(57)【要約】【課題】面光源装置及びこれを備えた表示装置の薄型化及び軽量化を図る際に、発光装置の個数を増加させずに被照射面における照明光の輝度を均一化させ、消費電力の増加を抑え、製品価格の高騰を抑えることが可能になる光束制御部材を提供する。【解決手段】光束制御部材４は、発光素子からの光を入射させる光入射部４１と、光入射部３から入射した光のうちで発光素子７の光軸Ａから所定範囲内にある光の出射を制御する光制御出射部４２と、さらにその外側の所定範囲にある光の出射を制御する光制御出射部４３を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からの光を光束制御部材を介して出射するようになっている発光装置において、前記光束制御部材は、前記発光素子からの光を前記発光素子の光軸より外側寄りに入射させる光入射部と、前記光入射部から入射した光のうちで前記発光素子の光軸から所定範囲内にある光の出射を制御する光制御出射部と、さらにそれより外側の所定範囲内にある光の出射を制御する光制御射出部とを備え、前記光出射部は、前記発光素子からの光を前記発光素子の前記光軸より外側寄りに配光させて入射させる第１の光出射面と、さらにその外側の範囲の光を前記光軸より外側寄りに配光させて入射させる第２の光出射面と、を有し、前記光入射面は、前記発光素子側と逆方向に突出した断面形状が略三角形状の突起の表面であり、その突起の頂部が前記発光素子の前記光軸と合致するように形成されており、前記第１の光出射面は、前記光入射面側へ向かって突出し、前記光軸を取り囲むように位置する断面形状が略三角形状の突起の表面であり、前記第２の光出射面は、前記第１の光出射面よりさらに外側に配置され、前記第１の光出射面を取り囲むように位置する断面形状が略三角形状の突起の表面であり、前記光入射面に向かって突出するように形成されており、これら第１、第２の光出射面は、前記光入射面から入射される前記発光素子の光軸より外側寄りに配光された光を、さらに光軸より外側寄りへ配光させるようになっており、前記光束制御部材を光軸を含んで断面として見た場合に、前記光入射面の突出方向と逆方向に突出する略三角形状の突起が連続して形成された、ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光制御出射部は、前記光束制御部材を前記発光素子の前記光軸を含んで断面として見た場合に、三角形状の連続して形成された突起が前記発光素子の前記光軸に対して対称に位置するように形成された、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＬＥＤ等の発光素子を使用した発光装置、この発光装置を使用した面光源装置や表示装置、及び発光素子と共に発光装置を構成する光束制御部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図６に示すように、光源１ａ〜１ｃからの光を導光板２ａ〜２ｃ内に入射させ、その光を導光板２ａ〜２ｃ内を通して出射面３ａ〜３ｃまで導き、出射面３ａ〜３ｃから面状に出射させるようになっている発光装置４ａ〜４ｃが知られている。そして、これらの発光装置４ａ〜４ｃを図示しない反射部材上に複数組み合わせて配置し、これらの発光装置４ａ〜４ｃから出射される面状の光によって拡散板１１を背面側から照明する面光源装置７が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に開示された面光源装置２は、各発光装置４ａ〜４ｃを構成する導光板２ａ〜２ｃの形状がそれぞれ異なり（特許文献１の特に図８、図１３参照）それぞれ別個に製作しなければならないため、製品コストが嵩むという問題があった。また、特許文献１に開示された面光源装置２は、複数種の発光装置４ａ〜４ｃ（特に導光板２ａ〜２ｃ）を直列に組み合わせて構成されており、複数種の発光装置４ａ〜４ｃの組立が困難であるため、生産工数が嵩むという問題を有していた。
【０００４】
また、図７（イ）に示すように、基板８上に複数の配置された光源の発光素子（ＬＥＤ）７から発光された光を、拡散板を通さずに背面側から面状に照射する面光源装置２１０が知られている。なお、この面光源装置２１０と同様の技術が特許文献２に開示されている。
【０００５】
この図７（イ）に示す面光源装置２１０を構成する発光素子７の、基板８から所定間隔Ｌだけ離れた位置に配置された拡散板１１上における出射光特性は、発光素子７の光軸Ａの直上付近の輝度が最大となる急峻な山形形状の輝度分布Ｂ１〜Ｂ３になっている（図７（ロ）参照）。なお、図７（ロ）における輝度比とは、拡散板１１上の最大輝度を１とした場合の相対輝度を示す無次元値である。
【０００６】
このような面光源装置２１０は、複数の発光素子７からの光を重ね合わせて拡散板１１を照明したとしても、発光素子７の真上付近が最も明るくなり、隣り合う発光素子７の中間付近で最も暗くなる傾向があった（図７（ハ）の輝度分布Ｂ参照）。その結果、このような面光源装置２１０は、拡散板上で均一な面状照明とならないという問題を有していた。
【０００７】
また、従来から、図８（イ）に示すような面光源装置２２０が知られている。この面光源装置２２０は、発光素子７一個に光束制御部材（レンズ）２２１を一個被せて発光装置２２２を構成し、光束制御部材２２１で発光素子７からの光の進行方向を光軸Ａから離れる方向へ配光して、拡散板１１に照射するようになっている。なお、このような面光源装置２２０と同様の技術が特許文献３に開示されている。
【０００８】
図８（ロ）に示すように、図８（イ）に示すこの面光源装置２２０は、各発光装置２２２毎の拡散板１１上における照射光の輝度分布Ｂ１〜Ｂ３が、図７（ロ）における各発光素子７毎の照射光の輝度分布Ｂ１〜Ｂ３よりもなだらかな山形形状の輝度分布になっている。その結果、図８（イ）に示す面光源装置２２０は、複数の発光装置２２２からの光を重ね合わせて拡散板１１を照明すると、拡散板１１上における照明光の輝度分布Ｂが均一となる（図８（ハ）参照）。
【０００９】
このような従来技術３に係る面光源装置２２０は、複数の発光装置２２２を共通化することができるため、従来技術１の問題点を解消できる。また、このような従来技術３に係る面光源装置２２０は、複数の発光装置２２２からの光を重ね合わせることによって均一な面状照明とできることから、従来技術２の問題点をも解消できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３１２９１６号公報
【特許文献２】特開２００９−５４５６３号公報
【特許文献３】特開２００９−１５２１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、従来技術３に係る面光源装置２２０は、隣り合う発光装置２２２からの光を重ね合わせて拡散板１１に照射し、輝度が均一な面状照明となるよう、各発光装置２２２間の距離（ピッチＰ）、及び、基板８から拡散板１１までの距離Ｌが決定されている（図８（イ）参照）。
【００１２】
したがって、従来技術３に係る面光源装置２２０は、図９（イ）に示すように、薄型化や軽量化を目的として基板８から拡散板１１までの距離を短くすると、複数の発光装置２２２から出射した光を拡散板１１において十分に重ね合わせることができない。その結果、図９（ハ）に示すように、発光素子７の拡散板１１上における照明光の輝度は、発光素子７の直上付近において高くなるのに対して、隣り合う発光素子７の中間付近で低くなり、拡散板１１上における照明光の輝度分布Ｂが十分均一とならない。
【００１３】
このような問題を解決するためには、発光装置２２２の単位面積当たりの配置個数を増加させ、各発光装置２２２間のピッチＰを小さくすることで、隣り合う発光装置２２２からの光を拡散板１１上で十分に重ね合わせ、輝度を均一化した面状照明とすることが考えられる。
【００１４】
しかしながら、このような場合、発光装置２２２の個数が増加することで製品価格が高騰したり、消費電力が増加するといった問題を生じる。
【００１５】
そこで、本発明は、面光源装置及びこれを備えた表示装置の薄型化や軽量化を図る際に、発光装置の個数を増加させることなく拡散板上における照明光の輝度均一化を実現することで、製品価格の高騰、及び、消費電力の増加を抑えることが可能になる光束制御部材を提供することを目的とする。また、本発明は、このような光束制御部材を備えた発光装置、この発光装置を備えた面光源装置、及びこの面光源装置を備えた表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１の発明は、発光素子７からの光を光束制御部材４を介して出射するようになっている発光装置３に関するものである（図２参照）。この発明において、前記光束制御部材４は、前記発光素子７からの光を入射させる光入射部４１と、前記光入射部４１から入射した光のうちで前記発光素子７の光軸Ａから所定範囲内にある光の出射を制御する第１の光制御出射部４２と、さらにそれより外側の所定範囲内にある光の出射を制御する第２の光制御射出部４３を備えている。この光束制御部材４の前記光入射部４１は、前記発光素子７からの所定範囲の光を前記発光素子７の光軸Ａの外側寄りに配光させて入射させる光入射面４１ａと、さらにそれより外側の所定範囲の光を前記発光素子７の光軸Ａの外側寄りに配光させて入射させる光入射面４１ｂと、を有している。前記光入射面４１ａ及び４１ｂは、前記発光素子７側の逆方向へ向かって突出する断面形状が略三角形状の突起の表面であり、その突起の頂部４１ｃが前記発光素子７の前記光軸Ｌと合致するように形成されている。前記第１の光出射部４２は、前記光入射部４１ａからの光を前記発光素子７の光軸Ａの外側寄りに配光させて出射させる光出射面４２ａ及び４２ｂを有している。前記光出射面４２ａ及び４２ｂは、前記発光素子７側へ向かって突出する断面形状が略三角形状の突起の表面であり、その突起の頂部４２ｃが前記発光素子７の前記光軸Ａを取り囲むように形成されている。前記第２の光出射部４３は、前記光出射部４２よりもさらに光軸Ａの外側寄りに配置され、前記光入射部４１ｂからの光を前記発光素子７の光軸Ａの外側寄りに配光させて出射させる光出射面４３ａ及び４３ｂを有している。前記光出射面４３ａ及び４３ｂは、前記発光素子７側へ向かって突出する断面形状が略三角形状の突起の表面であり、その突起の頂部４３ｃが前記光出射部４２を取り囲むように形成されている。前記光束制御部材４を前記発光素子７の前記光軸Ａを含む仮想平面で切断して見た場合において、前記光入射面４１の突出方向と逆方向に突出する断面形状が略三角形状の突起４２，４３を連続して形作るように形成されている。
【００１７】
請求項２の発明は請求項１の発明に係る発光装置３の光制御出射部４２及び４３に特徴を有するものである（図２参照）。前記光制御出射部４２及び４３は、前記光束制御部材４を前記発光素子７の前記光軸Ａを含む平面で切断して見た場合において、断面形状が略三角形状の突起４２ｃ及び４３ｃが前記発光素子７の前記光軸Ａに対して対称に位置するように連続して形成されている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、発光素子からの光を、光束制御部材の光入射部と、連続した光制御出射部の機能によって発光素子の光軸から離れた方向に広範囲に拡げて出射させることができるため、面光源装置及びこれを備えた表示装置の薄型化及び軽量化を図る際に、発光装置の個数を増加させずに光制御部材上における照明光の輝度を均一化させることができると共に、消費電力の増加を抑えることができ、製品価格の高騰を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る拡散板を取り外して示した表示装置の平面図（面光源装置の平面図）。
【図２】本発明の実施形態に係る図１のＣ１−Ｃ１線に沿って切断して示した表示装置の断面図。
【図３】発光素子を複数個取り付けた状態を示した基板の平面図。
【図４】本発明の実施形態に係る図４（イ）が光束制御部材の平面図、図４（ロ）が図４（イ）のＣ１−Ｃ１線に沿って切断して示した光束制御部材の断面図、図４（ハ）が光束制御部材の裏面図
【図５】図５（イ）は図２に示した表示装置の一部を省略して模式的に示した断面図、図５（ロ）は単独の発光装置の光によって照明された拡散板上の輝度分布を示した図、図５（ハ）は複数個の発光装置の光が拡散板上で重なり合った状態の輝度分布を示した図。
【図６】従来技術１の面光源装置を示した図。
【図７】図７（イ）は従来技術２に係る表示装置を模式的に示した断面図、図７（ロ）は単独の発光素子の光によって照明された拡散板上の輝度分布を示した図、図７（ハ）は複数個の発光素子の光が拡散板上で重なり合った状態の輝度分布を示した図。
【図８】図８（イ）は従来技術３に係る表示装置を模式的に示した断面図、図８（ロ）は単独の発光素子の光によって照明された拡散板上の輝度分布を示した図、図８（ハ）は複数個の発光素子の光が拡散板上で重なり合った状態の輝度分布を示した図。
【図９】図９（イ）は従来技術３に係る表示装置の拡散板と基板との距離をＬ／２にした場合を模式的に示した断面図、図９（ロ）は単独の発光素子の光によって照明された拡散板上の輝度分布を示した図、図９（ハ）は複数個の発光素子の光が拡散板上で重なり合った状態の輝度分布を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００２１】
（発光装置、面光源装置及び表示装置）
図１乃至図２は、本実施形態に係る表示装置１と、これを構成する面光源装置２を示すものである。なお、図１は、拡散板を取り外して示す表示装置１の平面図（面光源装置２の平面図）である。図２は、図１のＣ１−Ｃ１線に沿って切断して示した表示装置１の断面図である。また、発光素子７とは、ＬＥＤ及び封止部材によって封止されたＬＥＤを含む。
【００２２】
これらの図に示すように、本実施形態の表示装置１は、所定の間隔で配置された基板８と、この基板８上にほぼ等間隔に複数配置された発光装置３と、拡散板１１と、を備えている。なお、本実施形態においては、基板８の上に反射シート８１が重ねて配置されており、発光装置３から漏出した光を反射シート８１で反射し、光の利用効率を高めている。また、基板８の表面が反射機能を有する場合には、反射シート８１は省略されてもよい。
【００２３】
また、本実施形態において、発光装置３は、発光素子７と、光束制御部材４とで構成されている。
【００２４】
また、本実施形態において、基板８，発光装置３は、拡散板１１を面状に照明する面光源装置２を構成している。
【００２５】
また、本実施形態において、面光源装置２と拡散板１１とによって表示装置１が構成されている。
【００２６】
そして、本実施形態における拡散板１１は、発光装置３からの光を拡散透過する機能を有している。
【００２７】
なお、図１に示すように、発光素子７は、基板８に等間隔で複数個固定されているが、これに限られず、基板８上に部分的に密又は租に配置し、照明光の輝度を変化させるようにしてもよい。
【００２８】
（光束制御部材）
図４は、本実施形態に係る表示装置１を構成する光束制御部材４を示す図である。なお、図４（イ）が光束制御部材４の平面図であり、図４（ロ）が光束制御部材４の平面図であり、図４（ハ）が光束制御部材４の裏図である。
【００２９】
図４に示すように、光束制御部材４は、全体形状が円板形状であり、例えば、ＰＭＭＡ等の透明樹脂材料や透明なガラスで形成される。
【００３０】
この光束制御部材は、図１及び図２に示すように、発光素子７と一対一で対応するように配置され、使用される。
【００３１】
そして、図２に示すように、この光束制御部材４は、発光素子７からの光を入射させる光入射部４１と、この光入射部４１から入射した光のうちで発光素子７の光軸Ａから所定範囲内にある光の出射を制御する光制御出射部４２と、それよりさらに外側の所定範囲内にある光の出射を制御する光制御出射部４３と、を備えている。
【００３２】
この光束制御部材４の光入射部４１は、光束制御部材４の下面側に形成されおり、発光素子７からの光を光束制御部材４の内部に入射させるようになっている。この光入射部４１は、光束制御部材４の中心軸Ａを中心とするように形成されており、光入射面４１ａと、４１ｂからなっている。なお、光入射部４１の開口端の直径は、発光素子７の直径よりも大きい。そして、発光素子７の発光面は光入射部４１の内部に位置している。
【００３３】
光入射面４１ａ及び４１ｂは、発光素子７側の逆方向へ向かって突出する断面形状が略三角形状の突起の表面であり、その突起の頂部４１ｃが光束制御部材４の中心軸Ａ上に位置するように形成されており、発光素子７からの光を発光素子７の光軸Ａの外側寄りに配光させて入射させることができるようになっている。なお、この光入射面４１ａから光束制御部材４の内部に入射した発光素子７からの光が、光制御出射部４２によって出射制御される光軸Ａから所定範囲内の光となる。
【００３４】
光入射面４１ｂは、光入射面４１ａよりも光軸に対して外側に位置し、光入射面４１ａによって入射される光よりも外側の所定範囲の光を光軸Ａの外側寄りに偏向させて入射させることができるようになっている。なお、この光入射面４１ｂから光束制御部材４の内部に入射した発光素子７からの光が、光制御出射部４３によって出射制御される光軸Ａから所定範囲内の光となる。
【００３５】
光制御部材４の光出射部４２は、光束制御部材４の上面側に形成されおり、光入射面４１ａからの光を光束制御部材４の外部に出射させるようになっている。この光出射部４２は、光束制御部材４の中心軸Ａを中心とするように形成されており、光出射面４２ａと、４２ｂからなっている。光入射面４１ａによって光軸Ａより外側よりに配光された光が、この光出射部４２によってさらに外側に配光される。
【００３６】
光制御部材４の光出射部４３は、光束制御部材４の上面側に形成されおり、光入射面４１ｂからの光を光束制御部材４の外部に出射させるようになっている。この光出射部４３は、光出射部４２を取り囲むように形成されており、光入射面４３ａと、４３ｂからなっている。光入射面４１ｂによって光軸Ａより外側よりに配光された光が、この光出射部４３によってさらに外側に配光される。
【００３７】
このような光束制御部材４の各面による外側への配光によって、発光素子７からの多くは光軸Ａを中心として拡開するように斜め上方へ向かって配光される。
【００３８】
光束制御部材４を構成する各面は発光素子７の高光度の０次光線を拡散、制御できるように設計されている。したがって、光軸Ａから離れた位置から発光された低光度の一部の光は発光素子７の光軸Ａの近傍領域からも出射する。
【００３９】
なお、光束制御部材４は、発光素子を挟む形で４９のような脚と共に基板８上に固定（例えば接着）される。
【００４０】
（本実施形態の効果）
以上のように構成された面光源装置２における、光束制御部材４の光入射部４１，光制御出射部４２及び４３の配光制御によって拡散された光は、図５に示すような、広範囲な輝度分布となり、図９に示した従来例に比べ、光軸Ａから離れた位置の輝度が高く、光軸Ａから離れた位置での輝度の低下も緩やかである。
また、本実施形態の面光源装置２は、図５（イ）に示すように、基板８と拡散板１１との間隔がＬ／２であり、且つ、各発光装置間のピッチがＰであって、図９（イ）に示した従来例の面光源装置２２０と同様であるにもかかわらず、各発光装置３から出射した光は拡散板１１上において輝度がほぼ均一の面状の照明光となる（図５（ハ）参照）。なお、図５（ロ）において、Ｂ１〜Ｂ３の曲線は、個々の発光装置３からの光が拡散板１１に照射された場合の拡散板１１上の輝度分布（発光装置３の個別の輝度分布）を示すものであり、同一の形状になっている。また、図５（ハ）において、Ｂで示す線は、複数の発光装置５からの光（例えば、Ｂ１〜Ｂ３）の拡散板１１上の輝度分布を示すもの
であり、ほぼ一定の輝度分布になっている。また、図５（ロ），（ハ）において、輝度比
とは、図７に示した従来例における発光素子７の直上の拡散板１１から出射された光の
最高輝度（測定した輝度のうちで最も高い輝度）を１とした場合の相対輝度をいう。また
、図７に示す従来の面光源装置２１０及び図８乃至図９に示した従来の面光源装置２２０において、本実施形態の面光源装置２と同一構成部分には、本実施形態の面光源装置２と同一の符号を付して表してある。
【００４１】
したがって、本実施形態に係る面光源装置２を使用した表示装置１は、薄型化及び軽量
化をしても、光制御部材４から出射して拡散板１１に照射される面状の光の輝度が均一化し、画像表示品質が向上する。
【００４２】
これに対し、図９（ａ）に示した従来例の面光源装置２２０は、各発光装置２２２か
ら出射した光は光軸Ａの直上近傍の拡散板１１上における照明光の輝度が高くなり、各発光装置２２２間の拡散板１１上における照明光の輝度が低くなるため、照明光の輝度分布が不均一になる（図９（ｃ）参照）。
【００４３】
その結果、本実施形態に係る面光源装置２を使用した表示装置１は、薄型化及び軽量化を図る際に、発光装置３の個数を増加させずに拡散板１１上における照明光の輝度を均一化させ、消費電力の増加を抑え、製品価格の高騰を抑えることができる。
【００４４】
（変形例）
施形態の連続する三角形状の突出部（光出射部）は２箇所に設けられているが、これに限らず、さらに多数の突出部が光軸を中心に連続して形成されても良く、また、突出部の先端はアールが付いた形状でも良い。また、その突出部を構成する面は、直線状に限らず曲線状であっても良い。また、光入射面は二つ設けられているが、これに限らず、さらに多数の面を持った形状でも良く、また、その面も、直線状に限らず、曲線状であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る発光装置３は、電球の代わりの室内灯等として単独で使用することが可能
である。また、本発明に係る発光装置３は、液晶表示装置や広告板等を背面側から面状に
照明する面光源装置の光源等として広く使用することが可能である。また、本発明に係る
発光装置３は、広告板等を表面側から照明する照明装置として使用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１……表示装置、２……面光源装置、３……発光装置、４……光制御部材、４１……光制御入射部、  ４１ａ……光制御入射面、  ４１ｂ……光制御入射面、  ４１ｃ……光制御入射部の頂部、４２……第一の光制御出射部、  ４２ａ……光制御出射面、  ４２ｂ……光制御出射面、  ４２ｃ……第一の光制御出射部の頂部、４３……第二の光制御出射部、  ４３ａ……光制御出射面、  ４３ｂ……光制御出射面、  ７……発光素子（例えばＬＥＤ）、８…基板、  ８１……反射シート、  １１……拡散板
【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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