WO2014033985A1 - 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 - Google Patents

光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置 Download PDF

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    • G02F1/133607—Direct backlight including a specially adapted diffusing, scattering or light controlling members the light controlling member including light directing or refracting elements, e.g. prisms or lenses

Definitions

  • the present invention relates to a light flux controlling member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element.
  • the present invention also relates to a light emitting device having the light flux controlling member, a surface light source device having the light emitting device, and a display device having the surface light source device.
  • a direct type surface light source device may be used as a backlight.
  • direct type surface light source devices having a plurality of light emitting elements as light sources have come to be used.
  • a direct-type surface light source device has a substrate, a plurality of light emitting elements, a plurality of light flux control members (lenses), and a light diffusion member.
  • the plurality of light emitting elements are arranged in a matrix on the substrate.
  • a light flux controlling member that spreads light emitted from each light emitting element in the surface direction of the substrate is disposed on each light emitting element.
  • the light emitted from the light flux controlling member is diffused by the light diffusing member and illuminates the irradiated member (for example, a liquid crystal panel) in a planar shape.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional light flux controlling member.
  • 1A is a perspective view seen from the back side
  • FIG. 1B is a cross-sectional perspective view seen from the back side
  • FIG. 1C is a cross-sectional view.
  • legs provided on the back side are omitted.
  • the conventional light flux controlling member 20 has an incident surface 22 on which light emitted from the light emitting element is incident, and an emission surface 24 that emits light incident on the incident surface 22 to the outside.
  • the incident surface 22 is a concave surface with respect to the light emitting element, and is formed to face the light emitting surface of the light emitting element.
  • FIG. 2 is an optical path diagram of the light flux controlling member 20.
  • 2A is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 30 °
  • FIG. 2B is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 40 °
  • FIG. 2C is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 50 °.
  • the “emission angle” means an angle of light rays ( ⁇ in FIG. 2A) with respect to the optical axis LA of the light emitting element 10.
  • the legs provided on the back side are omitted.
  • the light emitted from the light emitting element 10 enters the light flux controlling member 20 from the incident surface 22.
  • the light incident on the light flux controlling member 20 reaches the emission surface 24 and is emitted to the outside from the emission surface 24 (solid arrow).
  • the traveling direction of the light is controlled.
  • part of the light reaching the emission surface 24 is reflected by the emission surface 24 (Fresnel reflection) and reaches the back surface 26 facing the substrate on which the light emitting element 10 is mounted (dashed arrow).
  • the light that has reached the back surface 26 is reflected by the back surface 26, the light that goes directly above the light flux controlling member 20 becomes excessive, resulting in luminance unevenness.
  • the light reaching the back surface 26 is emitted from the back surface 26, the light is absorbed by the substrate, so that the loss of light is large.
  • Patent Document 1 proposes a light flux controlling member that can solve such a problem.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the light flux controlling member described in Patent Document 1.
  • 3A is a perspective view seen from the back side
  • FIG. 3B is a cross-sectional perspective view seen from the back side
  • FIG. 3C is a cross-sectional view.
  • legs provided on the back side are omitted.
  • an annular inclined surface 32 is formed on the back surface 26.
  • the inclined surface 32 is rotationally symmetric (circularly symmetric) with respect to the central axis CA of the light flux controlling member 30 and is inclined at a predetermined angle (for example, 45 °) with respect to the central axis CA.
  • FIG. 4 is an optical path diagram of the light flux controlling member 30.
  • 4A is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 30 °
  • FIG. 4B is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 40 °
  • FIG. 4C is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 50 °.
  • the legs provided on the back side are omitted.
  • the light reflected by the emission surface 24 reaches the inclined surface 32. A part of the light reaching the inclined surface 32 is reflected by the inclined surface 32 and becomes light directed in the lateral direction (see FIGS. 4A and 4B).
  • the light emitting device having the light flux controlling member 30 described in Patent Document 1 can irradiate light more efficiently and uniformly than the light emitting device having the conventional light flux controlling member 20.
  • An object of the present invention is a light flux controlling member that controls light distribution of light emitted from a light emitting element, and can more efficiently use light reflected on an emission surface while suppressing occurrence of uneven brightness. It is to provide a light flux controlling member.
  • Another object of the present invention is to provide a light emitting device having the light flux controlling member, a surface light source device having the light emitting device, and a display device having the surface light source device.
  • the light flux controlling member of the present invention is a light flux controlling member that controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element, and is incident on the light emitted from the light emitting element formed on the back side so as to intersect the central axis.
  • An incident surface that is formed on the front side so as to intersect the central axis, an emission surface that emits light incident from the incident surface to the outside, and a substantially triangular cross section formed on the back side so as to surround the central axis
  • a plurality of ridges in shape, and each of the plurality of ridges is a first reflection surface, a second reflection surface, and a ridge line that is an intersection of the first reflection surface and the second reflection surface.
  • the plurality of ridges are arranged so as to be rotationally symmetric with respect to the central axis, and a virtual straight line including the ridge line is located on the front side of the ridge line with the central axis. Intersect.
  • the light-emitting device of the present invention includes a light-emitting element and the light flux controlling member of the present invention, and the light flux controlling member is arranged so that the central axis coincides with the optical axis of the light emitting element.
  • the surface light source device of the present invention includes the light emitting device of the present invention and a light diffusing member that diffuses and transmits light from the light emitting device.
  • the display device of the present invention includes the surface light source device of the present invention and a display member that is irradiated with light emitted from the surface light source device.
  • the light emitting device having the light flux controlling member of the present invention can irradiate light more efficiently and uniformly than the light emitting device having the conventional light flux controlling member. Therefore, the surface light source device and the display device of the present invention have higher light utilization efficiency and less luminance unevenness than conventional devices.
  • FIG. 1A to 1C are diagrams showing a configuration of a conventional light flux controlling member.
  • 2A to 2C are optical path diagrams of the light flux controlling member shown in FIG. 3A to 3C are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member described in Patent Document 1.
  • FIG. 4A to 4C are optical path diagrams of the light flux controlling member shown in FIG. 5A and 5B are diagrams showing the configuration of the surface light source device according to Embodiment 1.
  • FIG. 6A and 6B are cross-sectional views showing the configuration of the surface light source device according to Embodiment 1.
  • 8A and 8B are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member according to the first embodiment.
  • FIG. 9A to 9D are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member according to the first embodiment. It is sectional drawing of the light beam control member which concerns on Embodiment 1 for demonstrating the direction of a ridgeline.
  • 11A to 11C are optical path diagrams of the light flux controlling member according to the first embodiment. It is a graph which shows the illumination intensity distribution in the board
  • 15A and 15B are bottom views showing a modification of the light flux controlling member according to Embodiment 1.
  • 16A and 16B are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member according to the second embodiment.
  • 17A to 17D are diagrams showing the configuration of the light flux controlling member according to the second embodiment.
  • 18A and 18B are diagrams showing a modification of the light flux controlling member according to the second embodiment.
  • 19A and 19B are diagrams showing a modification of the light flux controlling member according to the second embodiment.
  • 6 is a cross-sectional view of a light flux controlling member according to Embodiment 3.
  • a surface light source device suitable for a backlight of a liquid crystal display device will be described as a representative example of the surface light source device of the present invention.
  • These surface light source devices can be used as a display device by combining with an irradiated member (for example, a liquid crystal panel) irradiated with light from the surface light source device.
  • FIG. 5A is a plan view
  • FIG. 5B is a front view
  • 6A is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. 5B
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 5A
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view in which a part of FIG. 6B is enlarged.
  • the surface light source device 100 includes a housing 110, a plurality of light emitting devices 200, and a light diffusing member 120.
  • the plurality of light emitting devices 200 are arranged in a matrix on the bottom plate 112 of the housing 110.
  • the inner surface of the bottom plate 112 functions as a diffuse reflection surface.
  • the top plate 114 of the housing 110 is provided with an opening.
  • the light diffusing member 120 is disposed so as to close the opening, and functions as a light emitting surface.
  • size of a light emitting surface is not specifically limited, For example, it is about 400 mm x about 700 mm.
  • the plurality of light emitting devices 200 are each fixed on a substrate 210.
  • Each of the plurality of substrates 210 is fixed at a predetermined position on the bottom plate 112 of the housing 110.
  • Each of the plurality of light emitting devices 200 includes a light emitting element 220 and a light flux controlling member 300.
  • the light emitting element 220 is a light source of the surface light source device 100 and is mounted on the substrate 210.
  • the light emitting element 220 is a light emitting diode (LED) such as a white light emitting diode.
  • the light flux controlling member 300 is a diffusing lens that controls the light distribution of the light emitted from the light emitting element 220, and is fixed on the substrate 210.
  • the light flux controlling member 300 is disposed on the light emitting element 220 so that the central axis CA coincides with the optical axis LA of the light emitting element 220 (see FIG. 10).
  • an entrance surface 320 and an exit surface 330 of the light flux controlling member 300 described later are both rotationally symmetric (circularly symmetric), and their rotational axes coincide.
  • the rotation axes of the entrance surface 320 and the exit surface 330 are referred to as “center axis CA of the light flux controlling member”.
  • the “optical axis LA of the light emitting element” means a light beam at the center of a three-dimensional outgoing light beam from the light emitting element 220.
  • a gap is formed between the substrate 210 on which the light emitting element 220 is mounted and the back surface 340 of the light flux controlling member 300 to release heat generated from the light emitting element 220 to the outside.
  • the light flux controlling member 300 is formed by integral molding.
  • the material of the light flux controlling member 300 is not particularly limited as long as it is a material that can transmit light having a desired wavelength.
  • the material of the light flux controlling member 300 is a light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), epoxy resin (EP), or glass.
  • the surface light source device 100 has a main feature in the configuration of the light flux controlling member 300. Therefore, the light flux controlling member 300 will be described in detail separately.
  • the light diffusing member 120 is a plate-like member having light diffusibility, and transmits the light emitted from the light emitting device 200 while diffusing it.
  • the light diffusing member 120 is approximately the same size as an irradiated member such as a liquid crystal panel.
  • the light diffusing member 120 is made of a light transmissive resin such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), styrene / methyl methacrylate copolymer resin (MS).
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PC polycarbonate
  • PS polystyrene
  • MS styrene / methyl methacrylate copolymer resin
  • fine irregularities are formed on the surface of the light diffusion member 120, or light diffusers such as beads are dispersed inside the light diffusion member 120.
  • the light emitted from each light emitting element 220 is spread by the light flux controlling member 300 so as to illuminate a wide area of the light diffusing member 120.
  • the light emitted from each light flux controlling member 300 is further diffused by the light diffusing member 120.
  • the surface light source device 100 according to the present embodiment can uniformly illuminate a planar irradiated member (for example, a liquid crystal panel).
  • FIG. 8A is a perspective view seen from the back side
  • FIG. 8B is a cross-sectional perspective view seen from the back side
  • 9A is a plan view
  • FIG. 9B is a front view
  • FIG. 9C is a bottom view
  • FIG. 9D is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 9A. 8A and 8B, the leg portion 370 provided on the back side is omitted.
  • the light flux controlling member 300 has a recess 310, an entrance surface 320, an exit surface 330, a back surface 340, a reflection portion 350, a flange portion 360, and a plurality of legs 370.
  • the concave portion 310 is formed in the central portion on the back side (light emitting element 220 side) of the light flux controlling member 300.
  • the inner surface of the recess 310 functions as the incident surface 320.
  • the incident surface 320 makes most of the light emitted from the light emitting element 220 enter the light flux controlling member 300 while controlling the traveling direction thereof.
  • the incident surface 320 intersects with the central axis CA of the light flux controlling member 300 and is rotationally symmetric (circular symmetric) about the central axis CA.
  • the emission surface 330 is formed on the front side (light diffusion member 120 side) of the light flux controlling member 300 so as to protrude from the flange portion 360.
  • the exit surface 330 emits the light incident in the light flux controlling member 300 to the outside while controlling the traveling direction.
  • the exit surface 330 intersects the central axis CA and is rotationally symmetric (circular symmetric) about the central axis CA.
  • the emission surface 330 includes a first emission surface 330a located in a predetermined range centered on the central axis CA, a second emission surface 330b formed continuously around the first emission surface 330a, and a second emission surface 330b. And a third emission surface 330c that connects the flange portion 360 (see FIG. 9D).
  • the first emission surface 330a is a smooth curved surface convex on the back side (light emitting element 220 side).
  • the shape of the 1st output surface 330a is a concave shape which cut off a part of spherical surface.
  • the second emission surface 330b is a smooth curved surface convex around the front side (light diffusion member 120 side), which is located around the first emission surface 330a.
  • the shape of the second emission surface 330b is an annular convex shape.
  • the third emission surface 330c is a curved surface located around the second emission surface 330b. In the cross section shown in FIG. 9D, the cross section of the third exit surface 330c may be linear or curved.
  • the back surface 340 is a flat surface that is located on the back side and extends in the radial direction from the opening edge of the recess 310.
  • the back surface 340 causes the light that has not entered the incident surface 320 out of the light emitted from the light emitting element 220 to enter the light flux controlling member 300.
  • the reflection portion 350 is arranged in an annular shape so as to surround the opening of the recess 310 on the back side (light emitting element 220 side) of the light flux controlling member 300.
  • a plurality of ridges 352 are formed on the reflecting portion 350.
  • Each of the plurality of ridges 352 has a substantially triangular cross section perpendicular to a ridge line 352c, which will be described later, and is rotationally symmetric with respect to the central axis CA (n-fold symmetry when the number of ridges 352 is n). Is formed.
  • Each ridge 352 has a planar first reflecting surface 352a, a planar second reflecting surface 352b, and a ridge line 352c that is an intersection of the first reflecting surface 352a and the second reflecting surface 352b. It functions like a total reflection prism. As shown in FIG. 10, the virtual straight line including the ridge line 352c intersects the central axis CA at a position on the front side (light diffusion member 120 side) with respect to the ridge line 352c. That is, each protrusion 352 is at a predetermined angle (for example, 45 °) with respect to the central axis CA so that the front side (light diffusion member 120 side) is closer to the central axis CA than the back side (light emitting element 220 side). Tilted.
  • a predetermined angle for example, 45 °
  • the reflection part 350 will be described again from another viewpoint.
  • An annular groove centered on the central axis CA is formed on the back surface 340.
  • the cross-sectional shape of the annular groove in the cross section including the central axis CA is substantially V-shaped. Of the two surfaces forming the V shape, the inner surface is substantially parallel to the optical axis LA of the light emitting element 220, while the outer surface is a predetermined angle (for example, with respect to the optical axis LA of the light emitting element 220). 45 °).
  • a plurality of ridges 352 total reflection prisms are formed on the outer inclined surface.
  • the reflection unit 350 reflects the light that is reflected by the emission surface 330 and travels toward the back surface 340 in the lateral direction (radially outward with respect to the central axis CA). At this time, the light that reaches the reflecting portion 350 is sequentially reflected by the two surfaces (the first reflecting surface 352a and the second reflecting surface 352b) of any one of the ridges 352, and becomes light directed in the lateral direction.
  • the light reflected by the reflecting part 350 is emitted from the flange part 360, for example.
  • the position of the reflecting portion 350 is not particularly limited, it is preferable that a plurality of ridges 352 be formed in a region where a lot of light reflected by the emission surface 330 reaches.
  • the arrival position of the light reflected by the exit surface 330 varies depending on various factors such as the shape of the exit surface 330, the light flux controlling member 300 according to the present embodiment shown in FIG. Most of the light reflected by the Fresnel at the emission surface 330 reaches a predetermined annular region within the back surface 340 (see FIG. 11).
  • the highest illuminance value is in the region of 5 to 6 mm from the central axis CA. Is obtained (see FIG. 12). This region is presumed to be a position where light incident from the incident surface 22 and Fresnel-reflected at the exit surface 24 is concentrated and easily reached. Therefore, in this light flux controlling member 20, it is preferable to form a plurality of ridges 352 at least in the region of 5 to 6 mm from the central axis CA.
  • the collar portion 360 is located between the outer peripheral portion of the emission surface 330 and the outer peripheral portion of the back surface 340 and protrudes outward in the radial direction.
  • the shape of the collar portion 360 is substantially annular.
  • the collar portion 360 is not an essential component, the provision and provision of the collar portion 360 facilitates handling and alignment of the light flux controlling member 300.
  • the thickness of the collar portion 360 is not particularly limited, and is determined in consideration of the required area of the emission surface 330, the formability of the collar portion 360, and the like.
  • the plurality of leg portions 370 are substantially columnar members protruding from the back surface 340.
  • the plurality of legs 370 support the light flux controlling member 300 at an appropriate position with respect to the light emitting element 220.
  • FIG. 11 is an optical path diagram of the light flux controlling member 300.
  • 11A is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 30 °
  • FIG. 11B is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 40 °
  • FIG. 11C is an optical path diagram of a light beam having an exit angle of 50 °.
  • the leg portion 370 is omitted.
  • the light flux controlling member 300 the light reflected by the emission surface 330 reaches the reflecting portion 350. And the light which reached
  • convex ridges 352 total reflection prisms are provided on the inclined surface, so that the Fresnel reflected light at the exit surface 330 of the light having a large exit angle is also reflected in the lateral direction. (See FIG. 11D). Therefore, in the light flux controlling member 300 according to the present embodiment, the light reflected by more of the exit surfaces 330 becomes light directed in the lateral direction, so that the light reflected by the exit surfaces 330 is reflected by the substrate 210, Loss of light absorbed by the substrate 210 can be suppressed.
  • the illuminance distribution on the surface of the substrate 210 when the light emitting element 220 and the light flux controlling member 300 (20, 30) are arranged on the substrate 210 as shown in FIG. 7 was examined.
  • the light reaching the surface of the substrate 210 was set to be absorbed without being reflected.
  • the three light flux control members 300, 20, and 30 used in the simulation differ only in whether they have the inclined surface 32 or the reflection part 350 on the back side.
  • the parameters of the light flux controlling members 300, 20, and 30 were set as follows.
  • FIG. 12 is a graph showing the illuminance distribution on the substrate surface directly under the light flux controlling member.
  • the horizontal axis indicates the distance (mm) from the central axis of the light flux controlling member on a straight line passing through the central axis of the light flux controlling member.
  • the vertical axis represents the illuminance (lx) at each point.
  • the result of the light flux controlling member 20 having no inclined surface is indicated by a thin broken line
  • the result of the light flux controlling member 30 having no inclined surface but having an inclined surface is indicated by a thin solid line
  • the light flux controlling member having a plurality of convex stripes is indicated by a thick solid line.
  • the light flux control member 30 (see FIG. 3) having the inclined surface has lower illuminance in the region immediately below than the light flux control member 20 (see FIG. 1) not having the inclined surface.
  • light flux controlling member 300 (see FIGS. 8 and 9) having a plurality of ridges is a region immediately below light flux controlling member 30 (see FIG. 3) having an inclined surface (not having a plurality of ridges). The illuminance was even lower.
  • FIG. 13 is a graph showing the average illuminance (lx) in the region immediately below the light flux controlling member (circular region having a diameter of 19 mm).
  • the light beam control member 20 having no inclined surface is “A”
  • the light beam control member 30 having no inclined surface but having an inclined surface is “B”
  • the light beam control member 300 having a plurality of convex surfaces is “C”. Shown on the horizontal axis.
  • the light flux controlling member 300 (see FIGS. 8 and 9) having a plurality of ridges has the light flux controlling member 20 (see FIG. 1) that does not have an inclined surface and the inclined surfaces (multiple convexes). It can be seen that the illuminance in the region immediately below is lower than that of the light flux controlling member 30 (which has no stripes) (see FIG. 3).
  • FIG. 14 is a graph showing an incident light beam (lm) in a region immediately below the light beam control member (a circular region having a diameter of 19 mm). Also in this graph, the light flux controlling member 20 having no inclined surface is “A”, the light flux controlling member 30 having no inclined surface but having an inclined surface is “B”, and the light flux controlling member 300 having a plurality of protruding surfaces is provided. Shown on the horizontal axis as “C”. The amount of emitted light from the light emitting element is 1 lm. Also from this graph, the light flux controlling member 300 (see FIGS. 8 and 9) having a plurality of ridges has the light flux controlling member 20 (see FIG. 1) that does not have an inclined surface and the inclined surfaces (multiple convexes). It can be seen that the amount of light beam reaching the region immediately below the light beam control member 30 (see FIG. 3) having no stripes is small.
  • the light reflected by the emission surface 330 is not easily converted to light directly above the light flux controlling member 300 or absorbed by the substrate 210. Therefore, the light emitting device 200 according to the present embodiment can irradiate light more efficiently and uniformly than the light emitting device having the conventional light flux controlling member.
  • the light flux controlling member 300 whose back surface 340 is a plane has been described, but a part or all of the back surface 340 may be a light scattering surface.
  • a part of the back surface 340 may be a light scattering surface 342 (a region drawn by hatching).
  • the region inside the leg portion 370 is roughened.
  • the inner region of the reflecting portion 350 is roughened.
  • a region where the light from the light emitting element 220 can reach directly in the back surface 340 is a light scattering surface.
  • the size of the region varies depending on the distance between the light emitting element 220 and the back surface 340, the size of the light emitting element 220, the size of the opening of the recess 310, and the like. Therefore, what is necessary is just to set suitably the area
  • the surface light source device and the light emitting device according to the second embodiment include the light beam control member 400 according to the second embodiment in place of the light beam control member 300 according to the first embodiment. This is different from the surface light source device 100 and the light emitting device 200 according to the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the light flux controlling member 400 according to the second embodiment will be described.
  • FIG. 16 and 17 are diagrams showing a configuration of light flux controlling member 400 according to the second embodiment.
  • 16A is a perspective view seen from the back side
  • FIG. 16B is a cross-sectional perspective view seen from the back side.
  • 17A is a plan view
  • FIG. 17B is a front view
  • FIG. 17C is a bottom view
  • FIG. 17D is a cross-sectional view taken along the line DD shown in FIG. 17A.
  • 16A and 16B, the leg portion 370 provided on the back side is omitted.
  • the light flux controlling member 400 includes a recess 310, an entrance surface 320, an exit surface 330, a first back surface 440 a, a second back surface 440 b, a reflection portion 450, a flange portion 360, and a plurality of leg portions. 370.
  • the same components as those of light flux controlling member 300 according to Embodiment 1 shown in FIGS. 8 and 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the reflecting portion 450 is formed on the lower side (substrate 210 side) than the opening of the concave portion 310.
  • the first back surface 440a that is a plane extending between the opening edge of the recess 310 and the upper end of the reflecting portion 450, and the lower end of the reflecting portion 450 in the radial direction.
  • a second back surface 440b which is a flat surface extending in the direction. The first back surface 440 a causes the light that has not entered the incident surface 320 out of the light emitted from the light emitting element 220 to enter the light flux controlling member 400.
  • the light flux controlling member 400 according to the second embodiment has the same effect as the light flux controlling member 300 according to the first embodiment.
  • the light flux controlling member 300 according to Embodiment 1 light incident at a large angle from the incident surface 320 with respect to the optical axis LA of the light emitting element 220 reaches the reflecting portion 350 and is reflected by the reflecting portion 350 in an unintended direction. There is a risk of being.
  • the reflecting portion 450 is formed below the opening of the recess 310, such unintended reflection does not occur.
  • each parameter of reflecting portion 450 (for example, the size and inclination of first reflecting surface 352a and second reflecting surface 352b, the length and inclination of ridge line 352c) is adjusted. By doing so, it is possible to control the size of the region that receives the reflected light from the emission surface 330. For example, as shown in FIGS. 18A and 18B, the area of the second back surface 440b may be reduced, or the interval between the ridge lines 352c in the reflecting portion 450 may be increased. Further, as shown in FIGS. 19A and 19B, the area of the reflective portion 450 may be increased by eliminating the second back surface 440b. In these drawings, the leg portion 370 provided on the back side is omitted.
  • the ridge line 352c may be formed by chamfering a ridge angle formed by the intersection of the two reflection surfaces 352a and b.
  • the handleability of the light flux control member 400 In consideration of formability, the luminous flux can be controlled more efficiently by widening the area of the emission surface 330 by the amount of the thin flange portion 360 formed.
  • Emodiment 3 (Configuration of surface light source device and light emitting device)
  • the surface light source device and the light emitting device according to the third embodiment have the light beam control member 500 according to the third embodiment in place of the light beam control member 300 according to the first embodiment. This is different from the surface light source device 100 and the light emitting device 200 of the first embodiment. Therefore, in the present embodiment, only the light flux controlling member 500 according to the third embodiment will be described.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of light flux controlling member 500 according to Embodiment 3.
  • the light flux controlling member 500 includes a recess 310, an incident surface 320, an exit surface 330, a back surface 340, a reflecting portion 350, a flange portion 560, and a plurality of leg portions 370.
  • the same components as those of light flux controlling member 300 according to Embodiment 1 shown in FIGS. 8 and 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the thickness of flange 560 in the direction of central axis CA of light flux controlling member 500 is thin.
  • the thickness of the flange portion 560 is not particularly limited, and is determined in consideration of the required area of the emission surface 330, the formability of the flange portion 560, and the like.
  • the flange portion 560 is a straight line (broken line shown in FIG. 20) that passes through the opening edge portion P1 of the recess 310 and the deepest portion P2 of the reflection portion 350 (annular groove) in the cross section including the central axis CA. ) Below (back side 340 side).
  • the exit surface 330 of the light flux controlling member 500 according to Embodiment 3 is formed larger than the exit surface 330 of the light flux controlling member 300 according to Embodiment 1, and more light can be controlled and emitted. it can.
  • a light flux control member (d) whose flange is thinned so that light incident from the vicinity of the opening of the concave portion can directly reach the output surface 24, and a light flux control member 30 (described in Patent Document 1)
  • the light beam control member (e) whose ridge portion is thinned so that the light incident from the vicinity of the opening of the concave portion can directly reach the emission surface 24 is also in the region immediately below each light beam control member. Simulate the luminous flux .
  • the amount of light in the region immediately below when the light beam control members (b) to (f) are used is the amount of light in the region immediately below when the conventional light beam control member 20 (light beam control member (a)) shown in FIG.
  • the amount was set as 100%, and the value was calculated as the value for the luminous flux.
  • each parameter of the light flux controlling members (a) to (f) is the same as the simulation performed in the first embodiment except for the thickness of the collar portion.
  • the thickness of the collar portion in the direction of the central axis CA of the light beam control members (a), (b), and (c) is 2.35 mm, and the center of the light beam control members (d), (e), and (f)
  • the thickness of the collar portion in the axis CA direction is 1.7 mm.
  • Table 1 shows the light flux controlling member used in the simulation, the thickness of the collar, and the relative values with respect to the light flux to the substrate 210.
  • the thickness of the collar portion is thin (1.7 mm), and the light incident from the vicinity of the opening of the recess can directly reach the exit surface.
  • the light flux controlling member (f) according to the present embodiment having the inclined surface and the plurality of ridges 352 and the flange portion 560 is thin, the light flux controlling members (a), (d) having no inclined surface.
  • the light flux controlling member 500 according to the third embodiment has the same effect as the light flux controlling member 300 of the first embodiment. Further, in light flux controlling member 500 according to Embodiment 3, the degree of freedom in designing the exit surface 330 is increased by forming the flange portion 560 thin. Furthermore, the light flux controlling member 500 according to Embodiment 3 can control the light distribution of more light because the emission surface 330 is wide.
  • the diameter of the light flux controlling member is increased when the exit surface 330 that can control the traveling direction of light in the required exit direction is formed instead of the flange portion 560.
  • the light flux controlling member may be appropriately designed in consideration of the balance between the shape of the light flux controlling member and the emitted light.
  • the light flux controlling member, light emitting device, and surface light source device of the present invention can be applied to, for example, a backlight of a liquid crystal display device or general illumination.

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Description

光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
　本発明は、発光素子から出射された光の配光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。
　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。
　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（レンズ）および光拡散部材を有する。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。
　図１は、従来の光束制御部材の構成を示す図である。図１Ａは、裏側から見た斜視図であり、図１Ｂは、裏側から見た断面斜視図であり、図１Ｃは、断面図である。なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、従来の光束制御部材２０は、発光素子から出射された光を入射する入射面２２と、入射面２２から入射した光を外部に出射する出射面２４とを有する。入射面２２は、発光素子に対して凹形状の面であり、発光素子の発光面と対向するように形成されている。
　図２は、光束制御部材２０の光路図である。図２Ａは、出射角３０°の光線の光路図であり、図２Ｂは、出射角４０°の光線の光路図であり、図２Ｃは、出射角５０°の光線の光路図である。ここで「出射角」とは、発光素子１０の光軸ＬＡに対する光線の角度（図２Ａのθ）を意味する。なお、これらの図でも、裏側に設けられた脚部を省略している。
　図２に示されるように、発光素子１０から出射された光は、入射面２２から光束制御部材２０内に入射する。光束制御部材２０内に入射した光は、出射面２４に到達し、出射面２４から外部に出射される（実線の矢印）。このとき、出射面２４の形状により光が屈折するため、光の進行方向が制御される。その一方で、出射面２４に到達した光の一部は、出射面２４で反射し（フレネル反射）、発光素子１０が実装されている基板と対向する裏面２６に到達する（破線の矢印）。裏面２６に到達した光が裏面２６で反射した場合、光束制御部材２０の直上に向かう光が過剰になってしまうため、輝度ムラが生じてしまう。また、裏面２６に到達した光が裏面２６から出射された場合、光が基板に吸収されてしまうため、光の損失が大きい。
　このように、出射面２４で反射した光が、光束制御部材２０の直上に向かう光になったり、基板に吸収されたりすることは好ましくない。そこで、特許文献１では、このような問題を解決できる光束制御部材が提案されている。
　図３は、特許文献１に記載の光束制御部材の構成を示す図である。図３Ａは、裏側から見た斜視図であり、図３Ｂは、裏側から見た断面斜視図であり、図３Ｃは、断面図である。なお、図３Ａおよび図３Ｂでは、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、特許文献１に記載の光束制御部材３０では、裏面２６に円環状の傾斜面３２が形成されている。傾斜面３２は、光束制御部材３０の中心軸ＣＡに対して回転対称（円対称）であり、かつ中心軸ＣＡに対して所定の角度（例えば４５°）で傾いている。
　図４は、光束制御部材３０の光路図である。図４Ａは、出射角３０°の光線の光路図であり、図４Ｂは、出射角４０°の光線の光路図であり、図４Ｃは、出射角５０°の光線の光路図である。なお、これらの図でも、裏側に設けられた脚部を省略している。これらの図に示されるように、光束制御部材３０では、出射面２４で反射した光は、傾斜面３２に到達する。そして、傾斜面３２に到達した光の一部は、傾斜面３２で反射して、側方方向へ向かう光となる（図４Ａ，Ｂ参照）。
　このように、特許文献１に記載の光束制御部材３０では、出射面２４で反射した光が、光束制御部材３０の直上に向かう光になったり、基板に吸収されたりしにくい。したがって、特許文献１に記載の光束制御部材３０を有する発光装置は、従来の光束制御部材２０を有する発光装置に比べて、効率よくかつ均一に光を照射することができる。
特開２００９－４３６２８号公報
　特許文献１に記載の光束制御部材３０を使用する場合であっても、図４Ｃに示されるように、出射角が大きい光線については、傾斜面３２の角度によって、出射面２４で反射した光のうち傾斜面３２を通過して光束制御部材３０直下の基板に到達する光が生じてしまうおそれがある。このように光束制御部材３０直下の基板に到達した光は、基板表面で反射されて光束制御部材３０の直上に向かう光になったり、基板に吸収されたりする。省エネルギーの観点からは、このように傾斜面３２を通過する光の量をできるだけ低減させることが好ましい。
　本発明の目的は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、輝度ムラの発生を抑制しつつ、出射面で反射した光をより効率よく利用することができる光束制御部材を提供することである。
　また、本発明の別の目的は、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である。
　本発明の光束制御部材は、発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、その中心軸と交わるように裏側に形成された、発光素子から出射された光を入射する入射面と、前記中心軸と交わるように表側に形成された、前記入射面から入射した光を外部に出射する出射面と、前記中心軸を取り囲むように裏側に形成された、断面略三角形状の複数の凸条と、を有し、前記複数の凸条は、それぞれ、第１反射面、第２反射面、および前記第１反射面と前記第２反射面との交線である稜線を有しており、前記複数の凸条は、前記中心軸に対して回転対称となるように配置されており、前記稜線を含む仮想直線は、前記稜線よりも表側の位置で前記中心軸と交わる。
　本発明の発光装置は、発光素子と、本発明の光束制御部材とを有し、前記光束制御部材は、前記中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている。
　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。
　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出射された光を照射される表示部材とを有する。
　本発明の光束制御部材を有する発光装置は、従来の光束制御部材を有する発光装置に比べて、効率よくかつ均一に光を照射することができる。したがって、本発明の面光源装置および表示装置は、従来の装置に比べて光利用効率が高くかつ輝度ムラが少ない。
図１Ａ～Ｃは、従来の光束制御部材の構成を示す図である。 図２Ａ～Ｃは、図１に示される光束制御部材の光路図である。 図３Ａ～Ｃは、特許文献１に記載の光束制御部材の構成を示す図である。 図４Ａ～Ｃは、図３に示される光束制御部材の光路図である。 図５Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す図である。 図６Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す断面図である。 図６Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。 図８Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図９Ａ～Ｄは、実施の形態１に係る光束制御部材の構成を示す図である。 稜線の方向を説明するための実施の形態１に係る光束制御部材の断面図である。 図１１Ａ～Ｃは、実施の形態１に係る光束制御部材の光路図である。 光束制御部材直下の基板表面における照度分布を示すグラフである。 光束制御部材の直下領域における平均照度を示すグラフである。 光束制御部材の直下領域の入射光束を示すグラフである。 図１５Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る光束制御部材の変形例を示す底面図である。 図１６Ａ，Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１７Ａ～Ｄは、実施の形態２に係る光束制御部材の構成を示す図である。 図１８Ａ，Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の変形例を示す図である。 図１９Ａ，Ｂは、実施の形態２に係る光束制御部材の変形例を示す図である。 実施の形態３に係る光束制御部材の断面図である。
　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。
　［実施の形態１］
　（面光源装置および発光装置の構成）
　図５～７は、実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す図である。図５Ａは、平面図であり、図５Ｂは、正面図である。図６Ａは、図５Ｂに示されるＡ－Ａ線の断面図であり、図６Ｂは、図５Ａに示されるＢ－Ｂ線の断面図である。図７は、図６Ｂの一部を拡大した部分拡大断面図である。
　図５，６に示されるように、実施の形態１に係る面光源装置１００は、筐体１１０、複数の発光装置２００および光拡散部材１２０を有する。複数の発光装置２００は、筐体１１０の底板１１２上にマトリックス状に配置されている。底板１１２の内面は、拡散反射面として機能する。また、筐体１１０の天板１１４には、開口部が設けられている。光拡散部材１２０は、この開口部を塞ぐように配置されており、発光面として機能する。発光面の大きさは、特に限定されないが、例えば約４００ｍｍ×約７００ｍｍである。
　図７に示されるように、複数の発光装置２００は、それぞれ基板２１０上に固定されている。複数の基板２１０は、それぞれ筐体１１０の底板１１２上の所定の位置に固定されている。複数の発光装置２００は、それぞれ発光素子２２０および光束制御部材３００を有している。
　発光素子２２０は、面光源装置１００の光源であり、基板２１０上に実装されている。発光素子２２０は、例えば白色発光ダイオードなどの発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
　光束制御部材３００は、発光素子２２０から出射された光の配光を制御する拡散レンズであり、基板２１０上に固定されている。光束制御部材３００は、その中心軸ＣＡが発光素子２２０の光軸ＬＡに一致するように、発光素子２２０の上に配置されている（図１０参照）。なお、後述する光束制御部材３００の入射面３２０および出射面３３０はいずれも回転対称（円対称）であり、かつこれらの回転軸は一致する。この入射面３２０および出射面３３０の回転軸を「光束制御部材の中心軸ＣＡ」という。また、「発光素子の光軸ＬＡ」とは、発光素子２２０からの立体的な出射光束の中心の光線を意味する。発光素子２２０が実装された基板２１０と光束制御部材３００の裏面３４０との間には、発光素子２２０から発せられる熱を外部に逃がすための隙間が形成されている。
　光束制御部材３００は、一体成形により形成されている。光束制御部材３００の材料は、所望の波長の光を通過させ得る材料であれば特に限定されない。たとえば、光束制御部材３００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。
　本実施の形態に係る面光源装置１００は、光束制御部材３００の構成に主たる特徴を有する。そこで、光束制御部材３００については、別途詳細に説明する。
　光拡散部材１２０は、光拡散性を有する板状の部材であり、発光装置２００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１２０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１２０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１２０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１２０の内部にビーズなどの光拡散子が分散している。
　本実施の形態に係る面光源装置１００では、各発光素子２２０から出射された光は、光束制御部材３００により光拡散部材１２０の広範囲を照らすように拡げられる。各光束制御部材３００から出射された光は、さらに光拡散部材１２０により拡散される。その結果、本実施の形態に係る面光源装置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。
　（光束制御部材の構成）
　図８および図９は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の構成を示す図である。図８Ａは、裏側から見た斜視図であり、図８Ｂは、裏側から見た断面斜視図である。図９Ａは、平面図であり、図９Ｂは、正面図であり、図９Ｃは、底面図であり、図９Ｄは、図９Ａに示されるＣ－Ｃ線の断面図である。なお、図８Ａおよび図８Ｂでは、裏側に設けられた脚部３７０を省略している。
　図８および図９に示されるように、光束制御部材３００は、凹部３１０、入射面３２０、出射面３３０、裏面３４０、反射部３５０、鍔部３６０および複数の脚部３７０を有する。
　凹部３１０は、光束制御部材３００の裏側（発光素子２２０側）の中央部に形成されている。凹部３１０の内面は、入射面３２０として機能する。入射面３２０は、発光素子２２０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３００の内部に入射させる。入射面３２０は、光束制御部材３００の中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸として回転対称（円対称）である。
　出射面３３０は、光束制御部材３００の表側（光拡散部材１２０側）に、鍔部３６０から突出するように形成されている。出射面３３０は、光束制御部材３００内に入射した光を、進行方向を制御しつつ外部に出射させる。出射面３３０は、中心軸ＣＡと交わり、中心軸ＣＡを軸として回転対称（円対称）である。
　出射面３３０は、中心軸ＣＡを中心とする所定範囲に位置する第１出射面３３０ａと、第１出射面３３０ａの周囲に連続して形成される第２出射面３３０ｂと、第２出射面３３０ｂと鍔部３６０とを接続する第３出射面３３０ｃとを有する（図９Ｄ参照）。第１出射面３３０ａは、裏側（発光素子２２０側）に凸の滑らかな曲面である。第１出射面３３０ａ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出射面３３０ｂは、第１出射面３３０ａの周囲に位置する、表側（光拡散部材１２０側）に凸の滑らかな曲面である。第２出射面３３０ｂの形状は、円環状の凸形状である。第３出射面３３０ｃは、第２出射面３３０ｂの周囲に位置する曲面である。図９Ｄに示される断面において、第３出射面３３０ｃ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。
　裏面３４０は、裏側に位置し、凹部３１０の開口縁部から径方向に延在する平面である。裏面３４０は、発光素子２２０から出射された光のうち、入射面３２０から入射しなかった光を、光束制御部材３００内に入射させる。
　反射部３５０は、光束制御部材３００の裏側（発光素子２２０側）に凹部３１０の開口部を取り囲むように円環状に配置されている。反射部３５０には、複数の凸条３５２が形成されている。複数の凸条３５２は、それぞれ後述する稜線３５２ｃに垂直な断面が略三角形状であり、かつ中心軸ＣＡに対して回転対称（凸条３５２の数をｎとしたときｎ回対称）となるように形成されている。各凸条３５２は、平面状の第１反射面３５２ａと、平面状の第２反射面３５２ｂと、第１反射面３５２ａと第２反射面３５２ｂとの交線である稜線３５２ｃとを有しており、全反射プリズムのように機能する。図１０に示されるように、稜線３５２ｃを含む仮想直線は、稜線３５２ｃよりも表側（光拡散部材１２０側）の位置で中心軸ＣＡと交わる。すなわち、各凸条３５２は、裏側（発光素子２２０側）よりも表側（光拡散部材１２０側）の方が中心軸ＣＡに近づくように、中心軸ＣＡに対し所定の角度（例えば４５°）で傾いている。
　別の視点で反射部３５０について改めて説明する。裏面３４０には、中心軸ＣＡを中心とする円環状の溝が形成されている。中心軸ＣＡを含む断面におけるこの円環状の溝の断面形状は、略Ｖ字状である。Ｖ字を形成する２つの面のうち内側の面は、発光素子２２０の光軸ＬＡと略平行であるのに対し、外側の面は、発光素子２２０の光軸ＬＡに対し所定の角度（例えば４５°）で傾いている。この外側の傾斜面に、複数の凸条３５２（全反射プリズム）が形成されている。
　反射部３５０は、出射面３３０で反射し、裏面３４０に向かう光を側方方向（中心軸ＣＡに対して径方向外側）に反射させる。このとき、反射部３５０に到達した光は、いずれかの凸条３５２の２つの面（第１反射面３５２ａおよび第２反射面３５２ｂ）で順次反射して、側方方向に向かう光となる。反射部３５０で反射した光は、例えば鍔部３６０から出射される。
　反射部３５０の位置は特に限定されないが、出射面３３０で反射した光が多く到達する領域に複数の凸条３５２が形成されていることが好ましい。出射面３３０で反射した光の到達位置は、出射面３３０の形状など様々な要因により変化するが、図９Ｄに示される本実施の形態に係る光束制御部材３００では、入射面３２０から入射して出射面３３０でフレネル反射した光の大部分は、裏面３４０内でも円環状の所定の領域に到達する（図１１参照）。後述する基板２１０上の裏面３４０に対向する領域における照度分布のシミュレーションで使用した光束制御部材２０（裏面の外径１５.５ｍｍ）では、中心軸ＣＡから５～６ｍｍの領域で最も高い照度値が得られる（図１２参照）。この領域は、入射面２２から入射して出射面２４でフレネル反射した光が集中して到達し易い位置であると推察される。したがって、この光束制御部材２０では、少なくとも中心軸ＣＡから５～６ｍｍの領域には、複数の凸条３５２を形成することが好ましい。
　鍔部３６０は、出射面３３０の外周部と裏面３４０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３６０の形状は、略円環状である。鍔部３６０は、必須の構成要素ではないが、鍔部３６０を設けることで、光束制御部材３００の取り扱いおよび位置合わせが容易になる。鍔部３６０の厚みは、特に限定されず、出射面３３０の必要面積や鍔部３６０の成形性などを考慮して決定される。
　複数の脚部３７０は、裏面３４０から突出している略円柱状の部材である。複数の脚部３７０は、発光素子２２０に対して適切な位置に光束制御部材３００を支持する。
　図１１は、光束制御部材３００の光路図である。図１１Ａは、出射角３０°の光線の光路図であり、図１１Ｂは、出射角４０°の光線の光路図であり、図１１Ｃは、出射角５０°の光線の光路図である。なお、これらの図では、脚部３７０を省略している。これらの図に示されるように、光束制御部材３００では、出射面３３０で反射した光は、反射部３５０に到達する。そして、反射部３５０に到達した光は、凸条３５２の第１反射面３５２ａおよび第２反射面３５２ｂで順次反射して、側方方向へ向かう光となる。
　特許文献１に記載の光束制御部材３０のように、裏面２６に傾斜面３２を設けると、出射面３３０におけるフレネル反射光の大部分を側方方向へ向かう光に方向変換できるため、光利用効率を高めることができる。しかしながら、出射角が大きい光線では、出射面３３０におけるフレネル反射光のうち傾斜面３２を通過して光束制御部材３０直下の基板に到達してしまう光が存在し（図４Ｄ参照）、更なる改良の余地がある。本実施の形態に係る光束制御部材３００では、傾斜面に凸条３５２（全反射プリズム）を設けているため、出射角が大きい光線の出射面３３０でのフレネル反射光も側方方向へ反射させることができる（図１１Ｄ参照）。したがって、本実施の形態に係る光束制御部材３００では、より多くの出射面３３０で反射した光が側方方向へ向かう光となるため、出射面３３０で反射した光が基板２１０で反射されたり、基板２１０に吸収されたりする光の損失を抑制することができる。
　（光束制御部材の直下領域における照度分布のシミュレーション）
　図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００について、光束制御部材３００の直下領域における照度分布をシミュレーションした。また、比較のため、図１に示される従来の光束制御部材２０および図３に示される特許文献１に記載の光束制御部材３０についても、照度分布をシミュレーションした。
　今回のシミュレーションでは、図７に示されるように基板２１０の上に発光素子２２０および光束制御部材３００（２０，３０）を配置した場合の、基板２１０表面における照度分布を調べた。なお、基板２１０表面に到達した光は、反射されずに吸収されるように設定した。シミュレーションに用いた３つの光束制御部材３００，２０，３０は、裏側に傾斜面３２または反射部３５０を有するかどうかのみで相違する。光束制御部材３００，２０，３０のパラメーターを以下のように設定した。
　（共通のパラメーター）
　・出射面の外径：　１４.７７８ｍｍ
　・裏面の外径：　１５.５ｍｍ
　・凹部の開口径：　３.５３ｍｍ
　・基板表面から裏面までの高さ：　１.１ｍｍ
　・基板表面から出射面の最高点までの高さ：　５.８６７ｍｍ
　（光束制御部材３０のみのパラメーター）
　・傾斜面の外径：　６.０５７ｍｍ
　・傾斜面の角度：　光軸に対して４５°
　（光束制御部材３００のみのパラメーター）
　・反射部の外径：　６.０５７ｍｍ
　・稜線の角度：　光軸に対して４５°
　図１２は、光束制御部材直下の基板表面における照度分布を示すグラフである。横軸は、光束制御部材の中心軸を通る直線上における光束制御部材の中心軸からの距離（ｍｍ）を示している。縦軸は、各点における照度（ｌｘ）を示している。傾斜面を有しない光束制御部材２０の結果を細い破線で示し、複数の凸条は有しないが傾斜面を有する光束制御部材３０の結果を細い実線で示し、複数の凸条を有する光束制御部材３００の結果を太い実線で示す。このグラフに示されるように、各光束制御部材の間で、中心軸から４.５～６.５ｍｍの領域で照度に差が生じていた。すなわち、傾斜面を有する光束制御部材３０（図３参照）の方が、傾斜面を有しない光束制御部材２０（図１参照）よりも直下領域の照度が低かった。また、複数の凸条を有する光束制御部材３００（図８および図９参照）の方が、傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材３０（図３参照）よりも直下領域の照度がさらに低かった。
　図１３は、光束制御部材の直下領域（直径１９ｍｍの円形の領域）における平均照度（ｌｘ）を示すグラフである。傾斜面を有しない光束制御部材２０を「Ａ」、複数の凸条は有しないが傾斜面を有する光束制御部材３０を「Ｂ」、複数の凸条を有する光束制御部材３００を「Ｃ」として横軸に示す。このグラフからも、複数の凸条を有する光束制御部材３００（図８および図９参照）の方が、傾斜面を有しない光束制御部材２０（図１参照）および傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材３０（図３参照）よりも直下領域の照度が低いことがわかる。
　図１４は、光束制御部材の直下領域（直径１９ｍｍの円形の領域）の入射光束（ｌｍ）を示すグラフである。このグラフでも、傾斜面を有しない光束制御部材２０を「Ａ」、複数の凸条は有しないが傾斜面を有する光束制御部材３０を「Ｂ」、複数の凸条を有する光束制御部材３００を「Ｃ」として横軸に示す。なお、発光素子からの出射光束量は、１ｌｍである。このグラフからも、複数の凸条を有する光束制御部材３００（図８および図９参照）の方が、傾斜面を有しない光束制御部材２０（図１参照）および傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材３０（図３参照）よりも直下領域に到達する光束量が少ないことがわかる。
　以上のように、本実施の形態に係る光束制御部材３００では、出射面３３０で反射した光が光束制御部材３００の直上に向かう光になったり、基板２１０に吸収されたりしにくい。したがって、本実施の形態に係る発光装置２００は、従来の光束制御部材を有する発光装置に比べて、効率よくかつ均一に光を照射することができる。
　なお、本実施の形態では、裏面３４０が平面である光束制御部材３００について説明したが、裏面３４０の一部または全部が光散乱面であってもよい。たとえば、図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、裏面３４０の一部が光散乱面３４２（ハッチングにより描かれている領域）であってもよい。図１５Ａに示される例では、脚部３７０の内側の領域が粗面化されている。図１５Ｂに示される例では、反射部３５０の内側の領域が粗面化されている。このように裏面３４０の一部または全部を光散乱面とすることで、裏面３４０から入射した光が意図しない方向に集まって輝度ムラを発生させることを抑制することができる。
　上記効果を得るためには、裏面３４０の中でも、発光素子２２０からの光が直接到達しうる領域を光散乱面とすることが好ましい。当該領域の大きさは、発光素子２２０と裏面３４０との間隔や発光素子２２０の大きさ、凹部３１０の開口部の大きさなどにより変わる。したがって、これらのパラメーターに応じて、光散乱面とする領域を適宜設定すればよい。
　［実施の形態２］
　（面光源装置および発光装置の構成）
　実施の形態２に係る面光源装置および発光装置は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の代わりに実施の形態２に係る光束制御部材４００を有する点において、図５～７に示される実施の形態１に係る面光源装置１００および発光装置２００と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態２に係る光束制御部材４００についてのみ説明する。
　（光束制御部材の構成）
　図１６および図１７は、実施の形態２に係る光束制御部材４００の構成を示す図である。図１６Ａは、裏側から見た斜視図であり、図１６Ｂは、裏側から見た断面斜視図である。図１７Ａは、平面図であり、図１７Ｂは、正面図であり、図１７Ｃは、底面図であり、図１７Ｄは、図１７Ａに示されるＤ－Ｄ線の断面図である。なお、図１６Ａおよび図１６Ｂでは、裏側に設けられた脚部３７０を省略している。
　図１６および図１７に示されるように、光束制御部材４００は、凹部３１０、入射面３２０、出射面３３０、第１裏面４４０ａ、第２裏面４４０ｂ、反射部４５０、鍔部３６０および複数の脚部３７０を有する。図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００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。
　実施の形態２に係る光束制御部材４００では、反射部４５０は、凹部３１０の開口部よりも下側（基板２１０側）に形成されている。このため、光束制御部材４００の裏側には、凹部３１０の開口縁部と反射部４５０の上端部との間に延在する平面である第１裏面４４０ａと、反射部４５０の下端部から径方向に延在する平面である第２裏面４４０ｂとが形成されている。第１裏面４４０ａは、発光素子２２０から出射された光のうち、入射面３２０から入射しなかった光を、光束制御部材４００内に入射させる。
　（効果）
　実施の形態２に係る光束制御部材４００は、実施の形態１に係る光束制御部材３００と同様の効果を有する。実施の形態１に係る光束制御部材３００では、入射面３２０から発光素子２２０の光軸ＬＡに対して大きな角度で入射した光が、反射部３５０に到達し、反射部３５０により意図しない方向に反射されるおそれがある。これに対し、実施の形態２に係る光束制御部材４００では、反射部４５０が凹部３１０の開口部よりも下側に形成されているため、このような意図しない反射は生じない。
　なお、本実施の形態に係る光束制御部材４００では、反射部４５０の各パラメーター（例えば、第１反射面３５２ａと第２反射面３５２ｂの大きさおよび傾き、稜線３５２ｃの長さおよび傾き）を調整することで、出射面３３０からの反射光を受け止める領域の広さを制御することができる。たとえば、図１８Ａおよび図１８Ｂに示されるように、第２裏面４４０ｂの面積を小さくしたり、反射部４５０における稜線３５２ｃの間隔を広くしたりしてもよい。また、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、第２裏面４４０ｂを無くして反射部４５０の面積を大きくしてもよい。なお、これらの図では、裏側に設けられた脚部３７０を省略している。
　また、各実施の形態に係る光束制御部材３００，４００において、稜線３５２ｃは、２つの反射面３５２ａ，ｂが交わってできる稜角を面取りして形成されていてもよい。
　さらに、実施の形態２に係る光束制御部材４００のように、凹部３１０の開口部よりも下側（基板２１０側）に反射部４５０が形成されている態様では、光束制御部材４００の取り扱い性や成形性を考慮した上で、鍔部３６０を薄く形成した分、出射面３３０の面積を広げることで、より高効率に光束を制御することも可能である。
　［実施の形態３］
　（面光源装置および発光装置の構成）
　実施の形態３に係る面光源装置および発光装置は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の代わりに実施の形態３に係る光束制御部材５００を有する点において、図５～７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２００と異なる。そこで、本実施の形態では、実施の形態３に係る光束制御部材５００についてのみ説明する。
　（光束制御部材の構成）
　図２０は、実施の形態３に係る光束制御部材５００の断面図である。
　図２０に示されるように、光束制御部材５００は、凹部３１０、入射面３２０、出射面３３０、裏面３４０、反射部３５０、鍔部５６０および複数の脚部３７０を有する。図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００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。
　実施の形態３に係る光束制御部材５００では、光束制御部材５００の中心軸ＣＡ方向における鍔部５６０の厚みが薄く形成されている。上述したように、鍔部５６０の厚みは、特に限定されず、出射面３３０の必要面積や鍔部５６０の成形性などを考慮して決定される。実施の形態１，２に係る光束制御部材３００，４００では、凹部３１０の開口部近傍から光束制御部材３００，４００内に入射した光の一部は、鍔部３６０に直接到達する。鍔部３６０は光の配光を制御することを目的としていないため、鍔部３６０に光が直接到達することは好ましくない。そこで、本実施の形態に係る光束制御部材５００では、より多くの凹部３１０の開口部近傍から入射した光が出射面３３０に直接到達できるようにしている。本実施の形態では、鍔部５６０は、中心軸ＣＡを含む断面において、凹部３１０の開口縁部Ｐ１および反射部３５０（円環状の溝）の最深部Ｐ２を通る直線（図２０に示される破線）よりも下側（裏面３４０側）に形成されている。これにより、実施の形態３に係る光束制御部材５００の出射面３３０は、実施の形態１に係る光束制御部材３００の出射面３３０より大きく形成され、より多くの光を制御して出射させることができる。
　（光束制御部材の直下領域における光束量のシミュレーション）
　図２０に示される実施の形態３に係る光束制御部材５００（以下「光束制御部材（ｆ）」ともいう）について、光束制御部材５００の直下領域における光束量をシミュレーションした。また、比較のため、図１に示される従来の光束制御部材２０（以下「光束制御部材（ａ）」ともいう）、図３に示される特許文献１に記載の光束制御部材３０（以下「光束制御部材（ｂ）」ともいう）、図８および図９に示される実施の形態１に係る光束制御部材３００（以下「光束制御部材（ｃ）」ともいう）、従来の光束制御部材２０（光束制御部材（ａ））において、凹部の開口部近傍から入射した光が出射面２４に直接到達できるように鍔部を薄くした光束制御部材（ｄ）、特許文献１に記載の光束制御部材３０（光束制御部材（ｂ））において、凹部の開口部近傍から入射した光が出射面２４に直接到達できるように鍔部を薄くした光束制御部材（ｅ）についても、各光束制御部材の直下領域における光束量をシミュレーションした。光束制御部材（ｂ）～（ｆ）を用いた場合の直下領域における光束量は、図１に示される従来の光束制御部材２０（光束制御部材（ａ））を用いた場合の直下領域における光束量を１００％とし、その光束量に対する値として算出した。
　本シミュレーションでは、図７に示されるように、基板２１０の上に発光素子２２０および各光束制御部材（ａ）～（ｆ）を配置した場合の、基板２１０表面への光束量を調べた。光束制御部材（ａ）～（ｆ）の各パラメーターは、鍔部の厚みを除き、実施の形態１において行ったシミュレーションと同じである。光束制御部材（ａ），（ｂ），（ｃ）の中心軸ＣＡ方向における鍔部の厚みは、いずれも２．３５ｍｍであり、光束制御部材（ｄ），（ｅ），（ｆ）の中心軸ＣＡ方向における鍔部の厚みは、いずれも１．７ｍｍである。シミュレーションに用いた光束制御部材、鍔部の厚み、基板２１０への光束量に対する相対値を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、鍔部の厚みが薄く（１．７ｍｍ）、凹部の開口部近傍から入射した光も出射面に直接到達することができる光束制御部材（ｄ）～（ｆ）では、鍔部の厚みが厚く（２．３５ｍｍ）、凹部の開口部近傍から入射した光の一部が鍔部に直接到達してしまう光束制御部材（ａ）～（ｃ）よりも、直下領域における光束量が少ないことがわかる。また、傾斜面および複数の凸条３５２を有し、かつ鍔部５６０の厚みが薄い本実施の形態に係る光束制御部材（ｆ）では、傾斜面を有しない光束制御部材（ａ），（ｄ）、傾斜面を有する（複数の凸条を有しない）光束制御部材（ｂ），（ｅ）および傾斜面および複数の凸条３５２を有し、鍔部３６０の厚みが厚い光束制御部材３００（ｃ）よりも直下領域における光束量が少ないことがわかる。このことから、本実施の形態に係る光束制御部材（ｆ）は、より多くの光の配光を制御できることがわかる。
　（効果）
　実施の形態３に係る光束制御部材５００は、実施の形態１の光束制御部材３００と同様の効果を有する。また、実施の形態３に係る光束制御部材５００では、鍔部５６０を薄く形成することで、出射面３３０の設計の自由度が高くなる。さらに、実施の形態３に係る光束制御部材５００は、出射面３３０が広いため、より多くの光の配光を制御することができる。
　なお、鍔部５６０に代えて、要求される出射方向へ光の進行方向を制御することができる出射面３３０を形成しようとする場合、光束制御部材の径が大きくなることも想定される。このような場合には、光束制御部材の形状と出射される光とのバランスを考慮して、光束制御部材を適宜設計すればよい。
　本出願は、２０１２年８月２７日出願の特願２０１２－１８６４５９および２０１３年３月２６日出願の特願２０１３－０６４００９に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　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。
　１０　発光素子
　２０，３０　光束制御部材
　２２　入射面
　２４　出射面
　２６　裏面
　３２　傾斜面
　１００　面光源装置
　１１０　筐体
　１１２　底板
　１１４　天板
　１２０　光拡散部材
　２００　発光装置
　２１０　基板
　２２０　発光素子
　３００，４００，５００　光束制御部材
　３１０　凹部
　３２０　入射面
　３３０　出射面
　３４０　裏面
　３４２　光散乱面
　３５０，４５０　反射部
　３５２　凸条
　３５２ａ　第１反射面
　３５２ｂ　第２反射面
　３５２ｃ　稜線
　３６０，５６０　鍔部
　３７０　脚部
　４４０ａ　第１裏面
　４４０ｂ　第２裏面
　Ｐ１　凹部の開口縁部
　Ｐ２　反射部の最深部

Claims (4)

  1. 　発光素子から出射された光の配光を制御する光束制御部材であって、
    　その中心軸と交わるように裏側に形成された、発光素子から出射された光を入射する入射面と、
    　前記中心軸と交わるように表側に形成された、前記入射面から入射した光を外部に出射する出射面と、
    　前記中心軸を取り囲むように裏側に形成された、断面略三角形状の複数の凸条と、
    　を有し、
    　前記複数の凸条は、それぞれ、第１反射面、第２反射面、および前記第１反射面と前記第２反射面との交線である稜線を有しており、
    　前記複数の凸条は、前記中心軸に対して回転対称となるように配置されており、
    　前記稜線を含む仮想直線は、前記稜線よりも表側の位置で前記中心軸と交わる、
    　光束制御部材。
  2. 　発光素子と、請求項１に記載の光束制御部材とを有し、
    　前記光束制御部材は、前記中心軸が前記発光素子の光軸と合致するように配置されている、
    　発光装置。
  3. 　請求項２に記載の発光装置と、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。
  4. 　請求項３に記載の面光源装置と、前記面光源装置から出射された光を照射される表示部材とを有する、表示装置。
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