことができるため、光Ｌ５として出射される光の量はごく僅かであり、輝度ムラに与える影響についてもごく僅かとなる。
【０１１９】
特に、上記発光装置１２の光軸Ｚを含む平面において、楔型の凹部５ａ〜凹部５ｄの光軸Ｚとの距離をａ、楔形の光軸Ｚ方向における寸法をｂ（図１１（ｂ）参照）とすると、ｂ／ａ＜ｔａｎ８０°となるように楔形の凹部の寸法をした場合、一般的な発光素子の配光特性であるランバート分布の場合であれば、発光素子１から光入射面２ａに入射した光が光出射面２ｂに到達する前に光散乱部５に到達する光の割合を、発光素子１から出射する光の３％以下にすることができるため、光Ｌ５を殆ど生じさせることが無い。したがって、図１５に示した従来の発光装置１００の光束制御部材１０２に設けた光散乱面１０２ｅが必要なくなるため、光束制御部材１０２の外径寸法を小さくすることが可能となり、そのまま照明装置などに用いることができる。
【０１２０】
尚、ごく僅かではあるが上記のような光Ｌ５の発生を抑制し、発光素子からの光の拡散性をさらに向上させるために、従来例のような光散乱面を用いてもよい。図１４は、光散乱面２ｅを備える発光装置１３の断面図を示している。
【０１２１】
発光装置１３の光束制御部材２は、光出射面２ｂにおいて発光素子１から出射された光が出射される側（外部側）に、光軸Ｚと垂直な面を有する光散乱面２ｅを備え、さらに、光散乱面２ｅの外部側の端部には、底面２ｃに対し垂直な端面２ｆが形成されて、底面２ｃとつながっている。
【０１２２】
同図に示すように、光散乱部５によって、その方向が変更され、光軸Ｚ方向に対し平行な方向側に変更された光Ｌ５は、光散乱面２ｅにおいて光Ｌ６として散乱されることとなる。このため、図１３における光Ｌ５のように、光軸Ｚに対し平行な方向側に移動される光によって発生するリング状の輝線の発生を抑制することができ、発光素子１からの光をさらに効率的に拡散させることができる。具体的には、発光装置１３によって、液晶表示パネルに出射された光が、特定の部分に円状の輝線を発生させる度合いが小さくなる。すなわち、光散乱面２ｅを設けることにより輝度ムラを抑制しやすくすることができるのである。尚、光Ｌ６は、光軸Ｚから離れた液晶表示パネル６部分を照射することになる。したがって、光軸Ｚから離れた液晶表示パネル６部分を照射する光Ｌ６を利用して、液晶表示パネル上の輝度分布をガウス分布とすることが好ましい。
【０１２３】
上述したように本実施の形態における発光装置１３における光散乱部５は、光出射面２ｂによって反射されるフレネル反射成分の集光点Ｐから光束制御部材２の底面２ｃ側にずれた位置に形成されることにより、光散乱部５の光軸Ｚ方向における寸法を小さくしている。
【０１２４】
これにより、光入射面２ａに入射した光が光出射面２ｂに到達する前に光散乱部５に到達する光の割合を減らすことができる。したがって、光Ｌ５の広がりは従来の発光装置に比べて小さいものとなるため、従来よりも、光散乱面２ｅの寸法を小さくすることができ、また、光散乱面２ｅと底面２ｃとの距離を短くすることができる。言い換えれば、光束制御部材２の外径を小さくすることができ、光束制御部材２の外周部（端面２ｆ）を薄くすることが可能となる。
【０１２５】
尚、図１４に示す発光装置１４においては、従来例のように光散乱部５をフレネル反射成分の集光点Ｐに形成した場合と比較して、光散乱面２ｅの寸法を６８％削減することができ、端面２ｆの厚みを４５％削減することが可能であることを解析により確認することができた。
【０１２６】
また、図１１〜図１４に示した本実施の形態における発光装置１２，１３においては、光束制御部材２の下に反射シート３が配置されておらず、光束制御部材２の周辺部にのみ反射シート３が配置されている構成となっているが、反射シート３を光束制御部材２の下部にも配置して設けてもよい。
【０１２７】
しかしながら、図１１〜図１４のような構成では、基板７に発光素子１、光束制御部材２から構成される発光装置１２，１３を実装した後に、発光装置１２，１３の外径寸法に合わせた穴を設けた反射シート３を、発光装置の上方から被せて照明装置を組み立てることができる。そのため、照明装置の組み立てが容易になるため好ましい。
【０１２８】
ここで、光束制御部材２の下に反射シート３が無くとも、基板７と反射シート３との反射率の差による輝度ムラは殆ど起こることがない。発光装置１２，１３においては、上述したようにフレネル反射によって光出射面２ｂで反射された光を、光散乱部５として形成した楔形の凹部５ａ〜凹部５ｄにより光軸Ｚ方向と平行な方向に散乱させて再び光出射面２ｂから出射させている。これにより、光束制御部材２の下面に出射される光は殆どなくなるためである。
【０１２９】
以上の対策を講じても輝点や輝線が発生する場合には、輝度目標とするガウス分布から、輝点や輝線が発生する部分の輝度を、輝点や輝線の発生分を考慮して輝度を下げておき、これを新たな輝度目標としてレンズを設計すればよい。
【０１３０】
また、本実施の形態に係る発光装置を用いて、これを備える照明装置を提供することができる。上記照明装置は、本実施の形態に係る発光装置を備えるため、フレネル反射による反射率を低減させることにより、拡散性が向上された照明装置を提供することができる。照明装置の具体例としては、一般的な照明機器への適用はもちろんのこと、液晶表示装置、バックライト、サインボードなどを挙げることができる。
【０１３１】
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明の照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして利用することができる。本発明の照明装置は、特に、大型の液晶表示装置のバックライトとして好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３３】
１    発光素子
２    光束制御部材
２ａ  光入射面
２ｂ  光出射面
２ｃ  底面
２ｅ  光散乱面
２ｆ  端面
３    反射シート
４    凸部
５    光散乱部
５ａ〜５ｄ  凹部（光散乱部）
６    液晶表示パネル
７    基板
８    形成面
１０〜１３    発光装置
１００    発光装置
１０１    発光素子
１０２    光束制御部材
１０２ａ  光入射面
１０２ｂ  光出射面
１０２ｃ  底面
１０２ｅ  光散乱面
１０２ｆ  端面
１０３    反射シート
１０５    光散乱部
１０６    液晶表示パネル
α１    角度
α２    角度
Δα１  角度
Δα２  角度
Ｒ１    距離
Ｒ２    距離
Ｐ    集光点
Ｐ１    入射点
Ｐ２・Ｐ６・Ｐ７    出射点
Ｚ    光軸（基準光軸）
【図１】
2011023204.tif 000011
【図２】
2011023204.tif 000012
【図３】
2011023204.tif 000013
【図４】
2011023204.tif 000014
【図５】
2011023204.tif 000015
【図６】
2011023204.tif 000016
【図７】
2011023204.tif 000017
【図８】
2011023204.tif 000018
【図９】
2011023204.tif 000019
【図１０】
2011023204.tif 000020
【図１１】
2011023204.tif 000021
【図１２】
2011023204.tif 000022
【図１３】
2011023204.tif 000023
【図１４】
2011023204.tif 000024
【図１５】
2011023204.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月13日(2010.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、発光素子から出射された光を制御する光束制御部材とを備える発光装置において、
上記光束制御部材は、上記発光素子から出射された光が光束制御部材に入射する光入射面と、上記光入射面に入射した光が光束制御部材から出射される光出射面とを有し、
上記光出射面において光束制御部材内に反射された光を散乱させる光散乱部が、上記光入射面と上記光出射面とを結ぶ底面における形成面を少なくとも含む形成領域に形成されており、
上記光散乱部は、基準光軸を含む平面に沿って、楔形である複数の凹部が連続して形成されてなり、
上記形成面は、（１）上記発光素子から出射された光が、上記光入射面から上記光束制御部材に入射して上記光出射面に到達する複数の出射点、および、（２）上記複数の出射点から光束制御部材内へ反射された光が集光する集光点の両方を通る直線群が上記底面と交差する交差点群によって囲まれてなり、
上記集光点は、上記形成領域に含まれず、
上記複数の凹部は、上記形成領域のうち、上記形成面に形成された凹部と、上記形成面以外の領域に形成された凹部とを含むことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上記複数の凹部のうち、互いに隣接する凹部同士の上記基準光軸の方向における寸法は、
基準光軸側の凹部の寸法が、上記基準光軸と反対側の凹部の寸法以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
上記光束制御部材には、上記基準光軸を含む平面において、上記凹部の上記基準光軸との距離をａ、上記凹部の上記基準光軸の方向における寸法をｂとすると、ｂ／ａ＜ｔａｎ８０°であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の発光装置が備える光束制御部材。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。