(57)【要約】【課題】ＬＥＤ光源のハイパワー化に対応して、ＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤ光源の数を減少させ，且つ被照射面における照度の均一性を確保できる照明装置及びそれに用いる光学素子を提供する。【解決手段】ＬＥＤモジュール２０の基板２１が、拡散板４０に対して交差する方向に延在する取り付け面１１ｂに取り付けられているので、ＬＥＤ光源２２から出射する光のうち最も強度が高い光を、拡散板４０におけるＬＥＤ光源２２から最も近い位置から離すことができる。これに加えて、ＬＥＤ光源２２からの出射光の強度ピークに対して異なる位置に、光学素子２３からの出射光の強度ピークを有するような配光特性を光学素子２３に持たせることで、両者の相乗効果によって、拡散板４０に対して広範囲にＬＥＤ光源２２からの光を入射させることができ、しかも照度分布を均一に近づけることが可能になる。【選択図】図２
2014093174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に取り付けられたＬＥＤ光源と、
ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する光学素子と、
前記ＬＥＤ光源から出射し前記光学素子を通過した光を入射して、拡散しながら出射する拡散板と、
前記拡散板に対して交差する方向に延在する取り付け面を備えた保持体と、を有し、
前記基板は、前記取り付け面に取り付けられており、前記光学素子は、前記ＬＥＤ光源からの出射光の強度ピークに対して異なる位置に、前記光学素子からの出射光の強度ピークを有する配光特性を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光学素子から前記拡散板へ出射した光のうち最も強度が高い光は，前記拡散板に１０度〜７５度で入射することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記取り付け面は、前記拡散板を挟んで両側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記保持体は、前記拡散板に対向して反射拡散シートを配置してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】
前記光学素子から出射した光が前記反射拡散シートで反射し、前記拡散板へ出射した光のうち最も強度が高い光は，前記反射拡散シートに１０度〜８５度
で入射することを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記取り付け面は、前記拡散板に対して０度を超え、９０度以下の角度で傾いていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記照明装置は液晶バックライト用であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置に用いる光学素子であって、半値全角は９０度以下であることを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大面積の面部材の背面側に設置され、前記面部材を介して光が通過するように照明を行う照明装置及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の大型の液晶ディスプレイ装置では、液晶パネル背面に配置された多数の冷陰極管からの光を拡散板や反射板等を介して、液晶パネルの背面側に導光し、バックライトとして均一に照明することで明瞭に画像が視認できるようにしていた。これに対し近年では、省エネの観点から、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きた。また、液晶ディスプレイ装置に表示される画像に応じて明暗を制御することができるという観点からも、ＬＥＤは使いやすく、これにより更に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】
このように液晶ディスプレイ装置のバックライトとしてＬＥＤを用いる場合、導光板側面から光を入射し、液晶パネル側に出射するエッジライト型と液晶パネルに対向する面に２次元的にＬＥＤを配置した直下型の２つがある。更に、直下型バックライトはＬＥＤのみを多数個配置し均一な照度にしたものとＬＥＤの数を減らしＬＥＤ毎に光を拡散する光学素子を配置し均一な照度にしたものの２つに分けることができる。特許文献１には、細長い基板に複数のＬＥＤを間欠的に配置したＬＥＤパッケージ，すなわちＬＥＤモジュールを液晶パネルの背面側に設けた、直下型の照明装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８８８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年では、大型の液晶ディスプレイ装置用のバックライトにおいて、コストを抑えるために、1台あたりのＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤパッケージの使用個数を減少させることが望まれるようになってきた。しかるに、直下型の照明装置において、単純にＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤパッケージの数を減らした場合、被照射面内での照度分布に偏りが生じるようになる。つまり、ＬＥＤ光源近傍では被照射面が明るくなるが、ＬＥＤ光源から離れるにつれて被照射面が暗くなり、その明暗差が大きくなることでユーザーが違和感を覚える恐れがある。
【０００６】
これに対し、特許文献１には、３つの異なる発色光が照射面に均一に照射するようにＬＥＤ光源を配置しており、非対称な配光特性を持たせた光学素子を透過させることで、３つのＬＥＤ光源からの出射光を同一範囲に照射することが開示されている。よって、たとえば白色光を発するＬＥＤ光源に，同様な光学素子を適用することで、より広範囲な被照射面に対して入射させることが可能になる。
【０００７】
しかしながら、本発明者らの研究結果によれば、直下型の照明装置において、光学素子の配光特性を調整したとしても、ＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤパッケージの個数の減少と、被照射面における照度の均一性とを両立できないことがわかった。これに対し、被照射面に対してＬＥＤ光源を傾けて取り付けることで、被照射面における照度の均一性を高めることができる可能性があることが見いだされた。ところが、特許文献１の光学素子の配光特性は、例えばその図１７、１８に示すように，比較的配光角が広く強度のピークが複数存在するものであり、このような配光特性では、被照射面における照度の均一性の確保は不十分であることも分かった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤ光源のハイパワー化に対応して、ＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤ光源の数を減少させ，且つ被照射面における照度の均一性を確保できる照明装置及びそれに用いる光学素子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】
【０００９】
請求項１に記載の照明装置は、
基板上に取り付けられたＬＥＤ光源と、
ＬＥＤ光源の光放出側に配置され、前記ＬＥＤ光源からの光が入射する光学素子と、
前記ＬＥＤ光源から出射し前記光学素子を通過した光を入射して、拡散しながら出射する拡散板と、
前記拡散板に対して交差する方向に延在する取り付け面を備えた保持体と、を有し、
前記基板は、前記取り付け面に取り付けられており、前記光学素子は、前記ＬＥＤ光源からの出射光の強度ピークに対して異なる位置に、前記光学素子からの出射光の強度ピークを有する配光特性を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、前記基板は、前記拡散板に対して交差する方向に延在する取り付け面に取り付けられているので、前記ＬＥＤ光源から出射する光のうち最も強度が高い光を、前記拡散板における前記ＬＥＤ光源から最も近い位置から離すことができる。これに加えて、前記ＬＥＤ光源からの出射光の強度ピークに対して異なる位置に、前記光学素子からの出射光の強度ピークを有するような配光特性を前記光学素子に持たせることで、両者の相乗効果によって、前記拡散板に対して広範囲に前記ＬＥＤ光源からの光を入射させることができ、しかも照度分布を均一に近づけることが可能になる。なお拡散板とは入射した光を均一な明るさにする機能を有し、照明ムラを解消する光学素子である。
【００１１】
請求項２に記載の照明装置は、請求項１に記載の発明において、前記光学素子から前記拡散板へ出射した光のうち最も強度が高い光は，前記拡散板に対して１０度〜７５度で入射することを特徴とする。
【００１２】
これにより、前記拡散板に対して広範囲に前記ＬＥＤ光源からの光を入射させることができ、しかも照度分布を一層均一に近づけることが可能になる。なお光線が拡散板に対して入射するとは、図２２で示すように直接拡散板に入射してもよいし、別の場所で反射してから入射しても良い。ここで、光線が拡散板に対して直接入射する入射角度について考察する。図２２において、縦横比が１６：９である１０〜１００インチの液晶パネルを想定して、液晶パネルの裏面側にある拡散板に光線を入射させる際に必要な入射角を検討する。ここで、光学素子から拡散板へ出射した光のうち最も強度が高い光が入射する最小の入射角は、１００インチのパネルの短辺側（図２参照）にＬＥＤ光源を設置した場合であって、１０．２度となる。一方、最大の入射角は、１０インチのパネルの長辺側（図７参照）にＬＥＤ光源を設置した場合であって、７２．１度となる。本発明者が行った検討結果を表１に示す。但し、表中、Ａ，Ｂは、それぞれ図８に示す拡散板の長辺寸法と短辺寸法に相当する。
【００１３】
【表１】
2014093174.tif 000003
【００１４】
以上より、図２２
のようにＬＥＤ光源からの光が直接拡散板に入射する場合における、その入射角度θが１０度〜７５度であると好ましい。
【００１５】
請求項３に記載の照明装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記取り付け面は、前記拡散板を挟んで両側に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
両側の前記取り付け面に前記ＬＥＤ光源を取り付けることで、前記ＬＥＤ光源を片側に取り付ける場合に比べ、前記光学素子を通過した光の照射角度を狭くできるから、指向性が高まり、前記拡散板に対して、より広範囲に前記ＬＥＤ光源からの光を入射させることができる。
【００１７】
請求項４に記載の照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記保持体は、前記拡散板に対向して反射拡散シートを配置してなることを特徴とする。反射拡散シートとは、反射率が９０％以上あるシートであれば足りる。
【００１８】
これにより、前記ＬＥＤ光源から出射した光が、前記反射拡散シートで反射した後、前記拡散板に入射するので、照明のムラを抑制でき、また光の利用効率が高まる。
【００１９】
請求項５に記載の照明装置は、請求項４に記載の発明において、前記光学素子から出射した光が前記反射拡散シートで反射し、前記拡散板へ出射した光のうち最も強度が高い光は，前記反射拡散シートに１０度〜８５度で入射することを特徴とする。
【００２０】
これにより、ＬＥＤ光源から出射する光のうち最も強度が高い光以外の光であっても、反射拡散シートで反射して最終的に拡散板へ入射するので、ＬＥＤ光源から出射する光を有効に利用することが可能となる。ここで、光線が拡散板に対して、反射拡散シートに入射する角度θ’と、光線が反射拡散シートで反射し、拡散板に入射する入射角度θ”について考察する。
（１）反射拡散シートの反射特性が正反射に近い場合
図２３（ｂ）に示すように、反射拡散シートの反射特性が、入射光の角度に対して最も強い出射光の角度がほぼ等しくなる、すなわち正反射に近い場合について検討する。図２３（ａ）において、縦横比が１６：９である１０〜１００インチの液晶パネルを想定して、液晶パネルの裏面側にある拡散板に間接的に光線を入射させる際に必要な入射角を検討する。ここで、光学素子から反射拡散シートへ入射する光のうち最も強度が高い光が入射する最小の入射角θ’と、反射拡散シートで反射し、更に拡散板に入射する光のうち最も強度が高い光が入射する最小の入射角θ”は、１００インチのパネルの短辺側（図２参照）にＬＥＤ光源を設置した場合であって、共に（θ’、θ”＝）２８．５度となる。一方、最大の入射角は、１０インチのパネルの長辺側（図７参照）にＬＥＤ光源を設置した場合であって、共に（θ’、θ”＝）８３．９度となる。本発明者が行った検討結果を表２（直接拡散板に入射する場合）、表３（反射拡散シートで反射してから拡散板に入射する場合）に示す。但し、表中、Ａ，Ｂは、それぞれ図８に示す拡散板の長辺寸法と短辺寸法に相当する。
【００２１】
【表２】
2014093174.tif 000004
【００２２】
【表３】
2014093174.tif 000005
【００２３】
（２）反射拡散シートの反射特性が均等拡散の場合
図２３（ｄ）に示すように、反射拡散シートの反射特性が、入射光に対して均等拡散する場合について検討する。図２３（ｃ）において、縦横比が１６：９である１０〜１００インチの液晶パネルを想定して、液晶パネルの裏面側にある拡散板に間接的に光線を入射させる際に必要な入射角を検討する。ここで、光学素子から反射拡散シートへ入射する光のうち最も強度が高い光が入射する最小の入射角θ’と、反射拡散シートで反射し、更に拡散板に入射する光のうち最も強度が高い光が入射する最小の入射角θ”は、１００インチのパネルの短辺側（図２参照）にＬＥＤ光源を設置した場合であって、反射拡散シートへの入射角は１０．２度、拡散板への入射角は９０度となる。一方、最大の入射角は、１０インチのパネルの長辺側（図７参照）にＬＥＤ光源を設置した場合であって、反射拡散シートへの入射角θ’は７２．１度、拡散板への入射角θ”は９０度となる。反射拡散シートの反射特性が均等拡散の場合、パネルの大きさにかかわらず反射光のピークは９０度になるからである（図２３（ｄ）参照））。本発明者が行った検討結果を表４（直接拡散板に入射する場合）、表５（反射拡散シートで反射してから拡散板に入射する場合）に示す。但し、表中、Ａ，Ｂは、それぞれ図８に示す拡散板の長辺寸法と短辺寸法に相当する。
【００２４】
【表４】
2014093174.tif 000006
【００２５】
【表５】
2014093174.tif 000007
【００２６】
以上より、図２３
のようにＬＥＤ光源からの光が直接拡散板に入射せず、一度反射拡散シートを経由して入光する光において、ＬＥＤ光源からの光が反射拡散シートに入光する入射角度θ’が１０度〜８５度であると好ましい。
【００２７】
請求項６に記載の照明装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記取り付け面は、前記拡散板に対して０度を超え、９０度以下の角度で傾いていることを特徴とする。
【００２８】
これにより、前記光学素子を通過した光が、直接拡散板に入射するので、光の利用効率が高まる。
【００２９】
請求項７に記載の前記照明装置は液晶バックライト用であることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の照明装置。
【００３０】
請求項８に記載の光学素子は、請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置に用いる光学素子であって、配光角が半値全角で９０度以下であることを特徴とする。
【００３１】
このような比較的指向性が高い配光特性を持つ光学素子を、前記照明装置に用いることで、比較的遠方まで光を照射でき、これにより前記拡散板の端まで適切に前記ＬＥＤ光源からの光を入射させることができるから、前記ＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤ光源の数を減少でき、配線や組み立てが容易になる。尚、「半値全角」とは、図２４に示す光強度分布図で、出射光線の最も強い強度を１としたときに、その周辺で強度が０．５となる位置と出射点とを結ぶ角度θをいうものとする。
【００３２】
本発明に係るＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）照明装置は、ＬＥＤ光源と、光学素子と、を有するものである。
【００３３】
ＬＥＤ光源としては、様々なものを用いることが出来るが、光放出面がフラットな形状を有し、更に白色光を出射する白色ＬＥＤを用いることが好ましい。
【００３４】
白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせパッケージ化したものが好ましく用いられる。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８−２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。
【００３５】
本実施の形態においては白色ＬＥＤのパッケージは、具体的には、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光を出射するものであり、青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光と、蛍光体による出射光とで混色された光が、白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。
【００３６】
なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎxＧａ1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。
【００３７】
蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長の光に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。但し、青色光を出射するＬＥＤチップと、赤・緑蛍光体の組み合わせでも良いし、蛍光体を用いない代わりに、青色光を出射するＬＥＤチップ、赤色光を出射するＬＥＤチップ、緑色光を出射するＬＥＤチップの組み合わせでも良い。
【００３８】
このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
【００３９】
ＬＥＤ光源は、高出力ＬＥＤ光源であることが好ましい。ここで、高出力ＬＥＤ光源としては、出力が０．５ワット以上のＬＥＤにより構成することができる。
【００４０】
光学素子は、耐熱性のプラスチックで構成されていると好ましい。光学素子を構成するプラスチックとしては、例えばＰＭＭＡやポリカーボネートを用いることで、射出成形により製造でき、製造コストを大幅に低減させることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、ＬＥＤ光源のハイパワー化に対応して、ＬＥＤモジュールの本数かつＬＥＤ光源の数を減少させ，且つ被照射面における照度の均一性を確保できる照明装置及びそれに用いる光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本実施の形態にかかる照明装置の分解図である。
【図２】照明装置の正面図である。
【図３】図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であり、出射光線の軌跡を矢印で示している。
【図４】ＬＥＤモジュール２０の斜視図である。
【図５】変形例にかかる図３と同様な断面図である。
【図６】変形例にかかる図３と同様な断面図である。
【図７】変形例にかかる図２と同様な正面図である。
【図８】実施例を設計する前提となる筐体の仕様を示す図であり、（ａ）は照明装置の正面図、（ｂ）は照明装置の断面図、（ｃ）はＬＥＤモジュールを示す図である。
【図９】座標軸を示す図である。
【図１０】実施例１の光学素子をｘｚ平面で切断して示す断面図である。
【図１１】実施例１の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図である。
【図１２】実施例１の光学素子をｙｚ平面で切断して示す断面図である。
【図１３】実施例１の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図である。
【図１４】実施例１の光学素子２３から出射された出射光を矢印で示している模式図である。
【図１５】実施例１の配光特性を示す図であり、（ａ）はｘｚ断面、（ｂ）はｙｚ断面にかかるものである。
【図１６】実施例２の光学素子をｘｚ平面で切断して示す断面図である。
【図１７】実施例２の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図である。
【図１８】実施例２の光学素子をｙｚ平面で切断して示す断面図である。
【図１９】実施例２の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図である。
【図２０】実施例２の光学素子２３から出射された出射光を矢印で示している模式図である。
【図２１】実施例２の配光特性を示す図であり、（ａ）はｘｚ断面、（ｂ）はｙｚ断面にかかるものである。
【図２２】照明装置の断面図であって、ＬＥＤ光源からの出射が、直接拡散板に入射する入射角を説明するための図である。
【図２３】（ａ）は、照明装置の断面図であって、ＬＥＤ光源からの出射光が、反射拡散シートに入射する角度と、照射光が反射拡散シートで反射後、拡散板に入射する角度を説明するための図であり、（ｂ）は、反射拡散シートの正反射に近い反射特性を示す図であり、（ｃ）は、照明装置の断面図であって、ＬＥＤ光源からの出射光が、反射拡散シート路に入射した角度と、照射光が反射拡散シートで反射後、拡散板に入射する角度を説明するための図であり、（ｄ）は、反射拡散シートの均等拡散に近い反射特性を示す図である。
【図２４】半値全角を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態にかかる照明装置の分解図である。図２は、照明装置の正面図であり、図３は、図２の構成をIII-III線で切断して矢印方向に見た図であるが、それぞれ簡略化して図示している。図１において、照明装置は、金属製の矩形浅皿状の筐体（保持体）１０と、２本のＬＥＤモジュール２０と、筐体１０の底面に貼り付けられた反射拡散シート３０と、筐体１０を覆う矩形状の拡散板（積層された拡散シートやプリズムシート等）４０とからなる。
【００４４】
図４は、ＬＥＤモジュール２０を拡大して示す斜視図である。ＬＥＤモジュール２０は、細長い基板２１と、基板２１上に等間隔で設けられた複数のＬＥＤ光源２２と、各ＬＥＤ光源２２上に配置した光学素子２３とからなる。図示していないが、ＬＥＤ光源２２は、青色光を放出するＬＥＤチップと、その光放出側に設けられた黄色蛍光体とを積層してなる発光部を有する。光学素子２３は、ＬＥＤ光源２２からの出射光の強度ピークに対して異なる位置に、光学素子２３からの出射光の強度ピークを有するような入射面と出射面とを有する。
【００４５】
図１〜３において、筐体１０は、対向する一対の長い側面１１aと、対向する一対の短い側面（取り付け面）１１ｂとを有し、側面１１a、１１ｂは、それぞれ底面１２に対して下縁を取り付けられ上方に向かって傾いて延在してなる。筐体１０の底面１２は、拡散板４０と平行である。筐体１０の短い側面１１ｂにＬＥＤモジュール２０の基板２１が取り付けられている。反射シート３０は、入射光を拡散して反射するものであり、筐体１０の底面１２に貼り付けられているが、側面１１ａ，１１ｂにまたがって貼り付けてられていても良い。
【００４６】
図３において、側面１１ｂは、底面１２に対して（すなわち拡散板４０に対しても），角度θ（ここでは４５度）で傾いている。ここで、ＬＥＤ光源２２の中心を通る側面１１ｂの法線と底面１２の法線とを含む平面を基準面（ここでは図３の紙面）として、該基準面内で側面１１ｂの法線をｚ軸方向とし、該基準面内で側面１１ｂに平行な方向をｘ軸方向とし、ｚ軸方向及びｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とする。つまり、ＬＥＤ光源２２から出射される光のうち最も強度の高い光はｚ軸方向に出射される。 
【００４７】
本実施の形態によれば、図３において、ＬＥＤ光源２２の発光部から出射した光は、光学素子２３に入射して、ここで屈折されて出射するが、そのピークはｚ軸方向に対し、少なくともｘ軸方向成分を持つ。より具体的には、光学素子２３から出射した光のうち最も強度が高い光は、拡散板４０の中央に向かうこととなる。光学素子２３から出射したうちで最も強度が高い光は，直接、拡散板４０に１０度〜７５度で入射すると好ましい。拡散板４０を通過した拡散光により、不図示の液晶パネル等の裏面に対して照明を行える。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、図３において、ＬＥＤ光源２２の発光部から出射した光は、光学素子２３に入射して、ここで屈折されて出射するが、そのピークはｚ軸方向に対し、少なくともｘ軸方向成分を持つ。より具体的には、光学素子２３から出射した光が反射拡散シート３０で反射した光のうち最も強度が高い光は，拡散板４０の中央に向かうこととなる。光学素子２３から出射した光が反射拡散シート３０で反射した光のうち最も強度が高い光は，反射拡散シート３０に１０度〜８５度で入射すると好ましい。拡散板４０を通過した拡散光により、不図示の液晶パネル等の裏面に対して照明を行える。
【００４９】
本実施の形態によれば、ＬＥＤモジュール２０の基板２１が、拡散板４０に対して交差する方向に延在する取り付け面１１ｂに取り付けられているので、ＬＥＤ光源２２から出射する光のうち最も強度が高い光を、拡散板４０におけるＬＥＤ光源２２から最も近い位置から離すことができる。これに加えて、ＬＥＤ光源２２からの出射光の強度ピークに対して異なる位置に、光学素子２３からの出射光の強度ピークを有するような配光特性を光学素子２３に持たせることで、両者の相乗効果によって、拡散板４０に対して広範囲にＬＥＤ光源２２からの光を入射させることができ、しかも照度分布を均一に近づけることが可能になる。
【００５０】
図５，６は、光学素子２３の配光特性を変えた変形例を示している。図５の変形例では、光学素子２３から出射された光の一部が、筐体１０の底面に配置された反射拡散シート３０に入射するような配光特性を有する。これにより、反射拡散シート３０で反射された光が、拡散板４０を通過するようになるので、より照度が均一化された照明を得ることができる。
【００５１】
拡散板４０は、具体的に株式会社ＮＡＴＥＣの製品名EMS series、EML series 、EBE seriesなどが好ましい例として挙げられる。
【００５２】
反射拡散シート３０は、具体的に株式会社ツジデンの製品名RF230、MTN-W400、RF188、RF100などが好ましい例として挙げられる。
【００５３】
一方、図６の変形例では、片側の取り付け面１１ｂに設けられたＬＥＤモジュール２０の光学素子２３から出射された光の一部が、対向する取り付け面１１ｂに設けられたＬＥＤモジュール２０の光学素子２３から出射された光の一部と重なるような配光特性を有する。光の照度は光源からの距離の２乗に比例して低下するので、それを補うべく、光源から遠い拡散板４０の中央領域は、両側からの光を重畳させて用いるのである。これにより照度が均一化された照明を得ることができる。
【００５４】
尚、筐体１０とＬＥＤモジュール２０の位置関係は、上述した例に限られない。例えば、図７（a）に示す例のように、長い側面１１ａを取り付け面として、ＬＥＤモジュール２０を設けても良い。あるいは、図７（ｂ）に示すように、長い側面１１ａ及び短い側面１１ｂの双方に、ＬＥＤモジュール２０を設けても良い。
【００５５】
（実施例）
以下、本実施の形態に好適な光学素子の実施例について説明する。まず、実施例を設計する前提となる筐体の仕様について説明する。３２インチの液晶パネル用の照明装置を想定したときに、図８に示すように、筐体１０は、底面１２のサイズが縦３９９ｍｍ、横７０８ｍｍであり、高さは４０ｍｍで、側面１１ｂの傾きが６０度となっている。又、ＬＥＤモジュール２０におけるＬＥＤ光源２２のピッチは５０ｍｍである。
【００５６】
ここで、ＬＥＤ光源２２の中心を通る側面１１ｂの法線と底面１２の法線とを含む平面を基準面として、該基準面内で側面１１ｂの法線をｚ軸方向とし、該基準面内で側面１１ｂに平行な方向をｘ軸方向とし、ｚ軸方向及びｘ軸方向に直交する方向をｙ軸方向とする。但し、原点はＬＥＤ光源２２の発光点とする。又、図９（ａ）に示すように、ｘｚ断面でｚ軸に対して底面側に向かう角度を正とし、拡散板側に向かう角度を負とする。又、図９（ｂ）に示すように、拡散板側に見て、左側に向かう角度を正とし、右側に向かう角度を負とする。
【００５７】
配光特性として、配光角度と光強度を以下のようにして求める。
（ｘｚ平面）
照射角度φｘｚ＝ｔａｎ-1｛（原点からｘ軸方向に照射した位置までの距離）／（原点からｚ軸方向に照射した位置までの距離）｝
光強度Ｉｘｚ＝｛（原点からｘ軸方向に照射した位置までの距離）2／（原点からｚ軸方向に照射した位置までの距離）2｝
（ｙｚ平面）
照射角度φｙｚ＝ｔａｎ-1｛（原点からｙ軸方向に照射した位置までの距離）／（原点からｚ軸方向に照射した位置までの距離）｝
光強度Ｉｙｚ＝｛（原点からｙ軸方向に照射した位置までの距離）2／（原点からｚ軸方向に照射した位置までの距離）2｝
【００５８】
（実施例１）
図１０は、実施例１の光学素子をｘｚ平面で切断して示す断面図であり、左側が底面側である。図１１は、実施例１の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図であり、矢印で光線強度を示している。図１２は、実施例１の光学素子をｙｚ平面で切断して示す断面図であり、図１３は、実施例１の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図である。
【００５９】
図に示すように、実施例１の光学素子の出射面ＯＰは、凸状の非球面である。一方、入射面ＩＰは、図１０のｘｚ断面に示すように、底面側から拡散板側に向かうにつれて高さが低くなり、且つ図１２のｙｚ断面に示すように、中央が最も高く両側に向かうにつれて高さが低くなる凹部を有する。光学素子の配光特性は、入射面ＩＰの形状、及びＬＥＤ光源と入射面ＩＰ及び出射面ＯＰとの位置関係で制御される（実施例２において同じ）。
【００６０】
図１４に、実施例１の光学素子２３から出射された出射光を矢印で示している。底面から高さ２０ｍｍの位置に発光部が位置するようにＬＥＤ光源２２を設けたとき、光学素子２３から出射された出射光は、拡散板に対して、図１４（ａ）に示すように幅６０ｍｍであり、図１４（ｂ）に示すように３５４ｍｍの範囲にわたって入射するようになっている。
【００６１】
図１５（ａ）は、実施例１におけるｘｚ断面での配光特性を示す図であり、図１５（ｂ）は、実施例１におけるｙｚ断面での配光特性を示す図である。図から明らかなように、ｘｚ断面における実施例１の配光特性は、−３０度前後の方向に半値全角は１.３度の強い強度ピークを有する非対称なものだが、ｙｚ断面における実施例１の配光特性は、ｚ軸を挟んで±４０度前後の方向に半値全角は９０．０度の対照的な配光パターンを有する。
【００６２】
（実施例２）
図１６は、実施例２の光学素子をｘｚ平面で切断して示す断面図であり、左側が底面側である。図１７は、実施例２の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図であり、矢印で光線強度を示している。図１８は、実施例２の光学素子をｙｚ平面で切断して示す断面図であり、図１９は、実施例２の光学素子をＬＥＤ光源とともに示す断面図である。
【００６３】
図に示すように、実施例２の光学素子の出射面ＯＰは、凸状の非球面である。一方、入射面ＩＰは、図１６のｘｚ断面に示すように、実施例１よりも拡散板側にシフトしており、底面側から拡散板側に向かうにつれて高さが低くなり、且つ図１８のｙｚ断面に示すように、中央が最も高く両側に向かうにつれて高さが低くなる凹部を有する。
【００６４】
図２０に、実施例２の光学素子２３から出射された出射光を矢印で示している。底面から高さ２０ｍｍの位置に発光部が位置するようにＬＥＤ光源２２を設けたとき、光学素子２３から出射された出射光は、拡散板に対して、図２０（ａ）に示すように幅６０ｍｍで入射するが、図２０（ｂ）に示すように、一部は底面（反射拡散シート）で反射し、３５４ｍｍの範囲にわたって入射するようになっている。
【００６５】
図２１（ａ）は、実施例２におけるｘｚ断面での配光特性を示す図であり、図２１（ｂ）は、実施例２におけるｙｚ断面での配光特性を示す図である。図から明らかなように、ｘｚ断面における実施例１の配光特性は、−２０度前後の方向に半値全角は４.１度の強い強度ピークを有する非対称なものだが、ｙｚ断面における実施例１の配光特性は、ｚ軸を挟んで±４０度前後の方向に半値全角は９０．０度の対照的な配光パターンを有する。
【００６６】
表４に、実施例２において、拡散板の大きさと拡散板への入射角との関係を示す。ここで、表中、Ａ，Ｂは、それぞれ図８に示す拡散板の長辺寸法と短辺寸法に相当する。
【００６７】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、明細書に記載の実施例に限定されるものではなく、他の実施例・変形例を含むことは、本明細書に記載された実施例や思想から本分野の当業者にとって明らかである。例えば、本発明は液晶ディスプレイのバックライト用だけでなく、看板照明用の照明装置等としても用いることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０            筐体
１１            側面
１２            底面
２０            ＬＥＤモジュール
２１            基板
２２            ＬＥＤ光源
３０            反射拡散シート
４０            拡散板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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