(57)【要約】光を広げるパワーの強いレンズを用いながら、輝度及び色が共に均一化された、低コストで省エネルギーの発光装置、この発光装置を有する面光源、この面光源を有する液晶ディスプレイ装置、および発光装置に備わるレンズを提供する。発光装置（１）は、複数個の発光ダイオード（２）およびこの発光ダイオードからの光を拡張するレンズ（３）を有する。レンズは、光軸を中心として発光ダイオードからの光が入射する入射面（３１）と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面（３２）とを有する。入射面は、連続する凹面を有し、出射面は、連続する凸面を有し、かつレンズは、光軸に直交する第１方向と、光軸および第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる。
2012164792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源（２）およびこの光源を覆って配置され光源からの光を拡張するレンズ（３）を有する発光装置（１）において、
前記レンズは、光軸を中心として光源からの光が入射する入射面（３１）と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面（３２）と、を有し、
前記入射面は、連続する凹面を有し、前記出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる、
発光装置。
【請求項２】
前記入射面が、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記レンズは、前記入射面の周囲に位置し前記出射面と反対側に位置する底面（３３）をさらに有し、
前記底面には、光軸に沿って凹形状の反射部（３４）を有する、請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記入射面は、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む凹面であり、
前記出射面は、前記光軸に対して回転対称な凸面である、請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射部は、光軸を中心とした円状又は楕円状に配置されている、請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記反射部は、前記底面とのなす角θが、次の条件式、
１５°＜θ＜４５°
を満足する、請求項３に記載の発光装置。
【請求項７】
前記反射部は、前記レンズの有効半径の６５％以上、光軸から外側の位置に少なくとも１つ配置されている、請求項３に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光源は、発光素子（２２）と、該発光素子上にドーム状に形成された蛍光体層（２３）とを含み、前記蛍光体層の表面に発光面（２１）が構成されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
光源（２）およびこの光源を覆って配置され光源からの光を拡張するレンズ（３）を有する複数個の発光装置（１）と、
前記発光装置に対向して配置され光源の光軸に直交して延在する拡散板（４）と、
前記発光装置から出射した光を前記拡散板側に反射させる反射用部材（６）と、
を備え、
前記レンズは、光源の光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なり、
複数個の前記発光装置は、前記拡散板に対向して分散して配置される、
面光源。
【請求項１０】
液晶表示パネル（８）と、該液晶表示パネルの背面側に配置され、該液晶表示パネルに対応する大きさの面光源（７）とを備えた液晶ディスプレイ装置であって、前記面光源は、複数個の光源（２）および該光源を覆って配置され光源からの光を拡張するレンズ（３）を有する発光装置（１）と、発光装置に対向して前記液晶表示パネルに隣接して配置され光源の光軸に直交して延在する拡散板（４）と、前記発光装置から出射した光を前記拡散板側に反射させる反射用部材（６）と、を備えた液晶ディスプレイ装置（１０１）において、
前記面光源は、複数個の前記発光装置を、前記拡散板に対向して分散させて配置し、
前記発光装置のレンズは、光軸を中心として光源からの光が入射する入射面（３１）と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面（３２）と、を有し、
前記入射面は、連続する凹面を有し、前記出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方において、前記光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる、
液晶ディスプレイ装置。
【請求項１１】
発光ダイオード（２）からの光を拡張するレンズ（３）において、
前記レンズは、光軸を中心として発光ダイオードからの光が入射する入射面（３１）と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面（３２）と、を有し、
前記入射面は、連続する凹面を有し、前記出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方において、前記光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる、
レンズ。
【請求項１２】
前記入射面は、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１３】
前記入射面の周囲に位置し前記出射面と反対側に位置する底面（３３）をさらに有し、
前記底面には、光軸に沿って凹形状の反射部（３４）を有する、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１４】
前記入射面は、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む凹面であり、
前記出射面は、前記光軸に対して回転対称な凸面である、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１５】
前記反射部は、光軸を中心とした円状又は楕円状に配置されている、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１６】
前記反射部は、前記底面とのなす角θが、次の条件式
１５°＜θ＜４５°
を満足する、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１７】
前記反射部は、前記レンズの有効半径の６５％以上、光軸から外側の位置に少なくとも１つ配置されている、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１８】
前記発光ダイオードは、発光素子（２２）と、該発光素子上にドーム状に形成された蛍光体層（２３）とを含み、前記蛍光体層の表面に発光面（２１）が構成されている、請求項１１に記載のレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発光ダイオード（以下単に「ＬＥＤ」という。）等の光源からの光の方向性をレンズで広げる発光装置に関する。また、本発明は、この発光装置を複数備える面光源、およびこの面光源がバックライトとして液晶表示パネル後方に配置された液晶ディスプレイ装置、さらに、発光装置に備わるレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型の液晶ディスプレイ装置のバックライトでは、冷陰極管が液晶表示パネル直下に多数配置され、これらの冷陰極管が拡散板や反射板等の部材と共に使われていた。近年では、バックライトの光源としてＬＥＤが使用されるようになっている。ＬＥＤは、近年、発光効率が向上し、蛍光灯に変わる消費電力の少ない光源として期待されている。また液晶ディスプレイ装置用の光源としては映像に応じてＬＥＤの明暗を制御することで液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。【０００３】
液晶ディスプレイ装置において、ＬＥＤを光源とするバックライトでは、冷陰極管の代わりに多数のＬＥＤを配置することとなる。多数のＬＥＤを用いることでバックライト表面に均一な明るさを得ることができるが、多数のＬＥＤが必要なことから、安価にできない問題があった。この欠点を解決すべく、１個のＬＥＤの出力を大きくし、使用するＬＥＤの個数を減らす取り組みがなされている。例えば特許文献１では、少ない個数のＬＥＤでも均一な輝度の面光源が得られるようにする発光装置が提案されている。【０００４】
少ない個数のＬＥＤで均一な輝度の面光源を得るためには、１個のＬＥＤで照明可能な照明領域を大きくする必要がある。このために特許文献１の発光装置では、ＬＥＤからの光をレンズで放射状に拡張している。これにより、ＬＥＤからの光の方向性が広げられ、被照射面において、ＬＥＤの光軸を中心とする広い範囲を照明することができる。具体的に、特許文献１の発光装置に用いられるレンズは、平面視で円形状をなしており、光入射面と光制御出射面とが共に光軸に対して回転対称な形状である。ここで、光入射面は、凹面にて形成され、光制御出射面は、光軸近傍部分が凹面で光軸近傍部分の外側部分が凸面にて形成されている。【０００５】
一方、特許文献２には、光出射面の中央に、光軸と直交する方向に延びるＶ溝が形成されたレンズを用いた発光装置が開示されている。この発光装置のレンズによれば、ＬＥＤからの光は、Ｖ溝が延びる方向（縦方向）には、正規分布の角度分布を保ったまま拡張されるが、Ｖ溝が延びる方向と直交する方向（横方向）には、角度分布が光軸近傍では大きく窪み、その両側では急峻に立ち上がるように拡張される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９２９８３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ素子に、ＹＡＧ系やＴＡＧ系などの蛍光体を設けて、疑似白色光を生成するものが主流となっている。このような光源は、パッケージに青色ＬＥＤ素子をボンディングし、青色ＬＥＤ素子を覆うように蛍光体を分散させた透明樹脂を充填して作られている。【０００８】
このような光源は、青色ＬＥＤ素子による青色の光と、青色の光により励起された蛍光体が発光して作る黄色の光とで擬似白色の光を得ているため、青色の発光面サイズと、黄色の発光面のサイズとが異なる。そのため、このようなＬＥＤの光を、特許文献１にあるようなレンズを用いて広げた場合、色によって光の広がりに差が生じ、光源からの光が照射される面光源内の被照射面において色ムラが生じてしまうことになる。またこの色ムラは、光を広げるパワーが強いレンズほど顕著になる傾向にある。【０００９】
ＬＥＤの発光効率が向上しつつある近年においては、光源１つあたりの、上記被照射面における照射面積を広げ、なおかつ、輝度及び色が共に均一化された、低コストで省エネルギーの発光装置が望まれる。【００１０】
なお、特許文献２の発光装置は、放射する光に意図的に異方性を作り出すものであるため、上述の要望を満たすものではない。【００１１】
本発明は、上述の要望に鑑み、光を広げる力がある広配光レンズを用いながら、光源が持っている異なる色の光によって生じる被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化された発光装置を提供するとともに、この発光装置を含む面光源、および液晶ディスプレイ装置、さらに発光装置に備わるレンズ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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における発光装置は、光軸を中心として光を放射する発光装置であって、発光素子、および前記発光素子を覆い蛍光体を分散させた樹脂を有する光源と、前記光源からの光を放射状に拡張するレンズとを備え、前記レンズは、前記光軸と直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる。【００１３】
また、本発明の第２態様における面光源は、平面的に配置された複数の発光装置と、前記複数の発光装置を覆うように配置され、前記複数の発光装置から被照射面に照射された光を放射面から拡散した状態で放射する拡散板と、を備える面光源であって、前記複数の発光装置のそれぞれは、上述の第１態様における発光装置である。【００１４】
さらに、本発明の第３態様における液晶ディスプレイ装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの裏側に配置された上述の第２態様における面光源と、を備える。【００１５】
さらに、本発明の第４態様におけるレンズは、発光ダイオードからの光を拡張するレンズであって、光軸を中心として発光ダイオードからの光が入射する入射面と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面と、を有し、入射面は、連続する凹面を有し、出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方において、光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なるように構成した。
【発明の効果】
【００１６】
上述の第１態様における発光装置によれば、光軸と直交する第１方向のレンズの屈折力と、光軸および第１方向に直交する第２方向のレンズの屈折力とが異なることで、レンズの出射面側で生じる光の全反射成分が低減される。従って、本発明の第１態様における発光装置によれば、光を広げるパワーの強いレンズを用いながらも、光源が持っている色の異なる光によって生じる被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化された発光装置を提供することができる。さらに、この発光装置を含む第２態様の面光源、および第３態様の液晶ディスプレイ装置においても、被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化できる。さらにまた、第４態様のレンズにおいても、入射面および出射面の少なくとも一方における第１方向のレンズの屈折力と、第２方向のレンズの屈折力とが異なることから、被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液晶ディスプレイ装置の構成図、
【図２】本発明の実施の形態２に係る面光源の構成図、
【図３】図２の面光源の部分的な断面図、
【図４】本発明の実施の形態３に係る発光装置の平面図、
【図５Ａ】図４のIIＡ−IIＡ線における断面図、
【図５Ｂ】図４のIIＢ−IIＢ線における断面図、
【図６Ａ】光源の具体例を示す斜視図、
【図６Ｂ】光源の具体例を示す斜視図、
【図６Ｃ】光源の具体例を示す斜視図、
【図７】発光装置に用いられる光源の発光面の輝度分布を示すグラフ、
【図８】実施例１に係る発光装置の説明図、
【図９Ａ】実施例１の発光装置に用いられるレンズの入射面形を表す、ＲとｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ（表１をグラフ化）、
【図９Ｂ】実施例１の発光装置に用いられるレンズの入射面形状を表す、ＲとｓａｇＢの関係を示すグラフ（表１をグラフ化）、
【図１０】実施例１の発光装置の照度分布を示すグラフ、
【図１１】実施例１に係る発光装置の効果を確認するための、光源のみで面光源を構成したときの照度分布を示すグラフ、
【図１２】レンズの入射面が回転対称となった以外は実施例１と同様の構成の発光装置の照度分布を示すグラフ、
【図１３】実施例１の色度Ｙ値の分布を示すグラフ、
【図１４】レンズの入射面が回転対称となった以外は実施例１と同様の構成の発光装置の色度Ｙ値の分布を示すグラフ、
【図１５】実施例１の発光装置の反射部が無い場合の照度分布を示すグラフ、
【図１６】実施例１の面光源の照度分布を示すグラフ、
【図１７】光源のみの面光源の照度分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態による発光装置、およびその発光装置を用いた面光源、およびその面光源を用いた液晶ディスプレイ装置について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶ディスプレイ装置１０１の全体の概略構成を示す図である。この液晶ディスプレイ装置１０１は、液晶表示パネル８と、液晶表示パネル８の裏側（反表示面側）に配置された面光源７とを備えている。面光源７は、発光装置１と、発光装置１に対向して設置される拡散板４とを有する。尚、面光源７については、以下の実施の形態２にて詳しく説明する。
【００２０】
複数の発光装置１は、拡散板４に対向して平面的に分散して配置され、これらの発光装置１によって、拡散板４の、発光装置１に対向する裏面（被照射面）は、照度が均一化された光で照射される。この光が拡散板４によって拡散されて、拡散板４の表面（照射面）から出射され、液晶表示パネル８が照明される。
【００２１】
なお、液晶表示パネル８と面光源７との間には拡散シート、プリズムシート等の光学シートが配置されていることが好ましい。この場合、拡散板４を透過した光は、光学シートでさらに拡散されて、液晶表示パネル８を照明する。
【００２２】
（実施の形態２）
ここでは、本発明の実施の形態２に係る面光源７について、詳しく説明する。図２は、面光源７の構成図である。この面光源７は、上述したように、複数の発光装置１と、これらの発光装置１を覆うように配置される拡散板４とを備えている。発光装置１は、光源２と光源２を覆って配置されるレンズ３とを有する。拡散板４は、光源２の光軸に対して直交方向に延在する。また、発光装置１は、筐体内の底部に配置され、底部に対向する筐体の開口部を拡散板４で閉止して、面光源７が形成される。なお、発光装置１は、拡散板４の全面又は略全面に対向して平面的に分散して配置されていればよく、図２に示すように、マトリクス状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよく、その配置形態を問わない。
発光装置１を構成する光源２およびレンズ３については、以下の実施の形態３にて詳しく説明する。
【００２３】
また、面光源７は、図３に示すように、発光装置１を挟んで拡散板４と対向する基板５を備えている。基板５には、各発光装置１の光源２が実装されている。本実施形態では、レンズ３の底面３３が基板５に支柱５５を介して接合されている。さらに基板５上には、光源２を避けながら基板５を覆うように、つまり光源２を露出させながら基板５を覆うように反射シート６が配置されているか、基板５に反射シート６に代わる反射コーティングがされている。尚、反射シート６および反射コーティングは、反射用部材の一例に相当する。また、レンズ３の底面３３は、必ずしも基板５に支柱５５を介して接合されている必要はなく、基板５に直接的に接合されていてもよい。また、支柱５５が、レンズ３と一体で形成されていてもよい。
【００２４】
発光装置１は、拡散板４の被照射面４ａに光を照射する。拡散板４は、被照射面４ａに照射された光を放射面４ｂから拡散された状態で放射する。個々の発光装置１からは拡散板４の被照射面４ａに広い範囲で均一化された照度の光が照射され、この光が拡散板４で拡散されることにより、面内での輝度ムラが少ない面光源７が達成できる。尚、発光装置１から、色ムラが軽減され、輝度及び色が共に均一化された光が照射可能となるメカニズムについては、以下の実施の形態３にて説明する。
【００２５】
発光装置１からの光は、拡散板４で散乱されて、発光装置１側へ戻ったり拡散板４を透過したりする。発光装置１側へ戻って反射シート６に入射する光は、反射シート６で反射されて、拡散板４に再度入射する。
【００２６】
（実施の形態３）
ここでは、本発明の実施の形態３に係る発光装置１について、詳しく説明する。図４ならびに図５Ａおよび５Ｂに、発光装置１の構成を示す。この発光装置１は、既に説明したように、光源２と、光源２からの光を放射状に拡張するレンズ３とを備え、例えば拡散板４の被照射面４ａに、光軸Ａを中心として略円形状に光を放射するものである。すなわち、光源２からの光の方向性がレンズ３で広げられ、これにより拡散板４の被照射面４ａにおける光軸Ａを中心とする広い範囲が照明される。被照射面４ａの照度分布は、光軸Ａ上が最大で、周囲に行くほど略単調に減少する。
【００２７】
本実施形態では、光源２として、発光素子２２をボンディングし、かつ蛍光体を分散させた透明樹脂２３で発光素子２２を覆うように充填して作られているＬＥＤが採用されている。尚、透明樹脂２３が蛍光体層に相当する。このようなＬＥＤのフラットな表面で発光面２１が構成されている。例えば、発光面２１は、図６Ａに示すように円形状であってもよいし、図６Ｂに示すように四角形状であってもよい。また、図６Ｃに示すように、発光素子２２と、発光素子２２上にドーム状に形成され、蛍光体を分散させた透明樹脂２３とで構成されていて、透明樹脂２３の三次元的な表面で発光面２１が構成されていてもよい。
【００２８】
また光源２にボンディングする発光素子２２は、光源の種類によって異なる個数で構成されていてもよい。このとき発光素子２２は、回転対称に配置されていなくてもよい。そのため、本明細書では便宜上、発光面２１は、光軸に直交する第１方向と、光軸および第１方向に直交する第２方向とを有し、第１方向をＸ方向、第２方向をＹ方向とする。
【００２９】
光源２の発光面２１から放射される光は、発光素子２２によって発光した青色の光と、青色の光によって励起された蛍光体からの黄色の光とからなる擬似白色光である。そのため、ニアフィールドにおいて青色と黄色の光の発光面積サイズに差が生じることとなる。また発光素子２２の配置によっても分布が変わるため、本明細書では発光素子の配置により分布に異方性がある場合、便宜上青色と黄色の光の発光面積の差が大きい方をＸ方向、小さい方をＹ方向と定義する。
【００３０】
図７に、光源２の発光面２１における光軸Ａを通ってＸ方向に延びる線上での輝度分布と、光軸Ａを通ってＹ方向に延びる線上での輝度分布とを、それぞれ色別に示す。尚、図７において、縦軸は、照度を最大値で規格化したものを示し、横軸は、光軸からの距離（ｍｍ）を示している。図７に示すように、発光面２１において、黄色の光と青色の光との輝度分布の範囲が異なっている。具体的には、黄色の光の輝度分布が青色の光の輝度分布よりも広がっている。このように、光源２からは、光の色によって輝度分布が異なる光が放射される。よって、本実施形態のように疑似白色光を発生する発光装置１が使用される場合には、色ムラを低減する工夫が必要となる。
【００３１】
レンズ３は、所定の屈折率を有する透明材料で構成される。透明材料の屈折率は、例えば１．４から２．０程度である。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の樹脂、硝子、またはシリコンゴム等のゴムを用いることができる。中でも、従来からＬＥＤの封止樹脂として用いられているエポキシ樹脂またはシリコンゴム等を用いることが好ましい。
【００３２】
具体的に、レンズ３は、図５Ａに示すように、光源２からの光を該レンズ３内に入射させる入射面３１と、該レンズ３内に入射した光を出射させる出射面３２とを有している。出射面３２の最外径は、レンズ３の有効径を規定する。また、レンズ３は、入射面３１の周囲に位置し光軸方向において出射面３２と反対側に位置する底面３３を有している。この底面３３には、光軸Ａを中心とした円状、あるいは楕円状に反射部３４が設けられている。さらに、本実施形態では、出射面３２と底面３３との間に径方向外側に張り出すリング部３５が設けられている。このリング部３５の断面形状は、略コ字状で、出射面３２の外周縁と底面３３の外周縁とがリング部３５によってつながれている。ただし、リング部３５は省略可能であり、出射面３２の外周縁と底面３３の外周縁とが断面直線状または円弧状の端面でつながれていてもよい。以下に、レンズ３の上述の各構成部分について、さらに詳しく説明する。
【００３３】
入射面３１は、本実施形態では連続する凹面である。そして、光源２は、レンズ３の入射面３１と離れて配置されている。出射面３２は、本実施形態では、光軸Ａに対して回転対称な連続する凸面である。入射面３１を取り巻く環状の底面３３は、フラットであることが好ましい。本実施形態では、光源２の発光面２１が、フラットな底面３３と、光軸Ａが延びる光軸方向において同程度の位置にある。
【００３４】
光源２からの光は、入射面３１からレンズ３内に入射した後に出射面３２から出射されて、例えば上述した拡散板４の被照射面４ａに到達する。光源２から放射される光は、入射面３１および出射面３２の屈折作用で拡張され、被照射面４ａの広い範囲に到達するようになる。
【００３５】
さらに、レンズ３は、上述のように光源２から異なる発光面積で放射される、青色と黄色との光によって生じる被照射面４ａでの色ムラを軽減する役割を果たす。これを実現するために、レンズ３は、Ｘ方向の屈折力と、Ｙ方向の屈折力とが異なるように構成されている。本実施形態では、入射面３１がＸ方向とＹ方向とで湾曲態様が異なるアナモフィックな曲面を含むことにより、Ｘ方向の屈折力とＹ方向の屈折力とが異なるようになっている。
【００３６】
上述のように本実施形態では入射面３１がアナモフィックな曲面を含んで構成しているが、出射面３２がアナモフィックな曲面を含むように構成することもできる。つまり、入射面３１および出射面３２の少なくとも一方がアナモフィックな曲面を含むように構成すればよい。
【００３７】
一方、注意すべき点は、上記屈折力とは、光学系の設計や撮像系の設計で一般的に使用されるレンズ「パワー」の概念、つまり非球面レンズならば光軸近傍でのレンズの曲率が異なるという意味ではない。本明細書及び請求範囲で使用する「屈折力」とは、入射面３１および出射面３２の少なくとも一方は、回転楕円体の表面に相当する形状を有し、光軸Ａに直交する断面の形状は、光軸方向におけるいずれの位置にあっても楕円となる、換言するとＸ方向とＹ方向とで光軸Ａからの距離が異なる、あるいは、光源２からの入射面３１および出射面３２への入射角が同じ光であってもＸ方向とＹ方向とでは入射面３１および出射面３２からの光の放出方向が異なる、つまり配光方向が異なるという形態を意味する。また、このような形態の曲面を、ここでは「アナモフィック」と称している。
【００３８】
詳細には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、入射面３１は、光軸Ａ上に頂点Ｑを有している。そして、入射面３１は、頂点Ｑから入射面３１上の点Ｐまでの光軸Ａに沿った距離（すなわち、光軸方向の距離）をサグ量（符号は頂点Ｑから光源２側が負、頂点Ｑから光源２と反対側が正）としたときに、光軸Ａから径方向に同じ距離Ｒだけ離れた位置（すなわち、光軸Ａを中心とする同一円周上）では、Ｘ方向におけるサグ量ｓａｇＡＸとＹ方向におけるサグ量ｓａｇＡＹとが異なる、形状を有している。なお、入射面３１は、サグ量が光軸Ａの近傍ではプラスとなるように頂点Ｑからいったん光源２の反対側に後退した後に、光源２側に延びていてもよい。
【００３９】
以上のような発光装置１であれば、光源２によって生じる色ムラは、レンズ３によって低減される。従って、相対的に小さなレンズ３を用いながらも、光源２の特性である色ムラを軽減して放射することができる。
【実施例１】
【００４０】
以下、本発明の具体的な数値例として、発光装置１の実施例１を示す。【００４１】
図８は、実施例１の発光装置１の断面図である。実施例１は、入射面３１の全面がアナモフィックな曲面であり、出射面３２が回転対称なレンズ３が採用されている。【００４２】
なお、図８中のＱ、Ｐ、ｓａｇＡＸ（ｓａｇＡＹ）は、図５Ａおよび図５Ｂ中に示したものと同じである。また、図８中のｓａｇＢは、光軸Ａから距離Ｒ離れた位置での出射面３２のサグ量である。【００４３】
・実施例１
実施例１において、光源２は、発光面２１の大きさが、おおよそφ３．０ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げ、色ムラを抑えることを目的としている。実施例１において、レンズ３の有効径は、２０．７ｍｍとなっている。また、光軸中心でのレンズの厚みが１．２ｍｍとなっている。実施例１の具体的な数値を表１に示す。【００４４】
【表１】
2012164792.tif 000003
【００４５】
図９Ａは、表１の、Ｘ軸、Ｙ軸の値（Ｒ）と、ｓａｇＡＸおよびｓａｇＡＹとについて、グラフ化したものであり、図９Ｂは、表１の、Ｘ軸、Ｙ軸の値（Ｒ）と、ｓａｇＢとについて、グラフ化したものである。【００４６】
図１０は、実施例１の発光装置１を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に、拡散板４の被照射面４ａを配置したときの、被照射面４ａでの照度分布を表す。尚、図１０において、縦軸は、照度を最大値で規格化したものを示し、横軸は、光軸からの距離（ｍｍ）を示している。【００４７】
図１１は、実施例１に係る発光装置１の効果を確認するための、レンズ３を用いずに光源２のみで面光源を構成したときの照度分布を表す。【００４８】
図１２は、実施例１と同様の構成の発光装置を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に、拡散板４の被照射面４ａ（図示せず）を配置したときの、レンズ３の入射面３１を光軸を中心に回転対称の曲面で構成した場合の、被照射面４ａでの照度分布を表す。【００４９】
図１３は、実施例１の発光装置１を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に被照射面４ａを配置したときの、被照射面４ａでの色度Ｙ値の分布を表す。図１３において、縦軸は、照度を最大値で規格化したものを示し、横軸は、光軸からの距離（ｍｍ）を示している。【００５０】
図１４は、実施例１と同様の構成の発光装置を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に被照射面４ａを配置したときの、レンズ３の入射面３１を光軸を中心に回転対称の曲面で構成した場合の、被照射面４ａでの色度Ｙ値の分布を表す。【００５１】
図１３と図１４とから分かるように、レンズ３の入射面３１をアナモフィック非球面にすることにより、被照射面４ａにおける色ムラが軽減されていることが確認できる。【００５２】
図１５は、実施例１の発光装置１に用いられる、レンズ３の反射部３４を無くした場合における、被照射面４ａでの照度分布を表す。【００５３】
図１０及び図１５から分かるように、反射部を設けることで、照射面における光軸近傍の照度を抑えることができ、光源２からの光を効率よく広げることができる。【００５４】
また、反射部３４と、底面３３とのなす角θ（図５Ａ、図５Ｂ）は、１５°＜θ＜４５°が好ましい。１５°以下になると被照射面４ａの光軸近傍における照度を抑える効果が小さくなり、４５°以上になると、光源２から出射した光が直接反射部３４にあたり、被照射面４ａでの照度ムラの原因となる。【００５５】
また、反射部３４は、光軸Ａから、レンズ３の有効径の６５％以上の外側に位置することが望ましい。これは、出射面３２側で反射した光が底面３３の外側に集中することから、これらの光を効率的に出射面３２側へ反射させるためであり、光軸Ａに近い位置に設けても効果が少ないためである。【００５６】
図１６は、入射面３１がアナモフィックな曲面であるレンズ３を採用した実施例１の発光装置１を６０ｍｍピッチで一直線上に５つ配置し、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に拡散板４を配置したときの、計算で求めた拡散板４の被照射面４ａでの照度分布を表す。照度分布に細かな波が見られるのは、照度計算を実行する上で、評価する光線数が不足しているためである。【００５７】
図１７は、レンズ３を用いずに光源２のみを６０ｍｍピッチで一直線上に５つ配置し、ＬＥＤ光源２の表面から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に拡散板４を配置したときの、計算で求めた拡散板４の被照射面４ａでの照度分布を表す。【００５８】
図１６と図１７とを比較すると、図１６よりレンズ３の効果で拡散板４の被照射面４ａを均一に照明できていることがわかる。【００５９】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２０１１年５月３１日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２０１１−１２１３７３号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように本発明によれば、色ムラの少ない十分な明るさの面光源を提供する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【００６１】
１  発光装置
２  光源
３  レンズ
４  拡散板
５  基板
６  反射シート  ないし  反射コーティング膜
７  面光源
８  液晶表示パネル
２１  発光面
２２  発光素子
２３  蛍光体を分散させた透明樹脂
３１  入射面
３２  出射面
３３  底面
３４  反射部
３５  リング部
【図１】
2012164792.tif 000004
【図２】
2012164792.tif 000005
【図３】
2012164792.tif 000006
【図４】
2012164792.tif 000007
【図５Ａ】
2012164792.tif 000008
【図５Ｂ】
2012164792.tif 000009
【図６Ａ】
2012164792.tif 000010
【図６Ｂ】
2012164792.tif 000011
【図６Ｃ】
2012164792.tif 000012
【図７】
2012164792.tif 000013
【図８】
2012164792.tif 000014
【図９Ａ】
2012164792.tif 000015
【図９Ｂ】
2012164792.tif 000016
【図１０】
2012164792.tif 000017
【図１１】
2012164792.tif 000018
【図１２】
2012164792.tif 000019
【図１３】
2012164792.tif 000020
【図１４】
2012164792.tif 000021
【図１５】
2012164792.tif 000022
【図１６】
2012164792.tif 000023
【図１７】
2012164792.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月21日(2012.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発光ダイオード（以下単に「ＬＥＤ」という。）等の光源からの光の方向性をレンズで広げる発光装置に関する。また、本発明は、この発光装置を複数備える面光源、およびこの面光源がバックライトとして液晶表示パネル後方に配置された液晶ディスプレイ装置、さらに、発光装置に備わるレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型の液晶ディスプレイ装置のバックライトでは、冷陰極管が液晶表示パネル直下に多数配置され、これらの冷陰極管が拡散板や反射板等の部材と共に使われていた。近年では、バックライトの光源としてＬＥＤが使用されるようになっている。ＬＥＤは、近年、発光効率が向上し、蛍光灯に変わる消費電力の少ない光源として期待されている。また液晶ディスプレイ装置用の光源としては映像に応じてＬＥＤの明暗を制御することで液晶ディスプレイ装置の消費電力を下げることができる。
【０００３】
液晶ディスプレイ装置において、ＬＥＤを光源とするバックライトでは、冷陰極管の代わりに多数のＬＥＤを配置することとなる。多数のＬＥＤを用いることでバックライト表面に均一な明るさを得ることができるが、多数のＬＥＤが必要なことから、安価にできない問題があった。この欠点を解決すべく、１個のＬＥＤの出力を大きくし、使用するＬＥＤの個数を減らす取り組みがなされている。例えば特許文献１では、少ない個数のＬＥＤでも均一な輝度の面光源が得られるようにする発光装置が提案されている。
【０００４】
少ない個数のＬＥＤで均一な輝度の面光源を得るためには、１個のＬＥＤで照明可能な照明領域を大きくする必要がある。このために特許文献１の発光装置では、ＬＥＤからの光をレンズで放射状に拡張している。これにより、ＬＥＤからの光の方向性が広げられ、被照射面において、ＬＥＤの光軸を中心とする広い範囲を照明することができる。具体的に、特許文献１の発光装置に用いられるレンズは、平面視で円形状をなしており、光入射面と光制御出射面とが共に光軸に対して回転対称な形状である。ここで、光入射面は、凹面にて形成され、光制御出射面は、光軸近傍部分が凹面で光軸近傍部分の外側部分が凸面にて形成されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、光出射面の中央に、光軸と直交する方向に延びるＶ溝が形成されたレンズを用いた発光装置が開示されている。この発光装置のレンズによれば、ＬＥＤからの光は、Ｖ溝が延びる方向（縦方向）には、正規分布の角度分布を保ったまま拡張されるが、Ｖ溝が延びる方向と直交する方向（横方向）には、角度分布が光軸近傍では大きく窪み、その両側では急峻に立ち上がるように拡張される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９２９８３号公報
【特許文献２】特開２００８−１０６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年の白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤ素子に、ＹＡＧ系やＴＡＧ系などの蛍光体を設けて、疑似白色光を生成するものが主流となっている。このような光源は、パッケージに青色ＬＥＤ素子をボンディングし、青色ＬＥＤ素子を覆うように蛍光体を分散させた透明樹脂を充填して作られている。
【０００８】
このような光源は、青色ＬＥＤ素子による青色の光と、青色の光により励起された蛍光体が発光して作る黄色の光とで擬似白色の光を得ているため、青色の発光面サイズと、黄色の発光面のサイズとが異なる。そのため、このようなＬＥＤの光を、特許文献１にあるようなレンズを用いて広げた場合、色によって光の広がりに差が生じ、光源からの光が照射される面光源内の被照射面において色ムラが生じてしまうことになる。またこの色ムラは、光を広げるパワーが強いレンズほど顕著になる傾向にある。
【０００９】
ＬＥＤの発光効率が向上しつつある近年においては、光源１つあたりの、上記被照射面における照射面積を広げ、なおかつ、輝度及び色が共に均一化された、低コストで省エネルギーの発光装置が望まれる。
【００１０】
なお、特許文献２の発光装置は、放射する光に意図的に異方性を作り出すものであるため、上述の要望を満たすものではない。
【００１１】
本発明は、上述の要望に鑑み、光を広げる力がある広配光レンズを用いながら、光源が持っている異なる色の光によって生じる被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化された発光装置を提供するとともに、この発光装置を含む面光源、および液晶ディスプレイ装置、さらに発光装置に備わるレンズ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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第１態様における発光装置は、光軸を中心として光を放射する発光装置であって、発光素子、および前記発光素子を覆い蛍光体を分散させた樹脂を有する光源と、前記光源からの光を放射状に拡張するレンズとを備え、前記レンズは、前記光軸と直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる。
【００１３】
また、本発明の第２態様における面光源は、平面的に配置された複数の発光装置と、前記複数の発光装置を覆うように配置され、前記複数の発光装置から被照射面に照射された光を放射面から拡散した状態で放射する拡散板と、を備える面光源であって、前記複数の発光装置のそれぞれは、上述の第１態様における発光装置である。
【００１４】
さらに、本発明の第３態様における液晶ディスプレイ装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの裏側に配置された上述の第２態様における面光源と、を備える。
【００１５】
さらに、本発明の第４態様におけるレンズは、発光ダイオードからの光を拡張するレンズであって、光軸を中心として発光ダイオードからの光が入射する入射面と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面と、を有し、入射面は、連続する凹面を有し、出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方において、光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なるように構成した。
【発明の効果】
【００１６】
上述の第１態様における発光装置によれば、光軸と直交する第１方向のレンズの屈折力と、光軸および第１方向に直交する第２方向のレンズの屈折力とが異なることで、レンズの出射面側で生じる光の全反射成分が低減される。従って、本発明の第１態様における発光装置によれば、光を広げるパワーの強いレンズを用いながらも、光源が持っている色の異なる光によって生じる被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化された発光装置を提供することができる。さらに、この発光装置を含む第２態様の面光源、および第３態様の液晶ディスプレイ装置においても、被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化できる。さらにまた、第４態様のレンズにおいても、入射面および出射面の少なくとも一方における第１方向のレンズの屈折力と、第２方向のレンズの屈折力とが異なることから、被照射面の色ムラを軽減することができ、輝度及び色が共に均一化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液晶ディスプレイ装置の構成図、
【図２】本発明の実施の形態２に係る面光源の構成図、
【図３】図２の面光源の部分的な断面図、
【図４】本発明の実施の形態３に係る発光装置の平面図、
【図５Ａ】図４のIIＡ−IIＡ線における断面図、
【図５Ｂ】図４のIIＢ−IIＢ線における断面図、
【図６Ａ】光源の具体例を示す斜視図、
【図６Ｂ】光源の具体例を示す斜視図、
【図６Ｃ】光源の具体例を示す斜視図、
【図７】発光装置に用いられる光源の発光面の輝度分布を示すグラフ、
【図８】実施例１に係る発光装置の説明図、
【図９Ａ】実施例１の発光装置に用いられるレンズの入射面形を表す、ＲとｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ（表１をグラフ化）、
【図９Ｂ】実施例１の発光装置に用いられるレンズの入射面形状を表す、ＲとｓａｇＢの関係を示すグラフ（表１をグラフ化）、
【図１０】実施例１の発光装置の照度分布を示すグラフ、
【図１１】実施例１に係る発光装置の効果を確認するための、光源のみで面光源を構成したときの照度分布を示すグラフ、
【図１２】レンズの入射面が回転対称となった以外は実施例１と同様の構成の発光装置の照度分布を示すグラフ、
【図１３】実施例１の色度Ｙ値の分布を示すグラフ、
【図１４】レンズの入射面が回転対称となった以外は実施例１と同様の構成の発光装置の色度Ｙ値の分布を示すグラフ、
【図１５】実施例１の発光装置の反射部が無い場合の照度分布を示すグラフ、
【図１６】実施例１の面光源の照度分布を示すグラフ、
【図１７】光源のみの面光源の照度分布を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態による発光装置、およびその発光装置を用いた面光源、およびその面光源を用いた液晶ディスプレイ装置について、図面を参照しながら説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶ディスプレイ装置１０１の全体の概略構成を示す図である。この液晶ディスプレイ装置１０１は、液晶表示パネル８と、液晶表示パネル８の裏側（反表示面側）に配置された面光源７とを備えている。面光源７は、発光装置１と、発光装置１に対向して設置される拡散板４とを有する。尚、面光源７については、以下の実施の形態２にて詳しく説明する。
【００２０】
複数の発光装置１は、拡散板４に対向して平面的に分散して配置され、これらの発光装置１によって、拡散板４の、発光装置１に対向する裏面（被照射面）は、照度が均一化された光で照射される。この光が拡散板４によって拡散されて、拡散板４の表面（照射面）から出射され、液晶表示パネル８が照明される。
【００２１】
なお、液晶表示パネル８と面光源７との間には拡散シート、プリズムシート等の光学シートが配置されていることが好ましい。この場合、拡散板４を透過した光は、光学シートでさらに拡散されて、液晶表示パネル８を照明する。
【００２２】
（実施の形態２）
ここでは、本発明の実施の形態２に係る面光源７について、詳しく説明する。図２は、面光源７の構成図である。この面光源７は、上述したように、複数の発光装置１と、これらの発光装置１を覆うように配置される拡散板４とを備えている。発光装置１は、光源２と光源２を覆って配置されるレンズ３とを有する。拡散板４は、光源２の光軸に対して直交方向に延在する。また、発光装置１は、筐体内の底部に配置され、底部に対向する筐体の開口部を拡散板４で閉止して、面光源７が形成される。なお、発光装置１は、拡散板４の全面又は略全面に対向して平面的に分散して配置されていればよく、図２に示すように、マトリクス状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよく、その配置形態を問わない。
発光装置１を構成する光源２およびレンズ３については、以下の実施の形態３にて詳しく説明する。
【００２３】
また、面光源７は、図３に示すように、発光装置１を挟んで拡散板４と対向する基板５を備えている。基板５には、各発光装置１の光源２が実装されている。本実施形態では、レンズ３の底面３３が基板５に支柱５５を介して接合されている。さらに基板５上には、光源２を避けながら基板５を覆うように、つまり光源２を露出させながら基板５を覆うように反射シート６が配置されているか、基板５に反射シート６に代わる反射コーティングがされている。尚、反射シート６および反射コーティングは、反射用部材の一例に相当する。また、レンズ３の底面３３は、必ずしも基板５に支柱５５を介して接合されている必要はなく、基板５に直接的に接合されていてもよい。また、支柱５５が、レンズ３と一体で形成されていてもよい。
【００２４】
発光装置１は、拡散板４の被照射面４ａに光を照射する。拡散板４は、被照射面４ａに照射された光を放射面４ｂから拡散された状態で放射する。個々の発光装置１からは拡散板４の被照射面４ａに広い範囲で均一化された照度の光が照射され、この光が拡散板４で拡散されることにより、面内での輝度ムラが少ない面光源７が達成できる。尚、発光装置１から、色ムラが軽減され、輝度及び色が共に均一化された光が照射可能となるメカニズムについては、以下の実施の形態３にて説明する。
【００２５】
発光装置１からの光は、拡散板４で散乱されて、発光装置１側へ戻ったり拡散板４を透過したりする。発光装置１側へ戻って反射シート６に入射する光は、反射シート６で反射されて、拡散板４に再度入射する。
【００２６】
（実施の形態３）
ここでは、本発明の実施の形態３に係る発光装置１について、詳しく説明する。図４ならびに図５Ａおよび５Ｂに、発光装置１の構成を示す。この発光装置１は、既に説明したように、光源２と、光源２からの光を放射状に拡張するレンズ３とを備え、例えば拡散板４の被照射面４ａに、光軸Ａを中心として略円形状に光を放射するものである。すなわち、光源２からの光の方向性がレンズ３で広げられ、これにより拡散板４の被照射面４ａにおける光軸Ａを中心とする広い範囲が照明される。被照射面４ａの照度分布は、光軸Ａ上が最大で、周囲に行くほど略単調に減少する。
【００２７】
本実施形態では、光源２として、発光素子２２をボンディングし、かつ蛍光体を分散させた透明樹脂２３で発光素子２２を覆うように充填して作られているＬＥＤが採用されている。尚、透明樹脂２３が蛍光体層に相当する。このようなＬＥＤのフラットな表面で発光面２１が構成されている。例えば、発光面２１は、図６Ａに示すように円形状であってもよいし、図６Ｂに示すように四角形状であってもよい。また、図６Ｃに示すように、発光素子２２と、発光素子２２上にドーム状に形成され、蛍光体を分散させた透明樹脂２３とで構成されていて、透明樹脂２３の三次元的な表面で発光面２１が構成されていてもよい。
【００２８】
また光源２にボンディングする発光素子２２は、光源の種類によって異なる個数で構成されていてもよい。このとき発光素子２２は、回転対称に配置されていなくてもよい。そのため、本明細書では便宜上、発光面２１は、光軸に直交する第１方向と、光軸および第１方向に直交する第２方向とを有し、第１方向をＸ方向、第２方向をＹ方向とする。
【００２９】
光源２の発光面２１から放射される光は、発光素子２２によって発光した青色の光と、青色の光によって励起された蛍光体からの黄色の光とからなる擬似白色光である。そのため、ニアフィールドにおいて青色と黄色の光の発光面積サイズに差が生じることとなる。また発光素子２２の配置によっても分布が変わるため、本明細書では発光素子の配置により分布に異方性がある場合、便宜上青色と黄色の光の発光面積の差が大きい方をＸ方向、小さい方をＹ方向と定義する。
【００３０】
図７に、光源２の発光面２１における光軸Ａを通ってＸ方向に延びる線上での輝度分布と、光軸Ａを通ってＹ方向に延びる線上での輝度分布とを、それぞれ色別に示す。尚、図７において、縦軸は、照度を最大値で規格化したものを示し、横軸は、光軸からの距離（ｍｍ）を示している。図７に示すように、発光面２１において、黄色の光と青色の光との輝度分布の範囲が異なっている。具体的には、黄色の光の輝度分布が青色の光の輝度分布よりも広がっている。このように、光源２からは、光の色によって輝度分布が異なる光が放射される。よって、本実施形態のように疑似白色光を発生する発光装置１が使用される場合には、色ムラを低減する工夫が必要となる。
【００３１】
レンズ３は、所定の屈折率を有する透明材料で構成される。透明材料の屈折率は、例えば１．４から２．０程度である。このような透明材料としては、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等の樹脂、硝子、またはシリコンゴム等のゴムを用いることができる。中でも、従来からＬＥＤの封止樹脂として用いられているエポキシ樹脂またはシリコンゴム等を用いることが好ましい。
【００３２】
具体的に、レンズ３は、図５Ａに示すように、光源２からの光を該レンズ３内に入射させる入射面３１と、該レンズ３内に入射した光を出射させる出射面３２とを有している。出射面３２の最外径は、レンズ３の有効径を規定する。また、レンズ３は、入射面３１の周囲に位置し光軸方向において出射面３２と反対側に位置する底面３３を有している。この底面３３には、光軸Ａを中心とした円状、あるいは楕円状に反射部３４が設けられている。さらに、本実施形態では、出射面３２と底面３３との間に径方向外側に張り出すリング部３５が設けられている。このリング部３５の断面形状は、略コ字状で、出射面３２の外周縁と底面３３の外周縁とがリング部３５によってつながれている。ただし、リング部３５は省略可能であり、出射面３２の外周縁と底面３３の外周縁とが断面直線状または円弧状の端面でつながれていてもよい。以下に、レンズ３の上述の各構成部分について、さらに詳しく説明する。
【００３３】
入射面３１は、本実施形態では連続する凹面である。そして、光源２は、レンズ３の入射面３１と離れて配置されている。出射面３２は、本実施形態では、光軸Ａに対して回転対称な連続する凸面である。入射面３１を取り巻く環状の底面３３は、フラットであることが好ましい。本実施形態では、光源２の発光面２１が、フラットな底面３３と、光軸Ａが延びる光軸方向において同程度の位置にある。
【００３４】
光源２からの光は、入射面３１からレンズ３内に入射した後に出射面３２から出射されて、例えば上述した拡散板４の被照射面４ａに到達する。光源２から放射される光は、入射面３１および出射面３２の屈折作用で拡張され、被照射面４ａの広い範囲に到達するようになる。
【００３５】
さらに、レンズ３は、上述のように光源２から異なる発光面積で放射される、青色と黄色との光によって生じる被照射面４ａでの色ムラを軽減する役割を果たす。これを実現するために、レンズ３は、Ｘ方向の屈折力と、Ｙ方向の屈折力とが異なるように構成されている。本実施形態では、入射面３１がＸ方向とＹ方向とで湾曲態様が異なるアナモフィックな曲面を含むことにより、Ｘ方向の屈折力とＹ方向の屈折力とが異なるようになっている。
【００３６】
上述のように本実施形態では入射面３１がアナモフィックな曲面を含んで構成しているが、出射面３２がアナモフィックな曲面を含むように構成することもできる。つまり、入射面３１および出射面３２の少なくとも一方がアナモフィックな曲面を含むように構成すればよい。
【００３７】
一方、注意すべき点は、上記屈折力とは、光学系の設計や撮像系の設計で一般的に使用されるレンズ「パワー」の概念、つまり非球面レンズならば光軸近傍でのレンズの曲率が異なるという意味ではない。本明細書及び請求範囲で使用する「屈折力」とは、入射面３１および出射面３２の少なくとも一方は、回転楕円体の表面に相当する形状を有し、光軸Ａに直交する断面の形状は、光軸方向におけるいずれの位置にあっても楕円となる、換言するとＸ方向とＹ方向とで光軸Ａからの距離が異なる、あるいは、光源２からの入射面３１および出射面３２への入射角が同じ光であってもＸ方向とＹ方向とでは入射面３１および出射面３２からの光の放出方向が異なる、つまり配光方向が異なるという形態を意味する。また、このような形態の曲面を、ここでは「アナモフィック」と称している。
【００３８】
詳細には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、入射面３１は、光軸Ａ上に頂点Ｑを有している。そして、入射面３１は、頂点Ｑから入射面３１上の点Ｐまでの光軸Ａに沿った距離（すなわち、光軸方向の距離）をサグ量（符号は頂点Ｑから光源２側が負、頂点Ｑから光源２と反対側が正）としたときに、光軸Ａから径方向に同じ距離Ｒだけ離れた位置（すなわち、光軸Ａを中心とする同一円周上）では、Ｘ方向におけるサグ量ｓａｇＡＸとＹ方向におけるサグ量ｓａｇＡＹとが異なる、形状を有している。なお、入射面３１は、サグ量が光軸Ａの近傍ではプラスとなるように頂点Ｑからいったん光源２の反対側に後退した後に、光源２側に延びていてもよい。
【００３９】
以上のような発光装置１であれば、光源２によって生じる色ムラは、レンズ３によって低減される。従って、相対的に小さなレンズ３を用いながらも、光源２の特性である色ムラを軽減して放射することができる。
【実施例１】
【００４０】
以下、本発明の具体的な数値例として、発光装置１の実施例１を示す。
【００４１】
図８は、実施例１の発光装置１の断面図である。実施例１は、入射面３１の全面がアナモフィックな曲面であり、出射面３２が回転対称なレンズ３が採用されている。
【００４２】
なお、図８中のＱ、Ｐ、ｓａｇＡＸ（ｓａｇＡＹ）は、図５Ａおよび図５Ｂ中に示したものと同じである。また、図８中のｓａｇＢは、光軸Ａから距離Ｒ離れた位置での出射面３２のサグ量である。
【００４３】
・実施例１
実施例１において、光源２は、発光面２１の大きさが、おおよそφ３．０ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げ、色ムラを抑えることを目的としている。実施例１において、レンズ３の有効径は、２０．７ｍｍとなっている。また、光軸中心でのレンズの厚みが１．２ｍｍとなっている。実施例１の具体的な数値を表１に示す。
【００４４】
【表１】
2012164792.tif 000025
【００４５】
図９Ａは、表１の、Ｘ軸、Ｙ軸の値（Ｒ）と、ｓａｇＡＸおよびｓａｇＡＹとについて、グラフ化したものであり、図９Ｂは、表１の、Ｘ軸、Ｙ軸の値（Ｒ）と、ｓａｇＢとについて、グラフ化したものである。
【００４６】
図１０は、実施例１の発光装置１を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に、拡散板４の被照射面４ａを配置したときの、被照射面４ａでの照度分布を表す。尚、図１０において、縦軸は、照度を最大値で規格化したものを示し、横軸は、光軸からの距離（ｍｍ）を示している。
【００４７】
図１１は、実施例１に係る発光装置１の効果を確認するための、レンズ３を用いずに光源２のみで面光源を構成したときの照度分布を表す。
【００４８】
図１２は、実施例１と同様の構成の発光装置を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に、拡散板４の被照射面４ａ（図示せず）を配置したときの、レンズ３の入射面３１を光軸を中心に回転対称の曲面で構成した場合の、被照射面４ａでの照度分布を表す。
【００４９】
図１３は、実施例１の発光装置１を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に被照射面４ａを配置したときの、被照射面４ａでの色度Ｙ値の分布を表す。図１３において、縦軸は、照度を最大値で規格化したものを示し、横軸は、光軸からの距離（ｍｍ）を示している。
【００５０】
図１４は、実施例１と同様の構成の発光装置を用い、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に被照射面４ａを配置したときの、レンズ３の入射面３１を光軸を中心に回転対称の曲面で構成した場合の、被照射面４ａでの色度Ｙ値の分布を表す。
【００５１】
図１３と図１４とから分かるように、レンズ３の入射面３１をアナモフィック非球面にすることにより、被照射面４ａにおける色ムラが軽減されていることが確認できる。
【００５２】
図１５は、実施例１の発光装置１に用いられる、レンズ３の反射部３４を無くした場合における、被照射面４ａでの照度分布を表す。
【００５３】
図１０及び図１５から分かるように、反射部を設けることで、照射面における光軸近傍の照度を抑えることができ、光源２からの光を効率よく広げることができる。
【００５４】
また、反射部３４と、底面３３とのなす角θ（図５Ａ、図５Ｂ）は、１５°＜θ＜４５°が好ましい。１５°以下になると被照射面４ａの光軸近傍における照度を抑える効果が小さくなり、４５°以上になると、光源２から出射した光が直接反射部３４にあたり、被照射面４ａでの照度ムラの原因となる。
【００５５】
また、反射部３４は、光軸Ａから、レンズ３の有効径の６５％以上の外側に位置することが望ましい。これは、出射面３２側で反射した光が底面３３の外側に集中することから、これらの光を効率的に出射面３２側へ反射させるためであり、光軸Ａに近い位置に設けても効果が少ないためである。
【００５６】
図１６は、入射面３１がアナモフィックな曲面であるレンズ３を採用した実施例１の発光装置１を６０ｍｍピッチで一直線上に５つ配置し、光源２の発光面２１から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に拡散板４を配置したときの、計算で求めた拡散板４の被照射面４ａでの照度分布を表す。照度分布に細かな波が見られるのは、照度計算を実行する上で、評価する光線数が不足しているためである。
【００５７】
図１７は、レンズ３を用いずに光源２のみを６０ｍｍピッチで一直線上に５つ配置し、ＬＥＤ光源２の表面から光軸方向において３５ｍｍ離れた位置に拡散板４を配置したときの、計算で求めた拡散板４の被照射面４ａでの照度分布を表す。
【００５８】
図１６と図１７とを比較すると、図１６よりレンズ３の効果で拡散板４の被照射面４ａを均一に照明できていることがわかる。
【００５９】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２０１１年５月３１日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２０１１−１２１３７３号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように本発明によれば、色ムラの少ない十分な明るさの面光源を提供する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【００６１】
１  発光装置
２  光源
３  レンズ
４  拡散板
５  基板
６  反射シート  ないし  反射コーティング膜
７  面光源
８  液晶表示パネル
２１  発光面
２２  発光素子
２３  蛍光体を分散させた透明樹脂
３１  入射面
３２  出射面
３３  底面
３４  反射部
３５  リング部
【手続補正２】
【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】
光源およびこの光源を覆って配置され光源からの光を拡張するレンズを有する発光装置において、
前記レンズは、光軸を中心として光源からの光が入射する入射面と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、連続する凹面を有し、前記出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる、
発光装置。
【請求項２】
前記入射面が、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記レンズは、前記入射面の周囲に位置し前記出射面と反対側に位置する底面をさらに有し、
前記底面には、光軸に沿って凹形状の反射部を有する、請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記入射面は、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む凹面であり、
前記出射面は、前記光軸に対して回転対称な凸面である、請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射部は、光軸を中心とした円状又は楕円状に配置されている、請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記反射部は、前記底面とのなす角θが、次の条件式、
１５°＜θ＜４５°
を満足する、請求項３に記載の発光装置。
【請求項７】
前記反射部は、前記レンズの有効半径の６５％以上、光軸から外側の位置に少なくとも１つ配置されている、請求項３に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光源は、発光素子と、該発光素子上にドーム状に形成された蛍光体層とを含み、前記蛍光体層の表面に発光面が構成されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
光源およびこの光源を覆って配置され光源からの光を拡張するレンズを有する複数個の発光装置と、
前記発光装置に対向して配置され光源の光軸に直交して延在する拡散板と、
前記発光装置から出射した光を前記拡散板側に反射させる反射用部材と、
を備え、
前記レンズは、光源の光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なり、
複数個の前記発光装置は、前記拡散板に対向して分散して配置される、
面光源。
【請求項１０】
液晶表示パネルと、該液晶表示パネルの背面側に配置され、該液晶表示パネルに対応する大きさの面光源とを備えた液晶ディスプレイ装置であって、前記面光源は、複数個の光源および該光源を覆って配置され光源からの光を拡張するレンズを有する発光装置と、発光装置に対向して前記液晶表示パネルに隣接して配置され光源の光軸に直交して延在する拡散板と、前記発光装置から出射した光を前記拡散板側に反射させる反射用部材と、を備えた液晶ディスプレイ装置において、
前記面光源は、複数個の前記発光装置を、前記拡散板に対向して分散させて配置し、
前記発光装置のレンズは、光軸を中心として光源からの光が入射する入射面と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、連続する凹面を有し、前記出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方において、前記光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる、
液晶ディスプレイ装置。
【請求項１１】
発光ダイオードからの光を拡張するレンズにおいて、
前記レンズは、光軸を中心として発光ダイオードからの光が入射する入射面と、入射した光を放射状に拡張して出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、連続する凹面を有し、前記出射面は、連続する凸面を有し、かつ前記レンズは、前記入射面および前記出射面の少なくとも一方において、前記光軸に直交する第１方向と、前記光軸および前記第１方向に直交する第２方向との屈折力が異なる、
レンズ。
【請求項１２】
前記入射面は、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１３】
前記入射面の周囲に位置し前記出射面と反対側に位置する底面をさらに有し、
前記底面には、光軸に沿って凹形状の反射部を有する、請求項１１に記載のレンズ。
【請求項１４】
前記入射面は、第１方向および第２方向で屈折力を異ならせた、アナモフィックな非球面の曲面を含む凹面であり、
前記出射面は、前記光軸に対して回転対称な凸面である、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１５】
前記反射部は、光軸を中心とした円状又は楕円状に配置されている、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１６】
前記反射部は、前記底面とのなす角θが、次の条件式
１５°＜θ＜４５°
を満足する、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１７】
前記反射部は、前記レンズの有効半径の６５％以上、光軸から外側の位置に少なくとも１つ配置されている、請求項１３に記載のレンズ。
【請求項１８】
前記発光ダイオードは、発光素子と、該発光素子上にドーム状に形成された蛍光体層とを含み、前記蛍光体層の表面に発光面が構成されている、請求項１１に記載のレンズ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012164792.tif 000026
【図２】
2012164792.tif 000027
【図３】
2012164792.tif 000028
【図４】
2012164792.tif 000029
【図５Ａ】
2012164792.tif 000030
【図５Ｂ】
2012164792.tif 000031
【図６Ａ】
2012164792.tif 000032
【図６Ｂ】
2012164792.tif 000033
【図６Ｃ】
2012164792.tif 000034
【図７】
2012164792.tif 000035
【図８】
2012164792.tif 000036
【図９Ａ】
2012164792.tif 000037
【図９Ｂ】
2012164792.tif 000038
【図１０】
2012164792.tif 000039
【図１１】
2012164792.tif 000040
【図１２】
2012164792.tif 000041
【図１３】
2012164792.tif 000042
【図１４】
2012164792.tif 000043
【図１５】
2012164792.tif 000044
【図１６】
2012164792.tif 000045
【図１７】
2012164792.tif 000046
【国際調査報告】
2012164792.tif 000047
2012164792.tif 000048
2012164792.tif 000049
2012164792.tif 000050
2012164792.tif 000051
2012164792.tif 000052
2012164792.tif 000053