(57)【要約】【課題】発光ダイオードの発光領域の大型化を実現可能な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１Ａは、光軸方向と直交する方向に延びる発光ダイオード３と、発光ダイオード３を覆うレンズ４とを備えている。レンズ４は、発光ダイオード３に沿って延びる形状を有し、発光ダイオード３から放射される光を発光ダイオード３の幅方向に広げるものである。この発光装置１Ａによれば、発光ダイオード３の発光領域の大型化と広配光化を実現することができる。【選択図】図１
2011014831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向と直交する方向に延びる発光ダイオードと、
前記発光ダイオードを覆うレンズであって、前記発光ダイオードに沿って延びる形状を有し、前記発光ダイオードから放射される光を前記発光ダイオードの幅方向に広げるレンズと、
を備える、発光装置。
【請求項２】
前記発光ダイオードが実装された基板をさらに備え、前記レンズは、前記基板に接合されている、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光ダイオードは、当該発光ダイオードの長手方向に並ぶように複数配置されており、前記レンズは、前記複数の発光ダイオードを覆っている、請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板には、前記発光ダイオード同士の間に、前記発光ダイオードから放射される光を反射して拡散する反射拡散部が形成されている、請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
以下の式（１）を満足する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
Ｓｗ／Ｌｗ＜０．１５・・・（１）
ただし、
Ｓｗ：前記発光ダイオードの幅
Ｌｗ：前記発光ダイオードの幅方向における前記レンズの幅
である。
【請求項６】
以下の式（１）’を満足する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置。
Ｓｗ／Ｌｗ＜０．１３・・・（１）’
ただし、
Ｓｗ：前記発光ダイオードの幅
Ｌｗ：前記発光ダイオードの幅方向における前記レンズの幅
である。
【請求項７】
前記レンズは、前記発光ダイオードの中心を通り当該発光ダイオードの幅方向に垂直な光軸面に対して面対称な出射面を有しており、
前記出射面は、前記光軸面と交差する凹面部と、前記発光ダイオードの幅方向において前記凹面部の両側に位置する凸面部とを含み、
前記レンズを前記発光ダイオードの長手方向と垂直に切断したときの幅方向断面において、前記出射面上の微小区間の曲率Ｃは、前記凸面部の領域内で最大となる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記曲率Ｃは、以下の式（２）で規定される範囲内において最大となる、請求項７に記載の発光装置。
６０°＜θｉ＜８０°・・・（２）
ただし、
θｉ：前記微小区間の中心と前記光軸面上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸面とのなす角度
である。
【請求項９】
前記曲率Ｃは、以下の式（３）で規定される範囲内において最大となる、請求項７に記載の発光装置。
０．８８＜Ｙｒ＜０．９８・・・（３）
ただし、
Ｙｒ：前記レンズの有効幅の半分に対する、前記光軸面から前記微小区間の中心までの距離の比
である。
【請求項１０】
前記出射面は、以下の式（４）を満足する、請求項７〜９のいずれか一項に記載の発光装置。
０．９０＜θｍｐ／θｍｃ＜１．０５・・・（４）
ただし、
θｍｃ：前記微小区間のうち曲率Ｃが最大となる微小区間の中心と前記光軸面上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸面とのなす角度
θｍｐ：前記出射面から出射される光を前記光軸面に対する角度である出射角度ごとに見たときの最大の光度となる出射角度
である。
【請求項１１】
前記出射面は、以下の式（５）を満足する、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の発光装置。
０．９＜Ｃｍ×（ｎ−１）／ｄ＜１．５・・・（５）
ただし、
Ｃｍ：前記曲率Ｃの最大値
ｎ：前記レンズの屈折率
ｄ：前記光軸面上の光源位置から、前記微小区間のうち曲率Ｃが最大となる微小区間の中心までの距離
である。
【請求項１２】
前記曲率Ｃの符号を、曲率中心が出射面よりも発光ダイオード側にあるときを正、その反対側にあるときを負とし、前記出射面のサグ量を当該出射面が前記光軸面と交差する位置で基準化したときに、
前記出射面は、以下の式（６）および式（７）を満足する、請求項７〜１１のいずれか一項に記載の発光装置。
５°＜θｏ＜２０°・・・（６）
２５°＜θｓ＜４５°・・・（７）
ただし、
θｏ：前記出射面上の曲率Ｃが負から正に変わる位置と前記光軸面上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸面とのなす角度
θｓ：前記出射面上のサグ量が最大となる位置と前記光軸面上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸面とのなす角度
である。
【請求項１３】
前記凹面部は、前記光軸面上でＶ字状に窪んでいる、請求項７〜１２のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１４】
以下の式（８）を満足する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光装置。
１．４０＜ｎ＜１．５２・・・（８）
ただし、
ｎ：前記レンズの屈折率
である。
【請求項１５】
以下の式（９）を満足する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の発光装置。
Ｓｗ／ｔ＜０．６・・・（９）
ただし、
Ｓｗ：前記発光ダイオードの幅
ｔ：前記光軸面上での前記レンズの厚み
である。
【請求項１６】
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一方面に照射された光を他方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、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光装置であり、前記複数の発光装置は、前記発光ダイオードの長手方向および幅方向に配列されている、面光源。
【請求項１７】
以下の式（１０）を満足する、請求項１６に記載の面光源。
０．２＜ｈ／ｐ＜０．６・・・（１０）
ただし、
ｈ：前記発光装置中の発光ダイオードの発光面から前記拡散板の前記一方面までの距離
ｐ：前記発光ダイオードの幅方向における前記発光装置の配列ピッチ
である。
【請求項１８】
液晶パネルと、前記液晶パネルの裏側に配置された請求項１６または１７に記載の面光源と、を備える液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードの配光特性をレンズで拡大する発光装置に関する。さらに、本発明は、複数の発光装置を備える面光源、およびこの面光源がバックライトとして液晶パネル後方に配置された液晶ディスプレイ装置に関する。
【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発光ダイオードが使用されるようになっている。発光ダイオードは近年効率が向上し、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発光ダイオード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の発光ダイオード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発光ダイオードを配置することとなる。多数の発光ダイオードを用いることでバックライト表面で均一な明るさを得ることができるが、発光ダイオードが多数必要で安価にできない問題があった。１個の発光ダイオードの出力を大きくし、発光ダイオードの使用する個数を減らす取り組みがなされており、例えば特許文献１では、少ない個数の発光ダイオードでも均一な面光源が得られるようにするレンズが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８７５２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
少ない個数の発光ダイオードで均一な面光源を得るためには、１個の発光ダイオードが照明する照明領域を大きくする必要がある。すなわち発光ダイオードからの光を広げて発光ダイオードの配光特性を拡大する（広配光化する）ことが必要である。このために特許文献１では、チップ状の発光ダイオードの配光特性を制御する平面視で円形状のレンズを発光ダイオードの上に配置している。このレンズの形状は、光を出射させる出射面における光軸近傍部分が凹面となっており、その外側部分が凹面と連続する凸面となっている。
【０００６】
発光ダイオードはチップの正面方向（光軸方向）に最も多くの光を放射しており、特許文献１に開示されたレンズでは、光軸近傍の凹面でチップから正面方向に向かう光を屈折により周囲に発散させている。これにより、被照射面における光軸近傍の照度を抑えて広がりのある照度分布にすることができる。
【０００７】
１個の発光ダイオードが照明する照明領域をさらに大きくして発光ダイオードの個数をより少なくするためには、１個当たりの発光ダイオードが発する光束を増やす必要がある。これを実現するためには、発光ダイオードの発光領域の面積を増やす必要がある。
【０００８】
ところで、発光ダイオードの発光は点ではなく、ある程度の発光領域を持っている。発光領域の周辺部より発光した光は、発光領域の中心部より発光した光とは違う経路をとる。このため、上記のように発光領域の面積を増やした場合には、発光領域周辺部からの光が光軸近傍の凹面へ入射する入射角が大きくなりすぎてその光が全反射を起こすようになる。すなわち、特許文献１に開示されたレンズを用いた発光装置では、発光領域周辺部の光の全反射の影響のために、発光ダイオードの発光領域の大型化には限界がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、発光ダイオードの発光領域の大型化を実現可能な発光装置を提供するとともに、この発光装置を用いた面光源および液晶ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、光軸方向と直交する方向に延びる発光ダイオードと、前記発光ダイオードを覆うレンズであって、前記発光ダイオードに沿って延びる形状を有し、前記発光ダイオードから放射される光を前記発光ダイオードの幅方向に広げるレンズと、を備える、発光装置を提供する。
【００１１】
また、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一方面に照射された光を他方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、上記の発光装置であり、前記複数の発光装置は、前記発光ダイオードの長手方向および幅方向に配列されている、面光源を提供する。
【００１２】
さらに、液晶パネルと、前記液晶パネルの裏側に配置された上記の面光源と、を備える液晶ディスプレイ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の発光装置によれば、発光ダイオードとレンズとが同方向に延びているので、その方向への発光ダイオードの発光領域の大型化を実現することができる。これにより、発光ダイオードが発する光束を増やすることができる。しかも、レンズにより発光ダイオードからの光が発光ダイオードの長手方向と直交する幅方向に広げられるので、広配光化も実現することができる。
【００１４】
また、本発明の面光源によれば、上記の発光装置を用いることにより、少ない個数の発光ダイオードで均一な面光源を得ることができる。また、拡散板により輝度ムラの少ない面光源とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明の液晶ディスプレイ装置によれば、上記の面光源を用いることにより、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１に係る発光装置から出射する光線の光路図
【図３】出射面の微小区間の曲率Ｃとその微小区間の位置を示すθｉの説明図
【図４】（ａ）および（ｂ）は、微小区間の曲率Ｃの導出方法説明図
【図５】式（４）のパラメータ説明図
【図６】実施例１のレンズを用いた発光装置の照度分布
【図７】実施例１のレンズの効果を確認するための発光ダイオードのみの照度分布
【図８】実施例１のレンズのθｉと微小区間の曲率Ｃとの関係を示すグラフ
【図９】実施例１のレンズのθｉとＣ×（ｎ−１）／ｄｉとの関係を示すグラフ
【図１０】実施例１のレンズのθｉと微小区間の曲率Ｃおよびサグ量との関係を示すグラフ
【図１１】実施例１のレンズの出射面から出射される光の光度分布
【図１２】実施例２のレンズを用いた発光装置の照度分布
【図１３】実施例２のレンズの効果を確認するための発光ダイオードのみの照度分布
【図１４】実施例２のレンズのθｉと微小区間の曲率Ｃとの関係を示すグラフ
【図１５】実施例２のレンズのθｉとＣ×（ｎ−１）／ｄｉとの関係を示すグラフ
【図１６】実施例２のレンズのθｉと微小区間の曲率Ｃおよびサグ量との関係を示すグラフ
【図１７】実施例２のレンズの出射面から出射される光の光度分布
【図１８】本発明の実施の形態２に係る発光装置の斜視図
【図１９】本発明の実施の形態３に係る発光装置の斜視図
【図２０】（ａ）は本発明の実施の形態３に係る発光装置のＹ方向断面図、（ｂ）は変形例の発光装置のＹ方向断面図
【図２１】変形例のレンズのＸ方向断面図
【図２２】本発明の実施の形態３に係る発光装置を用いた面光源の斜視図
【図２３】図２２に示す面光源を用いた液晶ディスプレイ装置の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光装置ついて、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施の形態１に係る発光装置１Ａの斜視図である。
【００１８】
本実施形態の発光装置１Ａは、光軸方向と直交する方向に延びる発光ダイオード（ＬＥＤ）３と、発光ダイオード３が実装された基板２と、基板２に接合されて、発光ダイオード３を覆うレンズ４とを備えている。
【００１９】
なお、本明細書では、説明の便宜のために図１に示すように、発光ダイオード３の長手方向をＹ方向、発光ダイオード３の幅方向（発光ダイオード３の長手方向および光軸方向に直交する方向）をＸ方向という。
【００２０】
発光装置１Ａは、長尺状の発光ダイオード３と被照射面５（図２参照）との間に、Ｘ方向に屈折力のあるレンズ４を配置することで、発光ダイオード３の配光特性をＸ方向に拡大することを実現している。
【００２１】
発光ダイオード３は、高出力化するため一方向に発光領域を大きくした長尺状のものであり、光軸方向に垂直な、Ｙ方向に延びる長方形状の発光面３ａを有している。一方向に長い発光ダイオード３とすることで、発光領域の面積を大きくして必要な光束を確保することができる。
【００２２】
レンズ４は、発光ダイオード３から放射される光をＸ方向に広げる異方屈折力レンズであり、発光ダイオード３に沿って延びる形状を有している。具体的に、レンズ４は、図２に示すように、発光ダイオード３からの光が入射する入射面４１と、入射した光を出射させる出射面４２を有している。発光ダイオード３から放射された光は、入射面４１からレンズ４内に入射した後に出射面４２から出射されて、被照射面５に到達する。発光ダイオード３からの光は、出射面４２の作用でＸ方向に広げられ、被照射面５の広い範囲に到達するようになる。
【００２３】
発光ダイオードは、通常は空気に触れないように封止樹脂で覆われているが、レンズ４が封止樹脂の役割を果たすため、別途封止樹脂を配置する必要はない。従来の発光ダイオードの封止樹脂としては、エポキシ樹脂またはシリコンゴム等が用いられている。
【００２４】
レンズ４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１．４０から１．５３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、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、発光ダイオードの封止樹脂として用いられ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。
【００２５】
入射面４１は、発光ダイオード３に密着可能なように発光ダイオード３の形状に合わせた形状とすることが好ましい。入射面４１は、発光ダイオード３の発光面３ａと接合材により光学的に接合される。
【００２６】
一方、出射面４２は、Ｘ方向に強い屈折力を持つアナモフィック面である。本実施形態では、出射面４２は、発光ダイオード３の中心を通りＸ方向に垂直な光軸面Ｓに対して面対称な非球面シリンドリカル面となっている。
【００２７】
より詳しくは、出射面４２は、光軸面Ｓと交差する凹面部４２ａと、Ｘ方向において凹面部４２ａの両側に位置する凸面部４２ｂとを含んでいる。凸面部４２ｂとその間の凹面部４２ａとは連続している。
【００２８】
以上説明した発光装置１Ａであれば、発光ダイオード３とレンズ４とが共にＹ方向に延びているので、Ｙ方向への発光ダイオード３の発光領域の大型化を実現することができる。これにより、発光ダイオード３が発する光束を増やすることができる。しかも、レンズ４により発光ダイオード３からの光がＸ方向に広げられるので、広配光化も実現することができる。
【００２９】
以上では、本実施形態の発光装置１Ａの基本的な態様について説明したが、以下では、発光装置１Ａの好ましい態様について説明する。
【００３０】
発光装置１Ａは、以下の式（１）を満足することが好ましい。
Ｓｗ／Ｌｗ＜０．１５・・・（１）
（より好ましくは、Ｓｗ／Ｌｗ＜０．１３・・・（１）’）
ただし、
Ｓｗ：発光ダイオード３の幅
Ｌｗ：Ｘ方向におけるレンズ４の幅
である（図２参照）。
【００３１】
式（１）（または式（１）’）は発光ダイオード３の幅をレンズ４の幅で正規化している。Ｓｗ／Ｌｗが０．１５以上になると、発光ダイオード３の発光領域周辺部の光の全反射の影響のため、有効な広配光化が困難となる。
【００３２】
また、レンズ４をＹ方向と垂直に切断したときのＸ方向断面において、出射面４２上の微小区間の曲率Ｃは、凸面部４２ｂの領域内において最大となることが好ましい。
【００３３】
ここで、微小区間の曲率Ｃについて、図３ならびに図４（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。図３は、出射面４２の微小区間の曲率Ｃと、その微小区間の位置を示すθｉを表している。光軸面Ｓ上の光源位置Ｐを基準として、微小区間の曲率Ｃは以下のように定義する。なお、「光軸面Ｓ上の光源位置Ｐ」とは、光軸面Ｓが発光ダイオード３の発光面３ａと交わる位置である。すなわち、光源位置Ｐは、光軸面Ｓ上で入射面４１から上述した接合材の厚み分だけ離れている。
【００３４】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、出射面４２上の点Ａと点Ｂの間の、光軸面Ｓからｎ番目の微小区間を考え、点Ａと光源位置Ｐとを結んだ線と、光軸面Ｓとのなす角度をθｉ(n)とし、点Ｂと光源位置Ｐとを結んだ線と、光軸とのなす角度をθｉ(n+1)とする。ただし、θｉ(n+1)−θｉ(n)を０．５°程度とする。点Ａでの出射面４２の接線が光軸面Ｓに垂直な面となす角度をθｓ(n)とし、点Ｂでの出射面４２の接線が光軸面Ｓに垂直な面となす角度をθｓ(n+1)とする。点Ａと点Ｂとの間の出射面４２の長さをΔｄ(n)とする。点Ａと点Ｂの間の出射面４２は、点Ａと点Ｂの間隔が十分小さいとして、単一曲率半径Ｒで構成されるのもとすると、Ｒの中心Ｏは点Ａでの出射面４２の法線と点Ｂでの出射面４２の法線が交差したところであり、２つの法線のなす角度∠ＡＯＢはθｓ(n+1)−θｓ(n)で表せる。Ｏを中心とし、点Ａと点Ｂの間の円弧の半径ＲはΔｄ(n)／（θｓ(n+1)−θｓ(n)）で表せる。曲率Ｃは１／Ｒである。よって、ｎ番目の微小区間の曲率Ｃは、（θｓ(n+1)−θｓ(n)）／Δｄ(n)となる。ただし、θｓ(n)およびθｓ(n+1)はラジアンで計算する。また、上記の定義では、曲率Ｃの符号は、曲率中心Ｏが出射面４２よりも発光ダイオード３側にあるときが正、その反対側にあるときが負となる。
【００３５】
さらに、出射面４２のＸ方向断面における微小区間の曲率Ｃは、以下の式（２）で規定される範囲内において最大となることが好ましい。
６０°＜θｉ＜８０°・・・（２）
ただし、
θｉ：微小区間の中心と光軸面Ｓ上の光源位置Ｐとを結んだ線Ｌｉと、光軸面Ｓとのなす角度、すなわちθｉ≒（θｉ(n+1)＋θｉ(n)）／２
である（図３参照）。
【００３６】
式（２）は、光源位置Ｐから放射角θｉの位置に発光ダイオード３から放射された光線が入射したときの出射面４２の形状を規定したものである。θｉが８０°以上の範囲で曲率Ｃが最大となると、配光特性を確保するための公差が厳しくなり、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。θｉが６０°以下の範囲で曲率Ｃが最大となると、配光特性が狭くなり、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。
【００３７】
または、出射面４２のＸ方向断面における微小区間の曲率Ｃは、以下の式（３）で規定される範囲内において最大となることが好ましい。
０．８８＜Ｙｒ＜０．９８・・・（３）
ただし、
Ｙｒ：レンズ４の有効幅Ｌｅの半分に対する、光軸面Ｓから微小区間の中心までの距離Ｄｉの比、すなわちＤｉ／０．５Ｌｅ
である（図３参照）。なお、「レンズ４の有効幅Ｌｅ」とは、レンズ４の表面における発光ダイオード３から放射される光が入射する領域の幅のことをいう。
【００３８】
式（３）は、Ｙｒの位置に発光ダイオード３から放射された光線が入射したときの出射面４２の形状を規定したものである。Ｙｒが０．９８以上の範囲で曲率Ｃが最大になると、配光特性を確保するための公差が厳しくなり、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。Ｙｒが０．８８以下の範囲で曲率Ｃが最大になると、配光特性が狭くなり、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。
【００３９】
さらに、出射面４２は、以下の（４）式を満足することが好ましい。
０．９０＜θｍｐ／θｍｃ＜１．０５・・・（４）
ただし、
θｍｃ：微小区間のうち曲率Ｃが最大となる微小区間の中心と光軸面Ｓ上の光源位置Ｐとを結んだ線Ｌと、光軸面Ｓとのなす角度
θｍｐ：出射面４２から出射される光を光軸面Ｓに対する角度である出射角度ごとに見たときの最大の光度となる出射角度
である（図５参照）。
【００４０】
式（４）は、θｍｐとθｍｃとの比を規定したものである。式の上限を超えると、θｍｃに対するθｍｐが大きくなりすぎ、放射強度が低下し、配光特性が狭くなる。式の下限を超えると配光特性がうねるような変曲点が発生し、輝度ムラの原因となる。
【００４１】
さらに、出射面４２は、以下の（５）式を満足することが好ましい。
０．９＜Ｃｍ×（ｎ−１）／ｄ＜１．５・・・（５）
ただし、
Ｃｍ：曲率Ｃの最大値
ｎ：レンズ４の屈折率
ｄ：光軸面Ｓ上の光源位置Ｐから、微小区間のうち曲率Ｃが最大となる微小区間の中心までの距離、すなわち線Ｌの長さ
である（図５参照）。
【００４２】
式(５)は、出射面４２の形状について曲率の最大値を光源位置Ｐから出射面４２までの距離で正規化している。式の上限を超えると放射強度が最大となる角度での放射強度が低下する。式の下限を超えると、放射強度が最大となる角度での放射強度が低下する。
【００４３】
さらに、出射面４２のサグ量を当該出射面４２が光軸面Ｓと交差する位置で基準化したときに、出射面４２は、以下の式（６）および式（７）を満足することが好ましい。
５°＜θｏ＜２０°・・・（６）
２５°＜θｓ＜４５°・・・（７）
ただし、
θｏ：出射面４２上の曲率Ｃが負から正に変わる位置と光軸面Ｓ上の光源位置Ｐとを結んだ線と、光軸面Ｓとのなす角度
θｓ：出射面４２上のサグ量が最大となる位置と光軸面Ｓ上の光源位置Ｐとを結んだ線と、光軸面Ｓとのなす角度
である。
【００４４】
式（６）および式（７）は、出射面４２の形状を規定したものである。式（６）の上限を超えると、出射面４２に向かう光線の入射角が大きくなり全反射が発生し、所望の輝度分布が得られず、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。式（６）の下限を超えると、被照射面５の中心に向かう光線が大きくなり、面光源としたときに面内での輝度のムラが大きくなる。また、式（７）の上限を超えると、配光特性を確保するための公差が厳しくなる。式（７）の下限を超えると、配光特性が狭くなり、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。
【００４５】
さらに、出射面４２は、光軸面Ｓ上でＶ字状に（すなわち、角度を持って）窪んでいる、換言すれば、凹面部４２ａが光軸面Ｓ上に稜線を有する溝を形成していることが好ましい。このように構成することで、面光源としたときに滑らかな輝度分布を得ることができ、輝度のムラを少なくできる。
【００４６】
さらに、発光装置１Ａは、以下の（８）式を満足することが好ましい。
１．４０＜ｎ＜１．５２・・・（８）
【００４７】
式（８）は、レンズ４の屈折率を規定している。ｎが１．５２以上になると、出射面４２での屈折作用が強くなり、配光特性が十分でなくなる。ｎが１．４０以下になると、出射面４２での屈折作用が弱くなり、屈折作用を強くするために出射面４２の形状を変更すると、公差が厳しくなる。
【００４８】
さらに、発光装置１Ａは、以下の式（９）を満足することが好ましい。
Ｓｗ／ｔ＜０．６・・・（９）
ただし、
ｔ：光軸面Ｓ上でのレンズ４の厚み
である（図３参照）。
【００４９】
式（９）は、レンズ４の中心厚に対する発光ダイオード３の幅を規定している。Ｓｗ／ｔが０．６以上になると、レンズ４の大きさに対する発光ダイオード３のサイズが大きくなりすぎ、出射面４２に向かう光線の入射角が大きくなるため全反射が発生し、所望の輝度分布が得られず、面光源としたときに面内での輝度ムラが大きくなる。
【００５０】
＜実施例＞
以下、発光装置１Ａに用いられるレンズ４の具体的な数値例として、実施例１，２を示す。なお、各実施例において、後述する表中の長さの単位は全て「ｍｍ」であり、角度の単位は全て「°」である。また、各実施例の面データにおいて、ｒは曲率半径、ｄは面間隔または厚み、ｎはｄ線に対する屈折率である。また、各実施例において、出射面は非球面シリンドリカル面であり、そのＸ方向での断面形状は次の数式で定義される。
【００５１】
【数１】
2011014831.tif 000003
【００５２】
ただし、数式中の各符号の意味は以下の通りである。
Ｓ：中心軸からの高さｈの非球面上の点から、非球面頂点の接平面までの距離
ｈ：中心軸からの高さ
Ｃ：非球面頂点の曲率（Ｃ＝１／Ｒ）
Ｋ：円錐定数
Ａn：ｎ次の非球面係数
【００５３】
《実施例１》
実施例１のレンズは、図２に対応する断面形状を有する。本実施例は、Ｘ方向幅Ｓｘが０．５ｍｍ、Ｙ方向幅Ｓｙが５．０ｍｍの発光ダイオードを光源とし、その発光ダイオードの配光特性をＸ方向に拡大することを目的とした設計例である。実施例１のレンズのＸ方向幅Ｌｗは４．０ｍｍである。実施例１のレンズの面データを表１に、非球面データを表２に示す。
【００５４】
［表１］面データ
面              ｒ          ｄ          ｎ
入射面            ∞        0.964         1.41
出射面          8.373E-13   7.036
被照射面          ∞
【００５５】
［表２］非球面データ
Ｋ＝-1.0268E+01，Ａ3＝1.9628E+00，Ａ4＝-8.3686E+00，Ａ5＝1.9670E+01
Ａ6＝-3.6276E+01，Ａ7＝4.6681E+01，Ａ8＝-3.0918E+01，Ａ9＝-1.0909E-01
Ａ10＝1.0608E+01，Ａ11＝-7.0489E-03，Ａ12＝-4.5201E+00，Ａ13＝1.2256E-02
Ａ14＝1.4688E+00，Ａ15＝3.4825E-04，Ａ16＝-3.1939E-01，Ａ17＝-7.9209E-04
Ａ18＝4.0742E-02，Ａ19＝3.5721E-05，Ａ20＝-2.2613E-03
【００５６】
図６は、実施例１のレンズと発光ダイオードを配置し、発光ダイオードの発光面から８ｍｍの位置に被照射面を配置したときの、計算で求めた被照射面でのＸ方向における照度分布を表す。図７は、同一の発光ダイオードのみ配置し、発光ダイオードの発光面から８ｍｍの位置に被照射面を配置したときの、計算で求めた被照射面でのＸ方向における照度分布を表す。
【００５７】
図６と図７を比較すると、実施例１のレンズの効果で被照射面を広く照明できていることがわかる。
【００５８】
図８に、実施例１のレンズにおける微小区間の曲率Ｃを示す。横軸は、微小区間の中心と光軸面Ｓ上の光源位置Ｐとを結んだ線Ｌｉと光軸面Ｓとのなす角度θｉである（図３参照）。曲率Ｃは、θｉ＝13.77°で符号が反転し、θｉ＝69.8°で最大となる。
【００５９】
図９に、実施例１のレンズにおける式（５）に関連するＣ×（ｎ−１）／ｄｉを示す。なお、ｄｉとは、光軸面Ｓ上の光源位置Ｐから、微小区間の中心までの距離、すなわち図３中の線Ｌｉの長さのことである。Ｃ×（ｎ−１）／ｄｉは、θｉ＝69.8°で最大となり、その値は1.33である。
【００６０】
図１０に、実施例１のレンズにおける微小区間の曲率Ｃとサグ量を示す。図１０では、θｏ＝13.77°、θｓ＝37.06°、θｍｃ＝69.8°である。
【００６１】
図１１に、実施例１のレンズの出射面から出射される光を出射角度ごとに見たときの光度を相対光度で示す。図１１では、θｍｐ＝67.7°である。従って、θｍｐ／θｍｃ＝0.97である。
【００６２】
《実施例２》
実施例２のレンズは、図２に対応する断面形状を有する。本実施例は、Ｘ方向幅Ｓｘが０．６５ｍｍ、Ｙ方向幅Ｓｙが５．０ｍｍの発光ダイオードを光源とし、その発光ダイオードの配光特性をＸ方向に拡大することを目的とした設計例である。実施例２の力レンズのＸ方向幅Ｌｗは４．５mmである。実施例２のレンズの面データを表３に、非球面データを表４に示す。
【００６３】
［表３］面データ
面              ｒ          ｄ          ｎ
入射面            ∞          1.2         1.41
出射面          1.088E-12     6.8
被照射面          ∞
【００６４】
［表４］非球面データ
Ｋ＝-1.0268E+01，Ａ3＝1.5843E+00，Ａ4＝-5.9328E+00，Ａ5＝1.0800E+01
Ａ6＝-1.3014E+01，Ａ7＝1.0470E+01，Ａ8＝-4.6299E+00，Ａ9＝-2.1226E-02
Ａ10＝9.6894E-01，Ａ11＝-7.9260E-02，Ａ12＝-2.3661E-01，Ａ13＝-1.8210E-03
Ａ14＝6.4025E-02，Ａ15＝1.2197E-03，Ａ16＝-1.0393E-02，Ａ17＝-1.3892E-04
Ａ18＝8.1619E-05，Ａ19＝6.2396E-04，Ａ20＝-1.5184E-04
【００６５】
図１２は、実施例２のレンズと発光ダイオードを配置し、発光ダイオードの発光面から８ｍｍの位置に被照射面を配置したときの、計算で求めた被照射面でのＸ方向における照度分布を表す。図１３は、同一の発光ダイオードのみ配置し、発光ダイオードの発光面から８ｍｍの位置に被照射面を配置したときの、計算で求めた被照射面でのＸ方向における照度分布を表す。
【００６６】
図１２と図１３を比較すると、実施例２のレンズの効果で被照射面を広く照明できていることがわかる。
【００６７】
図１４に、実施例２のレンズにおける微小区間の曲率Ｃを示す。横軸は、微小区間の中心と光軸面Ｓ上の光源位置Ｐとを結んだ線Ｌｉと光軸とのなす角度θｉである（図３参照）。曲率Ｃは、θｉ＝12.5°で符号が反転し、θｉ＝67.2°で最大となる。
【００６８】
図１５に、実施例２のレンズにおける式（４）に関連するＣ×（ｎ−１）／ｄｉを示す。なお、ｄｉとは、光軸面Ｓ上の光源位置Ｐから、微小区間の中心までの距離、すなわち図３中の線Ｌｉの長さのことである。Ｃ×（ｎ−１）／ｄｉは、θｉ＝67.2°で最大となり、その値は0.995である。
【００６９】
図１６に、実施例２のレンズにおける微小区間の曲率Ｃとサグ量を示す。図１６では、θｏ＝12.5°、θｓ＝35.38°、θｍｃ＝67.2°である。
【００７０】
図１７に、実施例２のレンズの出射面から出射される光を出射角度ごとに見たときの光度を相対光度で示す。図１７では、θｍｐ＝62.5°である。従って、θｍｐ／θｍｃ＝0.93である。
【００７１】
各実施例のレンズにおける式（１）〜（９）の条件に対する対応値は、以下の表５のとおりである。
【００７２】
【表５】
2011014831.tif 000004
【００７３】
（実施の形態２）
図１８は、本発明の実施の形態２に係る発光装置１Ｂの斜視図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同一構成部分には同一符号を付して、その説明を省略する。この点は、後述する実施の形態３でも同様である。
【００７４】
本実施形態の発光装置１Ｂでは、発光ダイオード３が複数（図例では３つ）設けられており、これらの発光ダイオード３はＹ方向に並べられた状態で基板２に実装されている。発光ダイオード３は、全て同じサイズ（例えば、幅は０．５ｍｍ、長さ５．０ｍｍ）のものであってもよい。
【００７５】
レンズ４は、全ての発光ダイオード３に沿って延びる形状を有しており、全ての発光ダイオード３を覆っている。
【００７６】
本実施形態の発光装置１Ｂは、複数の発光ダイオード３を用いていることを除いては、実施の形態１と同様にして被照射面を照明する。発光装置１Ｂでは、複数の発光ダイオード３を用いることで、照明領域をＹ方向に幅広くすることができるとともに、さらに大きな光束量で被照射面を照明することができる。
【００７７】
なお、本実施形態の発光装置１Ｂでも、実施の形態１で説明した好ましい態様が採用されること（例えば、式（１）〜（９）の条件を満たすこと）が好ましい。この点は、後述する実施の形態３でも同様である。
【００７８】
（実施の形態３）
図１９は、本発明の実施の形態３に係る発光装置１Ｃの斜視図である。本実施形態の発光装置１Ｃは、第２実施形態の発光装置１Ｂと同様の構成となっているが、発光ダイオード３同士の間に、発光ダイオード３から放射される光を反射して拡散する反射拡散部２５が設けられている点で異なる。
【００７９】
具体的に、反射拡散部２５は、基板２に形成されている。本実施形態の各反射拡散部２５は、Ｘ方向に潰れた四角錐状をなしている。各発光ダイオード３のサイズは、例えば幅０．５ｍｍ、長さ３．０ｍｍである。各反射拡散部２５の底面の大きさは、例えばＸ方向の短辺が０．５ｍｍ、Ｙ方向の長辺が２．０ｍｍである。反射拡散部２５を基板２に形成するには、予め所望の形状に成形した樹脂成形品を基板２に接合すればよい。反射拡散部２５は、発光ダイオード３からの光を反射して拡散することにより、擬似的な光源を形成する。
【００８０】
発光装置１Ｃでは、複数の発光ダイオード３の間に反射拡散部２５を設けることで、発光ダイオード３の長さを短くできるため、実施の形態２の効果をより安価に得ることができる。
【００８１】
（変形例）
なお、前記各実施の形態では、出射面４２が光軸面Ｓに対して面対称になっているが、出射面４２は、例えば図２１に示すように、光軸面Ｓに対して非対称になっていてもよい。
【００８２】
また、出射面４２は、必ずしも中央部が窪んでいる必要はなく、例えば断面半球状のシリンドリカル面であってもよい。ただし、出射面４２が凹面部４２ａと凸面部４２ｂを含んでいれば、被照射面５における光軸近傍の照度を抑えて広がりのある照度分布にすることができる。
【００８３】
さらに、実施の形態３の発光装置１Ｃでは、図２０（ａ）に示すように一定の断面形状でＹ方向に延びるレンズ４が用いられているが、レンズ４は、図２０（ｂ）に示す変形例の発光装置１Ｃ’のように、反射拡散部２５の真上では、発光ダイオード３および反射拡散部２５からの光をＹ方向へ屈折させる形状になっていてもよい。同様に、実施の形態１，２で用いられるレンズ４も、発光ダイオード３の存しない位置では、発光ダイオード３からの光をＹ方向へ屈折させる形状になっていてもよい。
【００８４】
＜面光源＞
図２２は、本発明の実施の形態３に係る発光装置１Ｃを用いた面光源６の斜視図である。この面光源６は、平面的に配置された、複数の発光装置１Ｃと、これらの発光装置１Ｃを覆うように配置された拡散板６３とを備えている。
【００８５】
発光装置１Ｃは、拡散反射板６１上に、マトリクス状に配置されている。発光装置１Ｃは、Ｘ方向およびＹ方向に配列されている。拡散反射板６１は、支持板６２で支持されている。
【００８６】
発光装置１Ｃは、拡散板６３の一方面（入射面）に光を照射する。すなわち、拡散板６３の一方面は、図２に示した被照射面５となっている。拡散板６３は、一方面に照射された光を他方面（出射面）から拡散された状態で放射する。また、拡散板６３で反射された光は、拡散反射板６１で反射されて再度拡散板６３に照射される。
【００８７】
面光源６は、以下の式（１０）を満足することが好ましい。
０．２＜ｈ／ｐ＜０．６・・・（１０）
ただし、
ｈ：発光装置１Ｃ中の発光ダイオード３の発光面３ａから拡散板６３の入射面までの距離
ｐ：Ｘ方向における発光装置１Ｃの配列ピッチ
である。
【００８８】
式（１０）は、Ｘ方向の発光装置１Ｃの配列ピッチに対する、発光ダイオード３の発光面３ａと拡散板６３との距離を規定している。ｈ／ｐが０．６以上になると、発光装置１Ｃの配列ピッチに対して拡散板６３が発光装置１Ｃから離れすぎるため、面光源６が大型化してしまう。ｈ／ｐが０．２以下になると、拡散板６３上での輝度分布の均一性を確保するのが困難になり、面内での輝度ムラが大きくなる。
【００８９】
以上説明した面光源６では、発光装置１Ｃからの光束はＸ方向に広配光化されているので、発光ダイオード３の発光面３ａと拡散板６３の入射面との距離ｈが８ｍｍという薄型を、Ｘ方向における発光装置１Ｃの配列ピッチｐを例えば３０ｍｍで実現できる。例えば、発光装置１ＣをＸ方向に１６列配置すれば３７インチ（ワイド１６：９）を実現できる。このとき、式（１０）中のｈ／ｐは０．２６７である。
【００９０】
また、発光装置１Ｃを用いることで、拡散板６３の入射面で照度が均一化されるため、低コスト、薄型、高輝度、高画質（均一輝度分布）の面光源６を実現できる。なお、この効果は、実施の形態３の発光装置１Ｃの代わりに実施の形態１，２の発光装置１Ａ，１Ｂを用いても、同様に得ることができる。
【００９１】
＜液晶ディスプレイ装置＞
図２３は、図２２に示す面光源６を用いた液晶ディスプレイ装置７の斜視図である。この液晶ディスプレイ装置７は、液晶パネル７１と、液晶パネル７１の裏側に配置された面光源６とを備えている。
【００９２】
面光源６を用いることにより、液晶パネル７１を均一に照明することができるとともに、低コスト、薄型、高輝度、高画質（均一輝度分布）の液晶ディスプレイ装置７を実現できる。なお、この効果は、面光源６に、実施の形態３の発光装置１Ｃの代わりに実施の形態１，２の発光装置１Ａ，１Ｂが用いられていても、同様に得ることができる。
【符号の説明】
【００９３】
１Ａ〜１Ｃ  発光装置
３    発光ダイオード
３ａ  発光面
４    レンズ
４２  出射面
４２ａ  凹面部
４２ｂ  凸面部
５    被照射面
６    面光源
６３  拡散板
７    液晶ディスプレイ装置
７１  液晶パネル
【図１】
2011014831.tif 000005
【図２】
2011014831.tif 000006
【図３】
2011014831.tif 000007
【図４】
2011014831.tif 000008
【図５】
2011014831.tif 000009
【図６】
2011014831.tif 000010
【図７】
2011014831.tif 000011
【図８】
2011014831.tif 000012
【図９】
2011014831.tif 000013
【図１０】
2011014831.tif 000014
【図１１】
2011014831.tif 000015
【図１２】
2011014831.tif 000016
【図１３】
2011014831.tif 000017
【図１４】
2011014831.tif 000018
【図１５】
2011014831.tif 000019
【図１６】
2011014831.tif 000020
【図１７】
2011014831.tif 000021
【図１８】
2011014831.tif 000022
【図１９】
2011014831.tif 000023
【図２０】
2011014831.tif 000024
【図２１】
2011014831.tif 000025
【図２２】
2011014831.tif 000026
【図２３】
2011014831.tif 000027