(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022086660
(43)【公開日】2022-06-09
(54)【発明の名称】面光源装置および表示装置
(51)【国際特許分類】
F21S 2/00 20160101AFI20220602BHJP
F21V 5/00 20180101ALI20220602BHJP
G02F 1/13357 20060101ALI20220602BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20220602BHJP
【FI】
F21S2/00 481
F21V5/00 530
G02F1/13357
F21Y115:10 300
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020198801
(22)【出願日】2020-11-30
(71)【出願人】
【識別番号】000208765
【氏名又は名称】株式会社エンプラス
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼鳥 洋
【テーマコード(参考)】
2H391
3K244
【Fターム(参考)】
2H391AA03
2H391AB04
2H391AC13
2H391AC25
2H391AC26
2H391AC27
2H391AC29
2H391CA08
3K244AA01
3K244BA03
3K244BA08
3K244CA02
3K244DA01
3K244DA22
3K244FA03
3K244GA02
3K244GA03
3K244GA04
3K244GB02
3K244GB05
3K244GB06
3K244GB13
3K244GC02
3K244GC13
(57)【要約】
【課題】基板と拡散板との距離が近い場合であっても、輝度ムラおよび色ムラを抑制した面光源装置を提供すること。
【解決手段】面光源装置は、基板に配置された発光素子と、発光素子の上に配置され、発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材と、光束制御部材の上に配置され、それぞれ第1傾斜面を有する複数の第1凸条、それぞれ第2傾斜面を有する複数の凸部またはそれぞれ第3傾斜面を有する複数の凹部を有し、光束制御部材から出射された光の配光を制御するための第1光学シートと、第1光学シートの上に配置され、第1光学シートを透過した光の進行方向を制御するための第2光学シートと、を有する。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板に配置された発光素子と、
前記発光素子の上に配置され、前記発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材と、
前記光束制御部材の上に配置され、それぞれ第1傾斜面を有する複数の第1凸条、それぞれ第2傾斜面を有する複数の凸部、またはそれぞれ第3傾斜面を有する複数の凹部を有し、前記光束制御部材から出射された光の配光を制御するための第1光学シートと、
前記第1光学シートの上に配置され、前記第1光学シートを透過した光の進行方向を制御する、または所定波長の光を透過する第2光学シートと、
を有する、面光源装置。
【請求項2】
前記光束制御部材および前記第1光学シートの間の距離は、前記光束制御部材の厚み以下である、請求項1に記載の面光源装置。
【請求項3】
前記複数の第1凸条、前記複数の凸部または前記複数の凹部は、前記第1光学シートにおける前記光束制御部材側の第1面に形成されている、請求項1または請求項2に記載の面光源装置。
【請求項4】
前記第1光学シートは、前記複数の凸部または前記複数の凹部を有する、請求項3に記載の面光源装置。
【請求項5】
前記第1光学シートは、前記複数の第1凸条を有する、請求項3に記載の面光源装置。
【請求項6】
前記第2光学シートは、前記第1光学シートに対向した第3面もしくは反対側の第4面に第4傾斜面を有する複数の第2凸条を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項7】
前記光束制御部材は、
前記発光素子と対向して配置され、前記発光素子から出射された光を入射させるための入射面と、
前記入射面に対して前記発光素子と反対側に配置され、前記入射面で入射した光を側方方向に反射させる反射面と、
前記反射面で反射した光を外部に出射させるための出射面と、
を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の面光源装置。
【請求項8】
前記反射面は支持突起を有し、
少なくとも一つの前記支持突起は、前記第1光学シートに接触している、
請求項7記載の面光源装置。
【請求項9】
請求項1~8のいずれか一項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、面光源装置および当該面光源装置を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、液晶表示装置などの透過型画像表示装置では、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ている。また、直下型の面光源装置では、広い範囲に光を照射するために多くの発光素子が配置されることがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1には、光源と、光源から出射された光の配光を制御するための拡散レンズである照明用レンズと、照明用レンズから出射された光を拡散させるための拡散板とを有する面光源装置が記載されている。特許文献1に記載の面光源装置では、光源から出射された光は、照明用レンズで広がるように制御される。このとき、照明用レンズの直上部の被照射領域には、当該照明用レンズから出射された光の他に、他の照明用レンズから出射された光も到達する。このように、特許文献1に記載の面光源装置では、照明用レンズから出射される光は、拡散板の広範囲に照射されるため、拡散板のどの位置においても同様の光量の光が照射され、面状の表示部材(例えば液晶パネル)を均一に照らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、面光源装置の薄型化に伴い、光束制御部材と、拡散板との間の距離が短くなっている。例えば特許文献1の面光源装置において、面光源装置の厚みを薄くするため光束制御部材および拡散板の間の距離を短くすると、1つの発光装置の直上における拡散板の一部の被照射領域には、被照射領域の直下に配置されていない発光装置から出射された光が到達しにくい。よって、特許文献1に記載の面光源装置において、光束制御部材および拡散板の間の距離を短くすると、輝度ムラが生じることが考えられる。さらに、特許文献1の面光源装置において、発光素子から出射された光の色を光学シートで変換しようとすると、輝度ムラが生じることにより、色ムラが生じることが考えられる。
【0006】
本発明の目的は、基板および拡散板の間の距離が近い場合であっても、輝度ムラおよび色ムラを抑制できる面光源装置を提供することである。また、本発明の別の目的は、当該面光源装置を有する表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の面光源装置は、基板に配置された発光素子と、前記発光素子の上に配置され、前記発光素子から出射された光の配光を制御するための光束制御部材と、前記光束制御部材の上に配置され、それぞれ第1傾斜面を有する複数の第1凸条、それぞれ第2傾斜面を有する複数の凸部またはそれぞれ第3傾斜面を有する複数の凹部を有し、前記光束制御部材から出射された光の配光を制御するための第1光学シートと、前記第1光学シートの上に配置され、前記第1光学シートを透過した光の進行方向を制御する、または所定波長の光を透過するための第2光学シートと、を有する。
【0008】
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。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、基板と拡散板との間の距離が近い場合であっても、輝度ムラおよび色ムラを抑制した面光源装置を提供できる。また、本発明によれば、当該面光源装置を有する表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】
図1A、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2】
図2A、Bは、実施の形態1に係る面光源装置の構成を示す他の図である。
【
図4】
図4A~Cは、第1光学シートの凸条、凸部または凹部を説明するための図である。
【
図5】
図5A、Bは、実施の形態1における光束制御部材の構成を示す図である。
【
図6】
図6A~Eは、実施の形態1における光束制御部材の構成を示す図である。
【
図7】
図7は、実施の形態1に係る面光源装置における光路図である。
【
図8】
図8A、Bは、輝度または色度の測定位置と、平均輝度に対する第1光学シートの影響を調べた結果を示す図である。
【
図9】
図9A、Bは、輝度分布に対する凸条または凸部のみの影響の結果を示すグラフである。
【
図10】
図10A、Bは、面光源装置における輝度分布の測定結果を示すグラフである。
【
図11】
図11A、Bは、面光源装置における輝度分布の測定結果を示すグラフである。
【
図12】
図12A、Bは、輝度分布に対する基板および第1光学シートの距離の影響の結果を示すグラフである。
【
図13】
図13A、Bは、実施の形態2に係る面光源装置の構成を示す図である。
【
図14】
図14A~Dは、実施の形態2における光束制御部材の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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、本発明に係る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100について説明する。これらの面光源装置100は、面光源装置からの光を照射される表示部材102(例えば液晶パネル)と組み合わせることで、表示装置100’として使用されうる(
図1B参照)。
【0012】
[実施の形態1]
(面光源装置の構成)
図1A、B、
図2A、Bおよび
図3は、本発明の実施の形態1に係る面光源装置100の構成を示す図である。
図1Aは、平面図であり、
図1Bは、正面図である。
図2Aは、
図1Bに示されるA-A線の断面図であり、
図2Bは、
図1Aに示されるB-B線の断面図である。
図3は、
図2Bの一部を拡大した部分拡大断面図である。
図3では、光束制御部材170を基板150に固定するための脚部を省略している。
【0013】
図1A~
図3に示されるように、面光源装置100は、発光素子160および光束制御部材170をそれぞれ含む複数の発光装置120と、第1光学シート130と、第2光学シート140とを有する。本実施の形態では、発光装置120と、第1光学シート130とは、筐体110の内部に配置されている。複数の発光装置120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。第2光学シート140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。光束制御部材170および第1光学シート130の間の距離は、光束制御部材170の厚み以下であることが好ましい。
【0014】
図3に示されるように、発光装置120は、基板150上に固定されている。基板150は、筐体110の底板112上の所定の位置に固定されている。発光装置120は、発光素子160および光束制御部材170を有する。
【0015】
発光素子160は、面光源装置100の光源である。発光素子160は、基板150上に実装されている。発光素子160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。また、発光素子160の種類は、特に制限されない。発光素子160は、天面および側面から光を出射する発光素子160(例えば、COB型発光ダイオード)が好ましい。本実施の形態では、従来の発光素子の発光面よりも小さい発光面を有する発光素子160を使用している。発光面の一辺の長さは、0.1~1.0mmの範囲内である。発光素子160の発光面の大きさは、例えば0.2mm×0.38mmである。
【0016】
光束制御部材170は、発光素子160から出射された光の配光を制御する光学部材である。光束制御部材170は、発光素子160の上に配置されている。光束制御部材170は、複数の入射ユニット171を有し、各入射ユニット171(第1光学面173)の中心軸CAが各発光素子160の光軸LAにそれぞれ一致するように、複数の発光素子160の上に配置されている。なお、本実施の形態における光束制御部材170では、光束制御部材170の入射ユニット171(第1光学面173および第2光学面174)は回転対称である。この入射ユニット171の回転軸を「入射ユニット171、第1光学面173または第2光学面174の中心軸CA」という。また、「発光素子160の光軸LA」とは、発光素子160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160が実装された基板150と光束制御部材170の裏面との間には、発光素子160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てもよいし、形成されていなくてもよい。
【0017】
光束制御部材170は、一体成形により形成されている。光束制御部材170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。光束制御部材170の材料の例には、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、またはガラスが含まれる。
【0018】
光束制御部材170は、入射ユニット171と、出射ユニット172とを有する。入射ユニット171は、発光素子160から出射された光を入射させる第1光学面173と、第1光学面173で入射した光を出射ユニット172に向けて反射させる第2光学面174とを含む。出射ユニット172は、入射ユニット171の第2光学面174からの光を反射させるための第3光学面175と、入射ユニット171からの光の一部を反射させ、他の一部を出射させるための第4光学面176とを含む。なお、本実施の形態では、側束制御部材170は、第1光学シート130を支持する支持突起177をさらに有する。光束制御部材170の詳細な構成については後述する。
【0019】
図4A~Cは、第1光学シート130の第1凸条183、凸部186aおよび凹部186bを説明するための図である。
図4Aは、複数の第1凸条183を有する第1光学シート130の表面構造を示す斜視図であり、
図4Bは、複数の凸部186aを有する第1光学シート130の表面構造を示す斜視図であり、
図4Cは、複数の凹部186bを有する第1光学シート130の表面構造を示す斜視図である。
【0020】
第1光学シート130は、光束制御部材170から出射された光の配光を制御する光学シートである。第1光学シート130は、液晶パネルなどの表示部材とほぼ同じ大きさである。例えば、第1光学シート130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。第1光学シート130は、光拡散性を付与するため、その内部にビーズなどの光拡散子が分散していてもよい。第1光学シート130の厚みは、特に限定されない。第1光学シート130の厚みは、例えば0.1~2.5mmの範囲内が好ましく、0.2~2.0mmの範囲内がより好ましい。
【0021】
第1光学シート130は、光束制御部材170の上に配置されている。言い換えると、第1光学シートは、複数の発光装置120を覆うように、光束制御部材170に対して発光素子160と反対側に配置されている。第1光学シート130は、発光装置120から出射された光を面光源装置100の発光面に向けて制御する。
【0022】
第2光学シート140は、前記第1光学シートに対向した第3面191または反対側の第4面192に第4傾斜面194を有する複数の第2凸条193を有することが好ましい。第2凸条193の第2稜線195と、第1光学シート130の第1凸条183の第1稜線185とは、平面視した時に略直交であることが好ましい。すなわち、第2稜線195および第1稜線185が重なり合ってできる角度は、70°以上90°以下がより好ましく、90°であることが特に好ましい。
【0023】
図4Aに示されるように、第1光学シート130は、第1傾斜面184を含む複数の第1凸条183を有するか、または
図4Bに示されるように、第2傾斜面188aを含む複数の凸部186aを有するか、または、第3傾斜面188bを含む複数の凹部186bを有する。複数の第1凸条183、複数の凸部186a、または複数の凹部186bは、第1光学シート130における光束制御部材170側の第1面181に配置されてもよいし、第1面181と反対側の第2面182に配置されてもよい。本実施の形態では、複数の第1凸条183、複数の凸部186aまたは複数の凹部186bは、光束制御部材170側の第1面181に配置されている。ここで、第1光学シート130の表面が平滑面であると、発光装置120から発光素子160の光軸LAに対して傾斜して出射された光は、第1光学シート130に入射することなく反射(フレネル反射)することがある。本実施の形態では、第1凸条183の第1傾斜面184、凸部186aの第2傾斜面188a、または凹部186bの第3傾斜面188bが発光素子160の光軸LAに対して傾斜するように第1面181に形成されているため、発光装置120から光軸LAに対して傾斜して出射された光は、フレネル反射することなく、第1傾斜面184、第2傾斜面188a、または第3傾斜面188bから第1光学シート130に入射する。また、第2面182に第1凸条183、凸部186a、凹部186bが形成された第1光学シート130では、出射される光が屈折、集光することにより、面光源装置100における発光面での輝度ムラを抑制できる。
【0024】
複数の第1凸条183の大きさは、全て同じ大きさでもよいし、それぞれ異なる大きさでもよい。本実施の形態では、複数の第1凸条183の大きさは、全て同じ大きさである。第1凸条183の数は、面光源装置100の発光面の大きさと、第1凸条183の大きさとに基づいて設定される。複数の第1凸条183は、互いに隙間なく配置されてもよいし、互いに離間して配置されてもよい。本実施の形態では、複数の第1凸条183は、互いに隙間なく配置されている。複数の第1凸条183が隙間なく配置されることで、光束制御部材170から出射された光のうち、多くの光を第1光学シート130に入射させることができる。または、出射される光を屈折、集光させることができる。なお、複数の第1凸条183が離間して配置される場合には、隣り合う第1凸条183の間には平面が形成される。
【0025】
第1凸条183は、2つの第1傾斜面184と、第1稜線185とを有する。本実施の形態では、第1傾斜面184は平面であり、第1稜線185は直線である。第1凸条183が第1面181に配置されている場合、第1傾斜面184の光軸LAに対する傾斜角度は、光束制御部材170から出射された光が透過する角度であれば特に限定されない。第1凸条183が第1面181に配置されている場合、第1傾斜面184の光軸LAに対する傾斜角度は、例えば20~50°の範囲内であり、30~45°の範囲内が好ましい。本実施の形態では、当該角度は45°である。また、隣り合う2つの第1稜線185は、互いに平行でもよいし、互いに平行でなくてもよい。本実施の形態では、隣り合う2つの第1稜線185は、平行である。一方、第1凸条183が第2面182に配置されている場合、第1傾斜面184の光軸LAに対する傾斜角度は、出射する光を屈折、集光させる観点から、例えば20~50°の範囲内である。
【0026】
複数の凸部186aの大きさは、全て同じ大きさでも良いし、それぞれ異なる大きさでもよい。本実施の形態では、複数の凸部186aの大きさは、全て同じ大きさである。凸部186aの数は、面光源装置100の発光面の大きさおよび凸部186aの大きさに基づいて設定される。複数の凸部186aは、隙間なく配置されてもよいし、離間して配置されてもよい。本実施の形態では、複数の凸部186aは、隙間なく配置されている。複数の凸部186aが隙間なく配置されることで、光束制御部材170から出射された光のうち、多くの光を第1光学シート130に入射させることができる。または、出射される光を屈折、集光させることができる。なお、複数の凸部186aが離間して配置される場合には、隣り合う凸部186aの間には平面が形成される。
【0027】
凸部186aは、第2傾斜面188aと、頂点187aとを有する。凸部186aの底面の形状は特に限定されない。凸部186aの底面の形状の例には、円形、多角形が含まれる。本実施の形態では、凸部186aの底面の形状は、正方形である。すなわち、凸部186aは、四角錘形状である。複数(4個)の第2傾斜面188aの光軸LAに対する傾斜角度は、光束制御部材170から出射された光が透過する角度であれば特に限定されない。凸部186aが第1面181に配置されている場合、複数(4個)の第2傾斜面188aの光軸LAに対する傾斜角度は、20~50°の範囲内であり、30~45°の範囲内が好ましい。本実施の形態では、当該角度は45°である。一方、凸部186aが第2面182に配置されている場合、第2傾斜面188aの光軸LAに対する傾斜角度は、出射する光を屈折、集光させる観点から、例えば20~50°の範囲内である。
【0028】
複数の凹部186bの大きさは、全て同じ大きさでも良いし、それぞれ異なる大きさでもよい。本実施の形態では、複数の凹部186bの大きさは、全て同じ大きさである。凹部186bの数は、面光源装置100の発光面の大きさと、凹部186bの大きさとに基づいて設定される。複数の凹部186bは、隙間なく配置されてもよいし、離間して配置されてもよい。本実施の形態では、複数の凹部186bは、隙間なく配置されている。複数の凹部186bが隙間なく配置されることで、光束制御部材170から出射された光のうち、多くの光を第1光学シート130に入射させることができる。または、出射される光を屈折、集光させることができる。なお、複数の凹部186bが離間して配置される場合には、隣り合う凹部186bの間には平面が形成される。
【0029】
凹部186bは、第3傾斜面188bと、底部187bとを有する。本実施の形態では、凹部186bは、底部187bを有する窪みである。凹部186bの頂面の形状は特に限定されない。凹部186bの頂面の形状の例には、円形、多角形が含まれる。本実施の形態では、凹部186bの頂面の形状は、正方形である。複数(4個)の第3傾斜面188bの光軸LAに対する傾斜角度は、光束制御部材170から出射された光が透過する角度であれば特に限定されない。凹部186bが第1面181に配置されている場合、複数(4個)の第3傾斜面188bの光軸LAに対する傾斜角度は、20~50°の範囲内であり、30~45°の範囲内が好ましい。本実施の形態では、当該角度は45°である。一方、凹部186bが第2面182に配置されている場合、凹部186bの光軸LAに対する傾斜角度は、出射する光を屈折、集光させる観点から、例えば20~50°の範囲内である。
【0030】
第2光学シート140は、第1光学シート130を透過した光の進行方向を制御するための光学シートである。第2光学シート140は、一定の方向に進行する光のみを出射させる。具体的には、第2光学シート140は、所定の波長の光を所定の方向に出射させる。第2光学シート140は、液晶パネルなどの表示部材および第1光学シート130とほぼ同じ大きさである。例えば、第2光学シート140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。第2光学シート140の例には、波長変換シート、拡散・反射型偏光シートが含まれる。なお、第2光学シート140は、光拡散性を付与するため、その内部にビーズなどの光拡散子が分散していてもよい。光拡散子が分散した第2光学シート140は、輝度ムラの解消や、モアレを抑制できる。
【0031】
第2光学シート140には、第1光学シート130に対向した第3面191と反対側の第4面192に第4傾斜面194を含む複数の第2凸条193が形成されていてもよい。
【0032】
複数の第2凸条193の大きさは、全て同じ大きさでもよいし、それぞれ異なる大きさでもよい。本実施の形態では、複数の第2凸条193の大きさは、全て同じ大きさである。第2凸条193の数は、面光源装置100の発光面の大きさと、第2凸条193の大きさとに基づいて設定される。複数の第2凸条193は、互いに隙間なく配置されていてもよいし、互いに離間して配置されていてもよい。本実施の形態では、複数の第2凸条193は、互いに隙間なく配置されている。なお、複数の第2凸条193が離間して配置される場合には、隣り合う第2凸条193の間には平面が形成される。
【0033】
第2凸条193は、2つの第4傾斜面194と、第2稜線195と、を有する。本実施の形態では、第2稜線195は、直線である。第4傾斜面194の光軸LAに対する傾斜角度は、例えば20~50°の範囲内であり、本実施の形態では、当該角度は45°である。また、隣り合う2つの第2稜線195は、平行でもよいし、平行でなくてもよい。本実施の形態では、隣り合う2つの第2稜線195は、平行である。
【0034】
支持突起177は、第2光学面174の外周部に配置されている。支持突起177は第1光学シート130を支持する。支持突起177の構成は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。支持突起177は、柱状の凸部でもよいし、第2光学面174の少なくとも一部を囲うように配置された部分円環状の凸部でもよい。本実施の形態では、支持突起177は、複数の円柱状の突起である。
【0035】
(光束制御部材の構成)
ここで、光束制御部材170の構成について説明する。
図5Aは、光束制御部材170の平面図であり、
図5Bは、底面図である。
図6Aは、光束制御部材170の正面図であり、
図6Bは、
図5Aに示されるA-A線の断面図であり、
図6Cは、
図5Aに示されるB-B線の断面図であり、
図6Dは、
図5Aに示されるC-C線の断面図であり、
図6Eは、
図5Aに示されるD-D線の断面図である。
【0036】
図5A、Bおよび
図6A~Eに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材170は、基板150上に配置された複数の発光素子160から出射された光の配向を制御するための光学部品である。前述したとおり、光束制御部材170は、複数の入射ユニット171と、複数の出射ユニット172とを有する。
【0037】
複数の入射ユニット171は、発光素子160の配列に対応して格子状に配置されている。出射ユニット172は、基板150に沿う方向において複数の入射ユニット171の間に配置されている。
【0038】
入射ユニット171は、複数(本実施の形態では4個)の発光素子160から出射された光をそれぞれ入射させる。入射ユニット171は、発光素子160から出射された光を入射させる第1光学面173と、第1光学面173で入射した光を出射ユニット172に向けて反射させる第2光学面174とを有する。
【0039】
第1光学面173は、光束制御部材170の裏側の発光素子160と対向する位置に形成されている凹部の内面である。第1光学面173は、発光素子160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170の内部に入射させる。第1光学面173は、発光素子160の光軸LAと交わり、光軸LAに対して回転対称(円対称)である。第1光学面173の形状は、特に限定されず、第1光学面173で入射した光が第2光学面174で反射して、または直接出射ユニット172に向かうように設定される。本実施の形態では、第1光学面173は、発光素子160の光軸LAから離れるにつれて基板150からの距離が徐々に短くなるような形状である。より、具体的には、第1光学面173は、発光素子160の光軸LAから離れるにつれて、接線の傾きが小さくなるように形成されている。
【0040】
第2光学面174は、第1光学面173を挟んで発光素子160と反対側に配置されている。第2光学面174は、第1光学面173で入射した光を基板150に沿う方向であって、出射ユニット172に向けて反射させる。第2光学面174は、第1光学面173で入射した光が上方に抜けるのを抑制して発光素子160の直上に明部が発生するのを防ぐとともに、発光素子160間に光を導いて発光素子160間に暗部が発生するのも防ぐ。第2光学面174の形状は第1光学面173から入射した光を側方に反射させることができれば特に制限されない。第2光学面174は、例えば発光素子160の光軸LAに対して回転対称(円対称)であり、かつ、発光素子160の光軸LAから離れるにつれて基板150から離れるように構成されていてもよい。
【0041】
この回転対称の中心部分から外周部分にかけての母線は、発光素子160の光軸に対して傾斜した曲線または直線である。第2光学面174は、第1光学面173の中心軸CAを回転軸として、この母線を360°回転させた状態の凹面である。
【0042】
出射ユニット172は、複数の入射ユニット171で入射した光を導光しながら出射させる。本実施の形態では、4つの入射ユニット171が仮想四角形の各角に配置されているとした場合、光束制御部材170は、仮想四角形の4つの辺に対応する位置にそれぞれ各辺に沿うように配置されている4つの出射ユニット172と、仮想四角形に取り囲まれるように配置されている1つの出射ユニット172とを有している。各出射ユニット172は、基板150と対向するように配置され、入射ユニット171の第2光学面174からの光を反射させるための第3光学面175を有する。また、出射ユニット172は、第3光学面175と対向して配置され、入射ユニット171からの光の一部を反射させ、他の一部を出射させるための第4光学面176を有する。
【0043】
出射ユニット172は、第3光学面175および第4光学面176の間の距離が、入射ユニット171から離れるほど大きくなる部分を有する。これにより、入射ユニット171からの光は入射ユニット171から離れるほど第4光学面176から出射されやすくなる。
【0044】
第4光学面176の形状は、第3光学面175と第4光学面176との間隔が入射ユニット171から離れるほど大きくなる部分があるような形状であれば特に制限されない。第4光学面176の形状は、例えば、入射ユニット171から離れるほど、第3光学面175との間隔が大きくなる曲面または傾斜面が好ましい。本実施の形態では、前記仮想四角形の4つの辺に対応する位置に配置されている4つの第4光学面176は、それぞれ2つの傾斜面である。一方、前記仮想四角形に取り囲まれるように配置されている第4光学面176は、円環状の平面と、当該平面の中央部分に配置された逆円錐形の側面と、当該平面の外縁部に配置された逆円錐形の側面の一部により構成される凹面である(
図7B、
図7E参照)。
【0045】
(配光特性)
図7は、本実施の形態に係る面光源装置における光路図である。
図7では、発光素子160から出射された光の光路を矢印で示すため、ハッチングを省略している。また、ここでは、第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130を有する面光源装置100の場合について説明する。
【0046】
図7に示されるように、発光素子160から出射された光は、第1光学面173で光束制御部材170の内部に入射する。第1光学面173で入射した光のうち、一部の光は、直接出射ユニット172に向かい、他の一部は第2光学面174で反射されて出射ユニット172に向かう。出射ユニット172に到達した光は、第3光学面175と第4光学面176との間で繰り返し反射されて出射ユニット172内を導光される。このとき、第4光学面176に到達した光の一部は、反射されずに第4光学面176から出射される。このとき、光束制御部材170から出射される光は、発光素子160の光軸LAに対して傾斜して出射される。
【0047】
また、光束制御部材170の側面に向かった光は、側面から出射される。このとき、光束制御部材170から出射される光は、発光素子160の光軸LAに対して傾斜して出射される。
【0048】
このように、光束制御部材170から出射される光は、発光素子160の光軸LAに対して傾斜して出射される。発光素子160の光軸LAに対して傾斜して出射された光は、第1面181に配置された第1凸条183の第1傾斜面184から第1光学シート130に入射する。第1面181で入射した光は、第1光学シート130によって、進行方向を制御され、第2面182から出射される。第2面182から出射された光は、第2光学シート140で所定の波長の光が主として出射される。これにより発光素子160から出射された光は、第1光学シート130および第2光学シート140によって、輝度ムラが抑制されるとともに、色ムラが改善される。
【0049】
(実験1)
まず、面光源装置100において、平均輝度に対する第1光学シート130における第1凸条183および凸部186aの影響について調べた。ここでは、基板150に配置された発光素子160(発光面の大きさが0.2mm×0.38mm)と、
図5に記載の光束制御部材170と、第1光学シート130とを有する面光源装置100における平均輝度について調べた。すなわち、本実験では、第2光学シート140を使用していない。第1光学シート130としては、RM831s(住友化学株式会社)(
図8Bのa)と、第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(
図8Bのb)と、第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(
図8Bのc)と、第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(
図8Bのd)と、第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(
図8Bのe)とを使用した。基板150と、第1光学シート130との距離は、3.0mmとした。なお、RM831sは、シリコーンの散乱粒子を含み、その表面にはエッチング模様が形成されている。
【0050】
図8A、Bは、輝度または色度の測定位置と、平均輝度に対する第1光学シート130の影響を調べた結果を示す図である。
図8Aは、発光装置120の配置と、平均輝度の測定範囲との関係を示す模式図である。
図8Bは、各第1光学シート130と、測定範囲における平均輝度との関係を示すグラフである。
図8Aの領域Aは、平均輝度を求めた範囲を示しており、直線Bは、後述の実験2~5における輝度または色度yの測定位置を示している。
図8Bの横軸は、使用した各第1光学シートをa~eで示しており、縦軸は、平均輝度を示している。
【0051】
図8A、Bに示されるように、光束制御部材170に対向した第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)を用いた面光源装置100における平均輝度と、第1面181と反対側の第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)を用いた面光源装置100における平均輝度と、第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d)を用いた面光源装置100における平均輝度と、第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)を用いた面光源装置100における平均輝度とは、市販の拡散板(RM831s;a)を用いた面光源装置100における平均輝度よりも高かった。これは、第1面181に第1凸条183または凸部186aが配置されている場合には、光束制御部材170から出射された光が第1凸条183または凸部186aにより、適切に第1光学シート130に入射させることができたと考えられる。第2面182に第1凸条183または凸部186aが配置されている場合には、出射される光を適切に屈折、集光できたためと考えられる。さらに、第1面181に第1凸条183または凸部186aが形成された第1光学シート130(b、d)を用いた面光源装置100における平均輝度は、第2面182に第1凸条183または凸部186aが形成された第1光学シート130(c、e)を用いた面光源装置における平均輝度よりも高かった。
【0052】
(実験2)
次いで、実験1で用いた各面光源装置100における輝度分布について調べた。輝度分布は、
図8Aにおける直線Bの位置で測定した。
図9Aは、第1凸条183が形成された第1光学シート130を用いた場合の結果を示しており、
図9Bは、凸部186aが形成された第1光学シート130を用いた場合の結果を示している。
図9A、Bの横軸は中心からの距離を示しており、縦軸は輝度を示している。
図9Aの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており、点線は、第1光学シート130として第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)を用いた場合の結果を示している。
図9Bの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており(
図9Aの実線と同じ)、点線は、第1光学シート130として第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)を用いた場合の結果を示している。
【0053】
図9A、Bに示されるように、第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)を用いた面光源装置100における輝度分布と、第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)を用いた面光源装置100における輝度分布と、第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d)を用いた面光源装置100における輝度分布と、第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)とを用いた面光源装置100における輝度分布とは、市販の拡散板(RM831s;a)を用いた面光源装置100における輝度分布より輝度ムラが抑制された。特に、
図9A、Bにおいて破線で示された領域Rにおいて、輝度ムラの抑制が顕著だった。なお、
図9A、Bにおいて破線で示された領域Rは、光束制御部材170を平面視したときの中央部分に相当する。これは、光束制御部材170の中央部分に配置された出射ユニット172から出射された光を効率よく第1光学シート130に入射させることができたためと考えられた。
【0054】
(実験3)
次に、発光素子160、光束制御部材170、第1光学シート130、第2光学シート140(下側第2光学シート140aおよび上側第2光学シート140b)を有する面光源装置100における輝度分布について調べた。輝度分布は、
図8Aにおける直線Bの位置で測定した。発光素子160、光束制御部材170および第1光学シート130は、それぞれ実験1と同様の部材を使用した。下側第2光学シート140aとして、波長変換シートを使用し、上側第2光学シート140bとして、拡散・反射型偏光フィルムを使用した。
【0055】
図10Aは、第1凸条183が形成された第1光学シート130(b、c)を用いた場合の結果を示しており、
図10Bは、凸部186aが形成された第1光学シート130(d、e)を用いた場合の結果を示している。
図10A、Bの横軸は中心からの距離を示しており、縦軸は輝度を示している。
図10Aの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており、点線は、第1光学シート130として第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)を用いた場合の結果を示している。
図10Bの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており(
図10Aの実線と同じ)、点線は、第1光学シート130として第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)を用いた場合の結果を示している。
【0056】
図10A、Bに示されるように、発光素子160、光束制御部材170、第1光学シート130、第2光学シート140(下側第2光学シート140aおよび上側第2光学シート140b)を有する各面光源装置100では、第1光学シート130としてRM831sを使用した場合を除いて、輝度分布に差異は見られなかった。
【0057】
(実験4)
次に、実験3における各面光源装置100における色度yについて調べた。色度yは、
図8Aにおける直線Bの位置で測定した。
【0058】
図11Aは、第1凸条183が形成された第1光学シート130(b、c)を用いた場合の結果を示しており、
図11Bは、凸部186aが形成された第1光学シート130(d、e)を用いた場合の結果を示している。
図11A、Bの横軸は中心からの距離を示しており、縦軸は色度を示している。
図11Aの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており、点線は、第1光学シート130として第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)を用いた場合の結果を示している。
図11Bの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており(
図11Aの実線と同じ)、点線は、第1光学シート130として第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)を用いた場合の結果を示している。
【0059】
図11A、Bに示されるように、第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)、第2面182に第1凸条が形成された第1光学シート130(c)、第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート(d)、第2面に凹凸が形成された第1光学シート(e)を用いた面光源装置における色度分布は、市販の拡散板(RM831s;a)を用いた面光源装置における色度分布より色ムラが抑制された。特に、
図11A、Bにおいて破線で示された領域Rにおいて、色ムラの抑制が顕著だった。なお、
図11A、Bにおいて破線で示された領域Rは、光束制御部材を平面視したときの中央部分に相当する。
【0060】
(実験5)
次に、実験4における基板150および第1光学シート130の距離を2.65mmにした各面光源装置100における色度yについて調べた。なお、本実験における光束制御部材170および第1光学シート130は、接触している。色度yは、
図8Aにおける直線Bの位置で測定した。
【0061】
図12Aは、第1凸条183が形成された第1光学シート130(b、c)を用いた場合の結果を示しており、
図12Bは、凸部186aが形成された第1光学シート130(d、e)を用いた場合の結果を示している。
図12A、Bの横軸は中心からの距離を示しており、縦軸は輝度を示している。
図12Aの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており、点線は、第1光学シート130として第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)を用いた場合の結果を示している。
図12Bの実線は、第1光学シート130としてRM831s(a)を用いた場合の結果を示しており(
図12Aの実線と同じ)、点線は、第1光学シート130として第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d)を用いた場合の結果を示しており、一点鎖線は、第1光学シート130として第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)を用いた場合の結果を示している。
【0062】
図12A、Bに示されるように、第1面181に第1凸条183が形成された第1光学シート130(b)、第2面182に第1凸条183が形成された第1光学シート130(c)、第1面181に凸部186aが形成された第1光学シート130(d、第2面182に凸部186aが形成された第1光学シート130(e)を用いた面光源装置100における色ムラは、市販の拡散板(RM831s;a)を用いた面光源装置100における色ムラより抑制された。特に、
図12A、Bにおいて破線で示された領域Rにおいて、色ムラの抑制が顕著だった。なお、
図12A、Bにおいて破線で示された領域Rは、光束制御部材170を平面視したときの中央部分に相当する。
【0063】
(効果)
本発明によれば、第1光学シート130の第1面181に第1凸条183、凸部186aまたは凹部186bが形成された場合には、到達した光を第1光学シート130に取り込むことができる。また、第1光学シート130の第2面182に第1凸条183、凸部186aまたは凹部186bが形成された場合には、出射する光を屈折、集光できる。よっていずれの場合にも輝度ムラを抑制できる。また、かつ第2光学シート140で光の進行方向を制御するため、面光源装置100から出射される光の色ムラを抑制できる。
【0064】
[実施の形態2]
(面光源装置の構成)
次に、実施の形態2に係る面光源装置200について説明する。本実施の形態に係る面光源装置200は、光束制御部材270の構成と、発光素子160および光束制御部材270の対応関係のみとが実施の形態1に係る面光源装置100と異なる。そこで、本実施の形態では、主として、光束制御部材270の構成と、発光素子160および光束制御部材270の対応関係とについて説明し、実施の形態1における面光源装置100と同様の構成については、同様の符号を付してその説明を省略する。
【0065】
図13Aは、天板114、第1光学シート130および第2光学シート140を除いた面光源装置200の断面図であり、
図13Bは、
図13Aに示されるA-A線の部分拡大図である。
【0066】
図13A、Bに示されるように、面光源装置200は、発光素子160および光束制御部材270を含む複数の発光装置220と、第1光学シート130と、第2光学シート140とを有し、筐体110の内部に配置されている。本実施の形態では、1個の発光素子160に対して1個の光束制御部材270が配置されている。
【0067】
【0068】
図14A~Dに示されるように、本実施の形態に係る光束制御部材270は、第1光学面173と、第2光学面174と、第5光学面275と、第6光学面276とを有し、中心軸CAを中心とした回転対称である。
【0069】
第1光学面173は実施の形態1における第1光学面173と同じであり、第2光学面174は実施の形態における第2光学面174と同じであるため、その説明を省略する。
【0070】
第5光学面275は、第2光学面174および第6光学面276に接続されている。第5光学面275は、第2光学面174で反射した光を外部に出射させる。本実施の形態では、第5光学面275は、光束制御部材270の側面である。第5光学面275は、上記の機能を発揮できれば特に限定されない。本実施の形態では、第5光学面275の形状は、中心軸CAに対して回転対称(円対称)の形状である。より具体的には、本実施の形態では、第5光学面275の形状は、中心軸CAと略平行である。
【0071】
第6光学面276は、第1光学面173を取り囲むように、中心軸CAから離れる方向に延在している。第6光学面276の外縁部には、第5光学面275が接続されている。
【0072】
特に図示しないが、本実施の形態に係る面光源装置200においても発光装置220から出射される光の多くは、発光素子160の光軸LA(中心軸CA)に対して傾斜しており、第1光学シート130に取り込まれるため、実施の形態1における面光源装置100と同様に色ムラを抑制できる。
【0073】
(効果)
本発明によれば、本実施の形態に係る面光源装置200は、実施の形態1に係る面光源装置100と同様の効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【0074】
本発明の面光源装置は、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できる。
【符号の説明】
【0075】
100、200 面光源装置
100’ 表示装置
102 表示部材
110 筐体
112 底板
114 天板
120、220 発光装置
130 第1光学シート
140 第2光学シート
140a 下側第2光学シート
140b 上側第2光学シート
150 基板
160 発光素子
163 第3光学面
164 第4光学面
170、270 光束制御部材
171 入射ユニット
172 出射ユニット
173 第1光学面
174 第2光学面
175 第3光学面
176 第4光学面
177 支持突起
181 第1面
182 第2面
183 第1凸条
184 第1傾斜面
185 第1稜線
186a 凸部
186b 凹部
187a 頂点
187b 底部
188a 第2傾斜面
188b 第3傾斜面
191 第3面
192 第4面
193 第2凸条
194 第4傾斜面
195 第2稜線
275 第5光学面
276 第6光学面
CA 中心軸