(57)【要約】【課題】指向性を確保しつつ、輝度分布の均一化を図ることが可能な光源装置を提供する。【解決手段】本発明の光源装置１は、指向性を有する光を射出する光源７と、光源７から射出される光の照射範囲内に配置された遮光性を有する構造体（放熱用構造体６）と、を備え、光射出方向から見た方位において、少なくとも一つの方位における光Ｌｏの平行度が他の方位における光Ｌｏの平行度よりも低い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を有する光を射出する光源と、
前記光源から射出される光の照射範囲内に配置された遮光性を有する構造体と、を備え、
光射出方向から見た方位において、少なくとも一つの方位における前記光の平行度が他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記構造体の前記光射出方向から見た平面形状が、短手方向と長手方向とを有し、
前記構造体の前記短手方向に平行な方位における前記光の平行度が、他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記構造体が、前記光射出方向から見て複数の異なる方位に延在し、
前記複数の異なる方位に延在する構造体の各々に対応して、前記構造体の前記短手方向に平行な方位における前記光の平行度が、他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光源が、発光素子と、曲面を少なくとも一部に有する反射面を備え、前記曲面の焦点が前記発光素子の位置に略一致した凹面ミラーと、を備え、前記発光素子からの光を前記反射面により反射させて指向性を有する光を射出させる反射型光源であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記凹面ミラーが、アナモルフィック非球面を有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記焦点が前記発光素子の光射出面に位置し、前記光射出面の形状が長方形であることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項７】
前記凹面ミラーの反射面が、アルミニウム、もしくは銀を含む金属膜で構成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記構造体が、前記発光素子の放熱用構造体であることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記放熱用構造体が、金属で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記放熱用構造体の前記反射面に対向する側の面が、光吸収面であることを特徴とする請求項８または９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記放熱用構造体が、前記発光素子の電極であることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記凹面ミラーが双曲面ミラーであり、前記双曲面ミラーの反射面で反射した光を入射させるレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項４ないし１１のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記光源が、発光素子と、レンズと、を備え、前記発光素子からの光を前記レンズに入射させて指向性を有する光を射出させる透過型光源であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記レンズが、アクリル樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記光源が、レンズと、前記レンズの一方の面に発光面が対向して配置された発光素子と、前記レンズの他方の面に反射面が対向して配置された凹面ミラーと、を備え、前記発光素子からの光を前記レンズの屈折により集光させ、前記凹面ミラーで反射させて指向性を有する光を射出させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の光源装置を備えたことを特徴とする面光源装置。
【請求項１７】
前記光源装置を複数備えたことを特徴とする請求項１６に記載の面光源装置。
【請求項１８】
前記光源の光射出面を光射出方向から見た平面形状が、円に内接する多角形であり、前記複数の光源は、各々の前記光射出面同士が隣接するように配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の面光源装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の光源装置と、前記光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２０】
請求項１６ないし１８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射出される光により表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項２１】
指向性を有する光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備え、
前記表示素子が、前記光源装置から射出される光の照射範囲内に配置された遮光性を有する構造体と、を備え、
光射出方向から見た方位において、少なくとも一つの方位における前記光の平行度が他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする表示装置。
【請求項２２】
前記表示素子が、前記光源装置からの光を励起光として蛍光を発する蛍光励起型ディスプレイであることを特徴とする請求項１９ないし２１のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記光源装置が、紫外光もしくは青色光を射出することを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２４】
前記表示素子が、異なる色の表示を行う複数のサブピクセルからなるピクセルを備え、
前記サブピクセルの短手方向が前記異なる色のサブピクセルが配列された方向に一致し、前記サブピクセルの長手方向が前記異なる色のサブピクセルが配列された方向と直交する方向に一致し、
前記異なる色のサブピクセルの配列方向と直交する方位における前記光の平行度が他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする請求項１９ないし２３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項２５】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の光源装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２６】
請求項１６ないし１８のいずれか一項に記載の面光源装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、面光源装置、表示装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例として、面光源装置から射出される光を利用して表示を行う透過型液晶表示装置が知られている。この種の液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面側から液晶パネルを照明する面光源装置と、を有している。以下、本明細書では、表示パネルの背面側に設けられる面光源装置のことをバックライトと記す場合もある。
【０００３】
液晶表示装置において、コントラスト比等の表示特性を向上させるために、バックライトからの光を液晶パネルに対してできるだけ垂直に入射させる必要がある。そのため、射出光の角度分布が狭いバックライト、いわゆる指向性が高いバックライトが望まれている。例えば、特許文献１には、指向性を有する光を射出可能な発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）が開示されている。この文献のＬＥＤは反射型ＬＥＤであり、内面が放物面状の反射面である凹状ケースと、放物面の焦点に配置された発光素子と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８７０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のＬＥＤの場合、反射面で反射した光の射出方向に発光素子や配線が配置されているため、反射光の一部は発光素子や配線に照射される。その結果、反射面側から見て発光素子や配線の裏側にあたる領域に光が届かず、この領域が影となる。その結果、ＬＥＤからの射出光の輝度分布が均一にならない、という問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、指向性を確保しつつ、輝度分布の均一化を図ることが可能な光源装置および面光源装置を提供することを目的とする。また、上記の光源装置や面光源装置を備え、特性に優れた表示装置および照明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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の光源装置は、指向性を有する光を射出する光源と、前記光源から射出される光の照射範囲内に配置された遮光性を有する構造体と、を備え、光射出方向から見た方位において、少なくとも一つの方位における前記光の平行度が他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする。
【０００８】
本発明の光源装置は、前記構造体の前記光射出方向から見た平面形状が、短手方向と長手方向とを有し、前記構造体の前記短手方向に平行な方位における前記光の平行度が、他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光源装置は、前記構造体が、前記光射出方向から見て複数の異なる方位に延在し、前記複数の異なる方位に延在する構造体の各々に対応して、前記構造体の前記短手方向に平行な方位における前記光の平行度が、他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする。
【００１０】
本発明の光源装置は、前記光源が、発光素子と、曲面を少なくとも一部に有する反射面を備え、前記曲面の焦点が前記発光素子の位置に略一致した凹面ミラーと、を備え、前記発光素子からの光を前記反射面により反射させて指向性を有する光を射出させる反射型光源であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光源装置は、前記凹面ミラーが、アナモルフィック非球面を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の光源装置は、前記焦点が前記発光素子の光射出面に位置し、前記光射出面の形状が長方形であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の光源装置は、前記凹面ミラーの反射面が、アルミニウム、もしくは銀を含む金属膜で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光源装置は、前記構造体が、前記発光素子の放熱用構造体であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光源装置は、前記放熱用構造体が、金属で構成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光源装置は、前記放熱用構造体の前記反射面に対向する側の面が、光吸収面であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光源装置は、前記放熱用構造体が、前記発光素子の電極であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光源装置は、前記凹面ミラーが双曲面ミラーであり、前記双曲面ミラーの反射面で反射した光を入射させるレンズをさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の光源装置は、前記光源が、発光素子と、レンズと、を備え、前記発光素子からの光を前記レンズに入射させて指向性を有する光を射出させる透過型光源であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の光源装置は、前記レンズが、アクリル樹脂で構成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の光源装置は、前記光源が、レンズと、前記レンズの一方の面に発光面が対向して配置された発光素子と、前記レンズの他方の面に反射面が対向して配置された凹面ミラーと、を備え、前記発光素子からの光を前記レンズの屈折により集光させ、前記凹面ミラーで反射させて指向性を有する光を射出させることを特徴とする。
【００２２】
本発明の面光源装置は、前記光源装置を備えたことを特徴とする。
【００２３】
本発明の面光源装置は、前記光源装置を複数備えたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の面光源装置は、前記光源の光射出面を光射出方向から見た平面形状が、円に内接する多角形であり、前記複数の光源は、各々の前記光射出面同士が隣接するように配置されたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の表示装置は、前記光源装置と、前記光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の表示装置は、前記面光源装置と、前記面光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の表示装置は、指向性を有する光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備え、前記表示素子が、前記光源装置から射出される光の照射範囲内に配置された遮光性を有する構造体と、を備え、光射出方向から見た方位において、少なくとも一つの方位における前記光の平行度が他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする。
【００２８】
本発明の表示装置は、前記表示素子が、前記光源装置からの光を励起光として蛍光を発する蛍光励起型ディスプレイであることを特徴とする。
【００２９】
本発明の表示装置は、前記光源装置が、紫外光もしくは青色光を射出することを特徴とする。
【００３０】
本発明の表示装置は、前記表示素子が、異なる色の表示を行う複数のサブピクセルからなるピクセルを備え、前記サブピクセルの短手方向が前記異なる色のサブピクセルが配列された方向に一致し、前記サブピクセルの長手方向が前記異なる色のサブピクセルが配列された方向と直交する方向に一致し、前記異なる色のサブピクセルの配列方向と直交する方位における前記光の平行度が他の方位における前記光の平行度よりも低いことを特徴とする。
【００３１】
本発明の照明装置は、前記光源装置を備えたことを特徴とする。
【００３２】
本発明の照明装置は、前記面光源装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、指向性を確保しつつ、輝度分布の均一化を図ることが可能な光源装置および面光源装置を提供できる。本発明によれば、上記の光源装置や面光源装置を備え、特性に優れた表示装置および照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態の光源装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、（Ａ）光源装置全体の断面図、（Ｂ）凹面ミラーの断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図であり、（Ａ）光源装置全体の断面図、（Ｂ）凹面ミラーの断面図である。
【図４】シミュレーションの方法を説明するための図である。
【図５】照度比が９０％以上となる構造物の幅と光源からの距離との関係を示すグラフである。
【図６】比較例の光源装置の斜視図である。
【図７】第２実施形態の光源装置の斜視図である。
【図８】図７のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１０】第３実施形態の光源装置の斜視図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図１３】第４実施形態の光源装置の斜視図である。
【図１４】ＬＥＤチップの平面図である。
【図１５】（Ａ）本実施形態の光源装置における射出光の照度分布を示す図、（Ｂ）（Ａ）の照度分布をグラフ化した図である。
【図１６】（Ａ）比較例の光源装置における射出光の照度分布を示す図、（Ｂ）（Ａ）の照度分布をグラフ化した図である。
【図１７】（Ａ）第５実施形態の面光源装置の斜視図、（Ｂ）面光源装置の平面図、である。
【図１８】（Ａ）、（Ｂ）本実施形態の面光源装置を構成する一つの光源装置の作製方法を説明するための図である。
【図１９】第６実施形態の表示装置の斜視図である。
【図２０】（Ａ）第７実施形態の光源装置の斜視図、（Ｂ）（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（Ｃ）（Ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図、である。
【図２１】（Ａ）第８実施形態の光源装置の斜視図、（Ｂ）（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（Ｃ）（Ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図、である。
【図２２】第９実施形態の表示装置の斜視図である。
【図２３】サブピクセルの配置と光源装置の指向性との関係を示す斜視図である。
【図２４】（Ａ）図２３のＡ−Ａ’線に沿う断面図、（Ｂ）図２３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、である。
【図２５】（Ａ）第１０実施形態の照明装置の斜視図、（Ｂ）本実施形態の照明装置が備える光源装置の正面図、である。
【図２６】（Ａ）第１１実施形態の照明装置の斜視図、（Ｂ）（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図、（Ｃ）（Ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図、である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
本発明の実施形態として、影の原因となる遮光性構造体が光源装置内にある構成と、遮光性構造体が光源装置外にある構成と、が考えられる。遮光性構造体が光源装置外にある構成とは、一例として、光源装置と表示素子とで表示装置を構成したときに遮光性構造体が表示素子内にある構成である。
第１〜第５実施形態では、遮光性構造体が光源装置内にある構成の種々の例を示す。
【００３６】
図１は、本実施形態の光源装置の斜視図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、（Ａ）光源装置全体の断面図、（Ｂ）凹面ミラーの断面図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図であり、（Ａ）光源装置全体の断面図、（Ｂ）凹面ミラーの断面図である。
なお、以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態の光源装置１は、光源７と、放熱用構造体６と、を備えている。光源７は、パッケージ２と、凹面ミラー３と、ＬＥＤチップ４（発光素子）と、基板５と、を備えている。光源７は、ＬＥＤチップ４から射出した光を凹面ミラー３で反射させて外部に取り出す反射型の光源である。パッケージ２は、略直方体状の形状を有している。パッケージ２の上面に、内壁面がアナモルフィック非球面となった凹部２ｈが形成されている。詳しくは後述するが、アナモルフィック非球面は、方位によって曲率が異なる曲面のことである。
【００３８】
パッケージ２を光射出側から見ると、パッケージ２の外形形状は長方形であり、凹部２ｈの形状は楕円である。凹部２ｈの内壁面に沿って光反射率の高い金属膜もしくは誘電体多層膜が形成されている。凹面ミラー３は、これらの金属膜もしくは誘電体多層膜によって構成されている。したがって、凹面ミラー３の形状は、凹部２ｈの形状を反映したアナモルフィック非球面である。パッケージ２は、例えばセラミックス、金属等の無機材料、もしくは有機材料で構成されている。
【００３９】
図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、ＬＥＤチップ４は、光射出面４ａが凹面ミラー３に対向するように、基板５に実装された形で凹部２ｈの開口内に配置されている。光源装置１を光射出側から見ると、ＬＥＤチップ４は、凹部２ｈの形状をなす楕円の中心に配置されている。本実施形態では、ＬＥＤチップ４の平面形状は正方形である。ＬＥＤチップ４は、白色光を射出するものであってもよいし、赤色光、緑色光、青色光等の単色光を射出するものであってもよい。詳細な構成は図示しないが、ＬＥＤチップ４は、発光層や電極等が積層されてなる発光部が半導体基板上に形成された構成を有している。基板５はＬＥＤチップ４を実装できるものであれば、材質等は特に限定されない。
【００４０】
基板５には、放熱用構造体６が接合されている。放熱用構造体６は、例えばアルミニウム、銅等の金属で形成された遮光性を有する長尺の板材である。図１に示すように、放熱用構造体６は、凹部２ｈの開口に架けわたされる形で配置されている。放熱用構造体６は、ＬＥＤチップ４で発生する熱を放散させるためのものである。また、放熱用構造体６は、ＬＥＤチップ４に電流を供給するための電極を兼ねている。放熱用構造体６は、少なくとも凹面ミラー３に対向する側の面に黒色の塗装が施されている。この構成により、放熱用構造体６の一面は、凹面ミラー３から入射する光を吸収する光吸収面となっている。
【００４１】
以下の説明では、パッケージ２の上面２ａに平行な面をｘｙ平面とし、放熱用構造体６の短手方向をｘ軸方向、放熱用構造体６の長手方向をｙ軸方向、と定義する。パッケージ２の上面２ａに垂直な方向であって、光源装置１から光が射出される方向をｚ軸方向と定義する。
【００４２】
図２（Ａ）は、光源装置１を放熱用構造体６の短手方向に沿って切断した断面図、すなわちｘｚ平面で切断した断面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の構成要素のうち、パッケージ２と凹面ミラー３のみを取り出したものである。図３（Ａ）は、光源装置１を放熱用構造体６の長手方向に沿って切断した断面図、すなわちｙｚ平面で切断した断面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の構成要素のうち、パッケージ２と凹面ミラー３のみを取り出したものである。これらの図に示すように、凹面ミラー３の断面形状は、いずれの断面で見ても放物線状であり、中心軸Ｃに対して線対称である。
【００４３】
前述したように、凹面ミラー３は、アナモルフィック非球面である。本実施形態において、アナモルフィック非球面からなる凹面ミラー３の曲率が異なる方位は、光射出方向（ｚ軸）から見たときのｘ軸方位とｙ軸方位である。したがって、凹面ミラー３の断面形状において、図２（Ｂ）に示すｘｚ断面における曲率半径Ｒｘと図３（Ｂ）に示すｙｚ断面における曲率半径Ｒｙとは異なる。具体的に、曲率半径Ｒｘは曲率半径Ｒｙよりも大きい。言い換えると、ｘｚ断面における曲率とｙｚ断面における曲率とは異なる。具体的に、ｘｚ断面における曲率は、ｙｚ断面における曲率よりも小さい。
【００４４】
凹面ミラー３のｘｚ断面における曲率とｙｚ断面における曲率とが異なるため、凹面ミラー３のｘｚ断面における焦点Ｆｘとｙｚ断面における焦点Ｆｙとは、互いに異なる位置にある。ＬＥＤチップ４は、上記２つの焦点Ｆｘ，Ｆｙのうち、ｙｚ断面における焦点Ｆｙに合わせて配置されている。より詳細に言えば、凹面ミラー３のｙｚ断面における焦点ＦｙがＬＥＤチップ４の光射出面４ａ内に位置している。ＬＥＤチップ４は、光射出面４ａが中心軸Ｃに垂直（ｘｙ平面に対して平行）になる姿勢で配置されている。
【００４５】
仮にＬＥＤチップ４が完全な点光源であり、凹面ミラー３の焦点に配置されていたとすると、ＬＥＤチップ４から放射状に射出された全ての光線は、凹面ミラー３で反射して凹面ミラー３の中心軸Ｃに平行な光線となる。その場合、光源装置１から、拡散角度分布を持たない完全な平行光が射出される。ところが、実際にはＬＥＤチップ４は有限の大きさを有している。そのため、ＬＥＤチップ４が凹面ミラー３の焦点に配置されていたとしても、全ての光線が凹面ミラー３の焦点から射出されるのではない。凹面ミラー３の焦点から外れた位置から射出される光線が必ず存在する。その結果、図１、図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、凹面ミラー３で反射した後、所定の拡散角度を持った拡散光Ｌｏが光源装置１から射出される。
【００４６】
本実施形態の場合、ＬＥＤチップ４の位置はｙｚ断面における凹面ミラー３の焦点Ｆｙと一致している。そのため、図３（Ａ）に示すように、ｙｚ断面で見たときの光Ｌｏは、相対的に小さい拡散角度θｙを持ち、平行度が相対的に高い。その一方、ＬＥＤチップ４の位置はｘｚ断面における凹面ミラー３の焦点Ｆｘから外れている。そのため、図２（Ａ）に示すように、ｘｚ断面で見たときの光Ｌｏは、相対的に大きい拡散角度θｘを持ち、平行度が相対的に低い。
【００４７】
したがって、光源装置１においては、図１、図２（Ａ）、図３（Ａ）に示すように、射出光Ｌｏの指向性は異方性を有する。すなわち、ｙｚ断面で見たときの指向性（ｙ軸方向の指向性）が高く、ｘｚ断面で見たときの指向性（ｘ軸方向の指向性）が低い射出光Ｌｏが光源装置１から出力される。図１、図２（Ａ）、図３（Ａ）においては、凹面ミラー３上の任意の２箇所の点で反射した光のみを示した。実際には凹面ミラー３上の無数の点で光が反射し、全ての光が同じ特性を示す。そのため、光源装置１の全体で見ても指向性の特徴は変わることがなく、ｙ軸方向の指向性が高く、ｘ軸方向の指向性が低い射出光Ｌｏが光源装置１から出力される。
【００４８】
本発明者らは、上述したように、射出光Ｌｏの指向性に異方性を持たせることにより、短い距離で影を消すことができることをシミュレーションにより検証した。以下、シミュレーションについて説明する。シミュレーションツールは、LightToolsを用いた。
【００４９】
図４は、シミュレーション方法を説明するための図である。
図４に示すように、指向性を有する光源８の光射出面８ａに遮光性の構造体９が存在する場合、光源８からどれほどの距離を離せば照度比が９０％以上になるかをシミュレーションにより算出した。「照度比」は、ディテクターの検出面における最小照度／最大照度、で表される。したがって、最小照度と最大照度との差が大きい程、照度比は小さい値を取り、鮮明な影が生じていることを意味する。逆に、最小照度と最大照度との差が小さくなる程、言い換えると、最小照度が最大照度に近付く程、照度比は１００％に近い値を取り、影が消えることを意味する。具体的なシミュレーションの手法としては、構造体９の幅Ｗ（ｍｍ）を所定の値に設定し、光源８から射出される拡散光の照度を測定するディテクター１０を、射出光の中心軸Ｃ上で光源８から徐々に離していく。すると、ディテクター１０の検出面１０ａと光源８との距離ｄが近いうちは照度比が９０％未満であり、ディテクター１０の検出面１０ａと光源８との距離ｄがある程度以上離れると、照度比が９０％以上となる。照度比が９０％となったときのディテクター１０の検出面１０ａと光源８との距離ｄを算出する。シミュレーションでは、判定基準を９０％とし、照度比が９０％未満のときに影が生じているものとし、照度比が９０％以上となったときに影が消えたものとした。
【００５０】
以上の距離ｄの算出を構造体９の幅Ｗを変えながら行った。さらに、構造体９の幅Ｗ毎の距離ｄの算出を拡散光の指向性（平行度）を２種類に変えて行った。以上により、拡散光の指向性毎に照度比が９０％となる点の光源８からの距離ｄと構造体９の幅Ｗとの関係を求めた。シミュレーション条件として、光源８の光射出面８ａの直径を２０ｍｍに固定し、構造体９の幅Ｗを０ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲で変えた。拡散光の指向性は図４に示すような拡散角度分布で示し、拡散角度分布曲線の半値全幅（ＦＷＨＭ）が１５°の場合と１０°の場合の２種類で距離ｄの算出を行った。
【００５１】
図５は、照度比が９０％となる点の光源８からの距離ｄと構造体９の幅Ｗとの関係を示すグラフである。図５の横軸は構造体９の幅Ｗ（ｍｍ）を示し、図５の縦軸は照度比が９０％となる点の光源８からの距離ｄ（ｍｍ）を示す。実線のグラフはＦＷＨＭを１５°としたときのグラフであり、１点鎖線のグラフはＦＷＨＭを１０°としたときのグラフである。
【００５２】
図５に示すように、ＦＷＨＭの値に係わらず、照度比が９０％となる点の光源８からの距離ｄと構造体９の幅Ｗとの関係は比例関係を示す。ただし、ＦＷＨＭが１５°のグラフの勾配は相対的に緩やかであり、ＦＷＨＭが１０°のグラフの勾配は相対的に急峻である。したがって、例えば構造体９の幅Ｗが０．５ｍｍである場合、ＦＷＨＭが１０°の拡散光では、光源８からの距離ｄが２５ｍｍ以上のときに照度比が９０％以上となる。これに対し、ＦＷＨＭが１５°の拡散光では、光源８からの距離ｄが２０ｍｍ以上のときに照度比が９０％以上となる。
【００５３】
すなわち、構造体９の幅Ｗを０．５ｍｍとした場合、ＦＷＨＭが１０°の拡散光では、光源８からの距離ｄが２５ｍｍ以上のときに影が消える。これに対して、ＦＷＨＭが１５°の拡散光では、光源８からの距離ｄが２０ｍｍ以上のときに影が消える。したがって、構造体９の幅Ｗを一定とした場合、拡散角度分布が相対的に広い光は、拡散角度分布が相対的に狭い光よりも短い距離で影を消せることが実証された。言い換えると、指向性（平行度）を低くすれば、短い距離で影を消せることが実証された。
【００５４】
図６に示すように、射出光Ｌｏの指向性に異方性を持たない比較例の光源装置１０１を考える。比較例の光源装置１０１は、例えば正方形状のＬＥＤチップ１０２と放物面状の凹面ミラー１０３を有している。この構成により、凹面ミラー１０３で反射した光Ｌｏはｘｙ平面内のどの方位においても等方的な拡散角度を有する。例えば構造体１０４の幅が０．５ｍｍであり、比較例の光源装置１０１から射出される光ＬｏのＦＷＨＭが１０°であったとすると、上述したように、影が消える距離は２５ｍｍ以上となる。これに対し、本実施形態の光源装置１のように、構造体の長手方向のＦＷＨＭを１０°に維持したまま、幅方向のＦＷＨＭのみを１５°にして指向性（平行度）を低くすれば、影が消える距離を２０ｍｍ以上に短くできる。
【００５５】
以上述べたように、本実施形態の光源装置１によれば、光射出方向に遮光性の構造物が存在する場合であっても、適度な指向性を確保しつつ、短い距離で影を消すことができる。その結果、照度分布の均一性の高い光源装置１を提供することができる。
【００５６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７〜図９を用いて説明する。
本実施形態の光源装置は、第１実施形態の光源装置の凹面ミラーの中空部が樹脂で埋め込まれたものである。
図７〜図９において、第１実施形態で用いた図面と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５７】
図７に示すように、本実施形態の光源装置１３は、凹面ミラー１５と、透明樹脂１４と、ＬＥＤチップ４（発光素子）と、基板５と、放熱用構造体６と、を備えている。光源装置１３は、ＬＥＤチップ４から射出した光を、透明樹脂１４を介して凹面ミラー１５で反射させて平面１４ｂから外部に取り出す反射型の光源装置である。凹面ミラー１５を光射出側から見た形状は楕円である。凹面ミラー１５の内面（反射面）の形状はアナモルフィック非球面である。透明樹脂１４は、例えばアクリル樹脂のような透明な樹脂材料で構成され、凹面ミラー１５の凹みの内部に埋め込まれている。
【００５８】
図８、図９に示すように、ＬＥＤチップ４は、光射出面４ａが凹面ミラー１５に対向するように、基板７に実装された形で透明樹脂１４の平面１４ｂ上に配置されている。光源装置１３を光射出側から見ると、ＬＥＤチップ４は、凹面ミラー１５の平面形状をなす楕円の中心に配置されている。本実施形態では、ＬＥＤチップ４の平面形状は正方形である。基板５には、放熱用構造体６が接合されている。放熱用構造体６は、透明樹脂１４の平面１４ｂに沿う形で配置されている。放熱用構造体６の透明樹脂１４に対向する側の面は光吸収面となっている。
【００５９】
以下の説明では、透明樹脂１４の平面１４ｂに平行な面をｘｙ平面とし、放熱用構造体６の短手方向をｘ軸方向、放熱用構造体６の長手方向をｙ軸方向、と定義する。透明樹脂１４の平面１４ｂに垂直な方向であって、光が射出される方向をｚ軸方向と定義する。
【００６０】
前述したように、凹面ミラー１５の反射面は、アナモルフィック非球面である。本実施形態において、アナモルフィック非球面からなる凹面ミラー１５の曲率が異なる方位は、光射出方向（ｚ軸）から見たときのｘ軸方位とｙ軸方位である。したがって、凹面ミラー１５の断面形状において、図８に示すｘｚ断面における凹面ミラー１５の曲率と、図９に示すｙｚ断面における凹面ミラー１５の曲率と、は異なる。具体的に、ｘｚ断面における凹面ミラー１５の曲率は、ｙｚ断面における凹面ミラー１５の曲率よりも小さい。
【００６１】
ｘｚ断面における凹面ミラー１５の曲率とｙｚ断面における凹面ミラー１５の曲率とが異なるため、ｘｚ断面における凹面ミラー１５の焦点Ｆｘとｙｚ断面における凹面ミラー１５の焦点Ｆｙとは、互いに異なる位置にある。ＬＥＤチップ４は、上記２つの焦点Ｆｘ，Ｆｙのうち、ｙｚ断面における凹面ミラー１５の焦点Ｆｙに合わせて配置されている。より詳細に言えば、ｙｚ断面における凹面ミラー１５の焦点ＦｙがＬＥＤチップ４の光射出面４ａ内に位置している。ＬＥＤチップ４は、光射出面４ａが中心軸Ｃに垂直（ｘｙ平面に対して平行）になる姿勢で配置されている。
【００６２】
本実施形態の場合、ＬＥＤチップ４の位置はｙｚ断面における凹面ミラー１５の焦点Ｆｙと一致している。そのため、図９に示すように、ｙｚ断面で見たときの射出光Ｌｏは、相対的に小さい拡散角度θｙを持ち、平行度が相対的に高い。その一方、ＬＥＤチップ４の位置はｘｚ断面における凹面ミラー１５の焦点Ｆｘから外れている。そのため、図８に示すように、ｘｚ断面で見たときの射出光Ｌｏは、相対的に大きい拡散角度θｘを持ち、平行度が相対的に低い。
【００６３】
本実施形態の光源装置１３においても、射出光Ｌｏの指向性に異方性を持たせたことにより、適度な指向性を確保しつつ短い距離で影を消すことができ、照度分布の均一性の高い光源装置１３を提供できる、という第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図１０〜図１２を用いて説明する。
本実施形態の光源装置は、基本構成が第１実施形態と同様であり、複数の構造物を備えた点が第１実施形態と異なる。
図１０〜図１２において、第１実施形態で用いた図面と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００６５】
図１０に示すように、本実施形態の光源装置１７は、パッケージ２と、凹面ミラー２０と、ＬＥＤチップ４（発光素子）と、基板５と、放熱用構造体１８，１９と、を備えている。放熱用構造体１８，１９は、光射出方向（ｚ軸）から見て、異なる方位に延在する２つの放熱用構造体を含んでいる。第１の放熱用構造体１８はｘ軸方向に延在し、第２の放熱用構造体１９はｙ軸方向に延在している。２つの放熱用構造体１８，１９の幅は異なり、第１の放熱用構造体１８の幅Ｗ１は第２の放熱用構造体１９の幅Ｗ２よりも狭い。
【００６６】
本実施形態の場合、光源装置１７が２つの放熱用構造体１８，１９を備えているため、２つの放熱用構造体１８，１９の各々を通る光を反射させる凹面ミラー２０の領域毎に形状が最適化されている。すなわち、図１１に示すように、凹面ミラー２０の一部の領域で反射して第２の放熱用構造体１９を通る光Ｌｏについては、ｘｚ断面で見たときに相対的に大きい拡散角度θｘを持ち、平行度が相対的に低い。この種の異方性を持つように凹面ミラー２０の当該領域の形状が最適化されている。一方、図１２に示すように、凹面ミラー２０の一部の領域で反射して第１の放熱用構造体１８を通る光Ｌｏについては、ｙｚ断面で見たときに相対的に大きい拡散角度θｙを持ち、平行度が相対的に低い。この種の異方性を持つように凹面ミラー２０の当該領域の形状が最適化されている。
【００６７】
第１実施形態の図５で示したように、構造体の幅が大きくなる程、影を消すための距離は長くなる。また、構造体の幅が同じである場合、射出光の平行度が低い方が影を消すための距離を短くできる。したがって、本実施形態のように、幅が異なる２つの構造体を光源装置が備えている場合、同じ距離で影を消すためには構造体の幅に合わせて射出光の平行度を変える必要がある。
【００６８】
図５のグラフの例で言えば、例えば幅が０．４ｍｍの構造体と幅が０．５ｍｍの構造体とを備えた光源装置の場合、光源から２０ｍｍの距離で双方の構造体による影を同時に消すためには、幅が０．４ｍｍの構造体に対してはＦＷＨＭが１０°の光を照射し、幅が０．５ｍｍの構造体に対してはＦＷＨＭが１５°の光を照射すればよい。本実施形態の場合、図１１に示す幅Ｗ２が広い第２の放熱用構造体１９に対しては平行度が相対的に低い光が照射され、図１２に示す幅Ｗ１が狭い第１の放熱用構造体１８に対しては平行度が相対的に高い光が照射されるように、凹面ミラー２０の形状が最適化されている。
【００６９】
本実施形態の光源装置１７のように複数の構造体を備えた場合においても、射出光の指向性に異方性を持たせることにより、適度な指向性を確保しつつ短い距離で影を消すことができ、照度分布の均一性の高い光源装置１７を提供できる、という第１、第２実施形態と同様の効果が得られる。
【００７０】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１３〜図１６を用いて説明する。
本実施形態の光源装置は、基本構成が第１実施形態と同様であり、指向性に異方性を付与するための手段が第１実施形態と異なる。
図１３〜図１６において、第１実施形態で用いた図面と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００７１】
図１に示すように、本実施形態の光源装置２３は、パッケージ２４と、凹面ミラー２５と、ＬＥＤチップ２６（発光素子）と、基板５と、放熱用構造体６と、を備えている。第１実施形態の光源装置１では、凹面ミラー３の形状を、方位によって曲率が異なるアナモルフィック非球面とし、射出光の指向性に異方性を持たせた。これに対して、本実施形態の光源装置２３では、ＬＥＤチップ２６の形状を長方形とすることで射出光の指向性に異方性を持たせている。このように、ＬＥＤチップ２６の形状の工夫により指向性に異方性を持たせられるため、凹面ミラー２５の形状は、方位によらずに曲率が一定の放物面とする。
【００７２】
パッケージ２４を光射出側から見ると、パッケージ２４の外形形状は正方形であり、凹部２４ｈの形状は円である。凹面ミラー２５は、凹部２４ｈの内壁面に形成された金属膜もしくは誘電体多層膜により構成されている。凹面ミラー２５の形状は、方位によらずに曲率が一定の放物面である。
【００７３】
ＬＥＤチップ２６は、光射出面が凹面ミラー２５に対向するように、基板５に実装された形で凹部２４ｈの開口内に配置されている。光源装置２３を光射出側から見たとき、ＬＥＤチップ２６は、凹部２４ｈの形状をなす円の中心に配置されている。図１４に示すように、本実施形態では、ＬＥＤチップ２６の平面形状は長方形である。ＬＥＤチップ２６のｘ軸に平行な辺の長さをＷｘ、ｙ軸に平行な辺の長さをＷｙとすると、Ｗｘ＞Ｗｙの関係となっている。すなわち、ＬＥＤチップ２６は、長辺がｘ軸と平行となり、短辺がｙ軸と平行となるように配置されている。放熱用構造体６は、幅方向がｘ軸と平行となり、長手方向がｙ軸と平行となるように配置されている。ＬＥＤチップ２６は、凹面ミラー２５の焦点に合わせて配置されている。厳密には、凹面ミラー２５の焦点がＬＥＤチップ２６の光射出面の中心に位置している。
【００７４】
第１実施形態で述べたように、ＬＥＤチップは有限の大きさを有しているため、ＬＥＤチップが凹面ミラーの焦点に配置されていても、凹面ミラーの焦点から外れた位置から射出される光線が必ず存在する。ＬＥＤチップが点光源から離れる程、すなわち、ＬＥＤチップの寸法が大きくなる程、焦点から外れた位置から射出される光線が多くなり、指向性は低下する。ここで、本実施形態のように、ＬＥＤチップ２６が長方形の場合、方位によって焦点から外れた位置から射出される光線の量が異なる。すなわち、ＬＥＤチップ２６の短辺側では、焦点に比較的近い位置から射出される光線の量が多い。これに対し、ＬＥＤチップ２６の長辺側では、焦点から比較的遠い位置から射出される光線の量が多くなる。
【００７５】
本実施形態の場合、ＬＥＤチップ２６の長辺がｘ軸と平行、ＬＥＤチップ２６の短辺がｙ軸と平行であるため、射出光の指向性（平行度）は、ｘ軸方向において相対的に低く、ｙ軸方向において相対的に高い。
【００７６】
本発明者らは、ＬＥＤチップの形状が正方形の場合と長方形の場合とで、シミュレーションにより射出光の角度照度分布を比較した。シミュレーションツールは、LightToolsを用いた。シミュレーション条件は、正方形のチップの寸法を０．５ｍｍ×０．５ｍｍとし、長方形のチップの寸法を０．５ｍｍ×１．０ｍｍとした。
【００７７】
図１５（Ａ）、（Ｂ）はＬＥＤチップの形状が長方形の場合のシミュレーション結果を示し、図１５（Ａ）は等照度曲線を示す。図１５（Ｂ）はｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれの角度照度分布をグラフ化したものである。
図１６（Ａ）、（Ｂ）はＬＥＤチップの形状が正方形の場合のシミュレーション結果を示し、図１６（Ａ）は等照度曲線を示す。図１６（Ｂ）はｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれの角度照度分布をグラフ化したものである。
図１５（Ｂ）、図１６（Ｂ）において、横軸は極角（°）、縦軸は極角０°の照度を１として規格化した照度、である。実線のグラフはｘ軸方向の角度照度分布を示し、１点鎖線のグラフはｙ軸方向の角度照度分布を示す。
【００７８】
図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップの形状が正方形の場合、射出光の角度照度分布は、ｘ軸方向とｙ軸方向とで一致しており、変わることはない。この場合、射出光の指向性は等方性となる。これに対し、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＬＥＤチップの形状が長方形の場合、射出光の角度照度分布は、ｘ軸方向において広く、ｙ軸方向において狭い傾向を示した。これらのシミュレーション結果から、ＬＥＤチップの形状を長方形とすることにより射出光の指向性に異方性を付与できることが実証された。
【００７９】
本実施形態の光源装置２３においても、射出光の指向性に異方性を持たせたことにより、適度な指向性を確保しつつ短い距離で影を消すことができ、照度分布の均一性の高い光源装置を提供できる、という第１〜第３実施形態と同様の効果が得られる。本実施形態の場合、凹面ミラー２５として曲率が一定の放物面ミラーが用いられ、異方性の程度はＬＥＤチップ２６の形状のみで設定できる。そのため、光源装置の設計が容易になる。
【００８０】
上述したように、本実施形態の光源装置２３は、１つの放熱用構造体６と長方形のＬＥＤチップ２６とを備えている。この構成に代えて、第３実施形態のように、２つ以上の放熱用構造体を備えた場合、ＬＥＤチップの形状もそれに合わせ、指向性を意図的に低下させたい方位の数だけの対角線を持つ多角形状とすればよい。
【００８１】
なお、本実施形態においては、凹面ミラー２５の形状を放物面とした。これに対し、本実施形態で用いることが可能な凹面ミラーの形状は、必ずしも放物面に限ることなく、放物面を含む概念として円錐曲面であれば良い。円錐曲面の頂点を通る断面の形状を示す曲線は二次曲線と呼ばれる。二次曲線は、円錐を任意の平面で切り取った断面から得られる曲線である。凹面ミラーの径方向の座標をρ、凹面ミラーの中心軸方向の座標をｚ、コーニック係数をｋとすると、二次曲線を下記の（１）式、（２）式で表すことができる。
【００８２】
【数１】
2013254650.tif 000003
【数２】
2013254650.tif 000004
【００８３】
（１）式、（２）式におけるコーニック係数ｋの値によって二次曲線の形状は変化する。二次曲線は、例えばｋ＝０のときに円となり、ｋ＝−０．２５のときに楕円曲線となり、ｋ＝−１のときに放物線となり、ｋ＝−２のときに双曲線となる。本実施形態では、これらの二次曲線をｘｚ平面における断面形状とする凹面ミラーを用いることができる。
【００８４】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１７、図１８を用いて説明する。
本実施形態では、例えば液晶表示装置のバックライトとして用いて好適な面光源装置の一例を示す。
図１７（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の面光源装置を示す図であり、図１７（Ａ）は斜視図であり、図１７（Ｂ）は平面図である。
【００８５】
図１７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施形態の面光源装置２９は、複数の光源装置３０を備えている。光源装置３０は、ＬＥＤチップ３１と、光射出方向から見た平面形状が正六角形の凹面ミラー３２と、を備えている。複数の光源装置３０は、凹面ミラー３２の正六角形の辺同士が互いに接するように、密着して配置されている。本実施形態の面光源装置２９は、１２個の光源装置３０を備えている。
【００８６】
図１８（Ａ）は、本実施形態の光源装置３０が切り出される前の光源装置４０を示す斜視図である。図１８（Ａ）に示すように、切り出される前の光源装置４０は、パッケージ３４と、凹面ミラー３５と、ＬＥＤチップ３１と、封止材３６と、放熱用構造体３７と、を備えている。凹面ミラー３５の形状は、中心軸Ｃを中心とした回転対称形の放物面である。凹面ミラー３５の平面形状は、光射出方向（ｚ軸方向）から見て円形である。よって、切り出される前の光源装置４０から射出される光の照射領域は、円形である。光源装置４０において、平面形状が円形の凹面ミラー３５は、直方体状のパッケージ３４の一面に形成されている。そのため、凹面ミラー３５の外側のパッケージ３４の端部において光が照射されない領域が生じる。
【００８７】
図１８（Ｂ）は、光源装置４０を、平面形状が円形の凹面ミラー３５に内接する正六角形の６辺で切断した後の光源装置３０を示す斜視図である。図１８（Ｂ）に示すように、切断後の光源装置３０は、パッケージ３４Ａと、凹面ミラー３２と、ＬＥＤチップ３１と、封止材３６Ａと、を備えている。凹面ミラー３２の形状は、中心軸Ｃを中心とした回転対称形の放物面である。凹面ミラー３２の平面形状は、光射出方向（ｚ軸方向）から見て正六角形である。このように、元の光源装置４０を円形の凹面ミラー３５に内接する正六角形の６辺で切断することにより、パッケージ３４Ａの凹面ミラー３２と平面視で重ならない部分が切り落とされる。そのため、当該６辺で切断後の光源装置３０においては、切断前のパッケージ３４の端部に相当する部分がない。よって、光が照射されない領域が生じない。
【００８８】
本実施形態の場合、ＬＥＤチップ３１の形状は長方形である。ＬＥＤチップ３１は、長方形の長辺がｘ軸と平行となり、長方形の短辺がｙ軸と平行となるように配置されている。放熱用構造体３７は、幅方向がｘ軸と平行、長手方向がｙ軸と平行となるように配置されている。ＬＥＤチップ３１の長辺がｘ軸と平行、短辺がｙ軸と平行であるため、射出光の指向性（平行度）は、ｘ軸方向において相対的に低く、ｙ軸方向において相対的に高い。すなわち、射出光の指向性（平行度）は、放熱用構造体３７の幅方向において低くなっている。
【００８９】
本実施形態においては、光源装置３０の平面形状が正六角形であるため、複数の光源装置３０を隙間無く並べることができる。また、射出光の指向性に異方性を持たせたことにより、適度な指向性を確保しつつ短い距離で影を消すことができる。その結果、照度分布の均一性の高い面光源装置２９を提供することができる。短い距離で影を消せる効果により、光の被照射面を面光源装置２９に近付けることができ、例えば面光源装置と表示素子とを組み合わせて表示装置を構成する際に表示装置の薄型化を図ることができる。
【００９０】
本実施形態においては、凹面ミラー３２の平面形状が正六角形である例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、凹面ミラーの平面形状が三角形、四角形、五角形、及び七角形以上の多角形であってもよい。
【００９１】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１９を用いて説明する。
本実施形態では、影の原因となる遮光性構造体が液晶パネル内にある場合の表示装置の一例を示す。
図１９は、本実施形態の液晶表示装置を示す斜視図である。
【００９２】
図１９に示すように、本実施形態の液晶表示装置４３は、液晶パネル４４（表示素子）と、バックライト４５（面光源装置）と、を備えている。液晶パネル４４は、所定の間隔をおいて対向配置された一対の透明基板４６，４７と、一対の透明基板４６，４７間に挟持された液晶層４８と、を備えている。一対の透明基板４６，４７は、例えばアクティブマトリクス基板とカラーフィルター基板とから構成される。一方の透明基板４６には、ｙ軸方向に延在する遮光性の構造体４９が設けられている。構造体４９の具体例としては、例えば一方の透明基板４６がアクティブマトリクス基板である場合、複数の画素電極に画像信号を供給するための金属製の配線等が挙げられる。
【００９３】
バックライト４５は、例えば第４実施形態の光源装置２３を複数個配列し、面光源装置としたものである。バックライト４５を構成する光源装置２３は、パッケージ２４と、凹面ミラー２５と、ＬＥＤチップ２６と、基板５と、を備えている。凹面ミラー２５は、方位によらずに曲率が一定の放物面形状を有している。ＬＥＤチップ２６の形状は長方形である。ＬＥＤチップ２６は、長辺がｘ軸と平行となり、短辺がｙ軸と平行となるように配置されている。ＬＥＤチップ２６の長辺がｘ軸と平行、短辺がｙ軸と平行であるため、射出光の指向性（平行度）は、ｘ軸方向において相対的に低く、ｙ軸方向において相対的に高い。
【００９４】
本実施形態のバックライト４５において、射出光Ｌｏの指向性（平行度）は液晶パネル４４の構造体４９の幅方向において低くなっている。そのため、上記実施形態と同様、適度な指向性を確保しつつ短い距離で影を消すことができる。また、液晶パネルに対して指向性が高い光が照射されるため、表示のコントラスト比を高めることができる。その結果、表示品位が高く、明るさの均一性の高い液晶表示装置４３を提供することができる。
【００９５】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図２０を用いて説明する。
本実施形態は、第６実施形態と同様、遮光性構造体が液晶パネル内にある場合に用いて好適な光源装置の一例を示す。
図２０（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の光源装置を示す図であり、図２０（Ａ）は斜視図であり、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図であり、図２０（Ｃ）は図２０（Ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【００９６】
図２０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本実施形態の光源装置５１は、ＬＥＤチップ５２と、レンズ５３と、を備えている。第１〜第６実施形態では、ＬＥＤチップから射出した光を凹面ミラーで反射させて外部に取り出す反射型の光源装置の例を挙げた。これに対して、本実施形態の光源装置５１は、ＬＥＤチップ５２から射出された光を、レンズ５３を透過させて外部に取り出す透過型の光源装置である。
【００９７】
レンズ５３は両凸レンズである。レンズの２つの凸面５３ａ，５３ｂは、ともにアナモルフィック非球面である。本実施形態において、アナモルフィック非球面からなる凸面５３ａ，５３ｂの曲率が異なる方位は、光射出方向（ｚ軸）から見たときのｘ軸方位とｙ軸方位である。したがって、凸面５３ａ，５３ｂのｘｚ断面における曲率とｙｚ断面における曲率とは異なり、図２０（Ｃ）に示すｘｚ断面における曲率は、図２０（Ｂ）に示すｙｚ断面における曲率よりも小さい。レンズ５３は、例えばアクリル樹脂により構成されている。
【００９８】
上記のレンズ５３の構成により、レンズ５３を透過した後の光Ｌｏは、図２０（Ｂ）に示すように、ｙｚ断面で見たときには、相対的に小さい拡散角度θｙを持ち、平行度が相対的に高い。その一方、レンズ５３を透過した後の光Ｌｏは、図２０（Ｃ）に示すように、ｘｚ断面で見たときには、相対的に大きい拡散角度θｘを持ち、平行度が相対的に低い。
【００９９】
本実施形態の光源装置５１を図１９の液晶パネル４４と組み合わせたとすると、光源装置５１からの射出光の指向性（平行度）は、液晶パネル４４の構造体４９の幅方向において低くなっている。そのため、本実施形態の光源装置５１は、第６実施形態と同様、適度な指向性を確保しつつ、短い距離で影を消すことができる。
【０１００】
［第８実施形態］
以下、本発明の第８実施形態について、図２１を用いて説明する。
本実施形態は、第６実施形態と同様、遮光性構造体が液晶パネル内にある場合に用いて好適な光源装置の一例を示す。
図２１（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態の光源装置を示す図であり、図２１（Ａ）は斜視図であり、図２１（Ｂ）は図２１（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図であり、図２１（Ｃ）は図２１（Ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【０１０１】
図２１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本実施形態の光源装置５５は、パッケージ５６と、ＬＥＤチップ５７と、凹面ミラー５８と、レンズ５３と、を備えている。第１〜第６実施形態では、ＬＥＤチップから射出した光を凹面ミラーで反射させて外部に取り出す反射型の光源装置の例を挙げた。これに対して、本実施形態の光源装置５５は、ＬＥＤチップ５７から射出した光を凹面ミラー５８で反射させた後、レンズ５３を透過させて外部に取り出す反射・透過型の光源装置である。
【０１０２】
凹面ミラー５８は双曲面ミラーである。凹面ミラー５８は、ｘｚ断面における曲率とｙｚ断面における曲率とが異なり、図２１（Ｃ）に示すｘｚ断面における曲率は、図２１（Ｂ）に示すｙｚ断面における曲率よりも小さい。レンズ５３は両凸レンズである。レンズ５３の２つの凸面５３ａ，５３ｂは、ともにアナモルフィック非球面である。本実施形態において、アナモルフィック非球面からなる凸面５３ａ，５３ｂの曲率が異なる方位は、光射出方向（ｚ軸）から見たときのｘ軸方位とｙ軸方位である。したがって、凸面５３ａ，５３ｂのｘｚ断面における曲率とｙｚ断面における凸面の曲率とは異なり、図２１（Ｃ）に示すｘｚ断面における曲率は、図２１（Ｂ）に示すｙｚ断面における曲率よりも小さい。レンズ５３は、例えばアクリル樹脂により構成されている。
【０１０３】
上記の凹面ミラー５８とレンズ５３との構成により、レンズ５３を透過した後の光Ｌｏは、図２１（Ｂ）に示すように、ｙｚ断面で見たときには、相対的に小さい拡散角度θｙを持ち、平行度が相対的に高い。その一方、レンズ５３を透過した後の光Ｌｏは、図２１（Ｃ）に示すように、ｘｚ断面で見たときには、相対的に大きい拡散角度θｘを持ち、平行度が相対的に低い。
【０１０４】
本実施形態の光源装置５５を図１９の液晶パネル４４と組み合わせたとすると、光源装置５５からの射出光の指向性（平行度）は、液晶パネル４４の構造体４９の幅方向において低くなっている。そのため、本実施形態の光源装置５５は、第６実施形態と同様、適度な指向性を確保しつつ、短い距離で影を消すことができる。
【０１０５】
[第９実施形態]
以下、本発明の第９実施形態について、図２２〜図２４を参照して説明する。
本実施形態では、上記実施形態の面光源装置を備えた表示装置の一例を示す。
本実施形態は、上記実施形態の面光源装置をバックライトとして備えた表示装置の一例である。
【０１０６】
本実施形態の表示装置６０は、図２２に示すように、第５実施形態の面光源装置からなるバックライト６１と、液晶素子６２（光変調素子）と、発光素子６３と、を備えている。本実施形態の表示装置６０は、バックライト６１から射出された光Ｌの透過率を液晶素子６２により変調した後、液晶素子６２を透過した光を励起光として発光素子６３内の蛍光体を発光させる蛍光励起型の液晶表示装置である。
【０１０７】
本実施形態の表示装置６０においては、赤色光による表示を行う赤色用サブピクセル６４Ｒ、緑色光による表示を行う緑色用サブピクセル６４Ｇ、青色光による表示を行う青色用サブピクセル６４Ｂが隣接して配置されている。表示を構成する最小単位である１つのピクセルは、これら３つのサブピクセル６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂにより構成されている。
【０１０８】
バックライト６１は、発光素子６３の蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂを励起させる励起光Ｌを射出する。本実施形態の場合、バックライト６１は、励起光Ｌとしての紫外光や青色光を射出する。液晶素子６２は、バックライト６１から射出された励起光Ｌの透過率を上記のサブピクセル６４Ｒ，６４Ｇ，６４Ｂ毎に変調する。発光素子６３には、液晶素子６２により変調された励起光Ｌが入射され、蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂが励起されて発光した光が外部に射出される。したがって、本実施形態では、図２２に示す表示装置６０の上方が、使用者が表示を見る視認側となる。
【０１０９】
液晶素子６２は、第１透明基板６６と、第２透明基板６７と、液晶層６８と、を有する。液晶層６８は、第１透明基板６６と第２透明基板６７との間に挟持されている。本実施形態の場合、使用者から見て前面側に位置する第２透明基板６７は、発光素子６３の基板を兼ねている。第１透明基板６６の液晶層６８側の面には、サブピクセル毎に第１透明電極６９が形成されている。図示は省略するが、第１透明電極６９を覆うように配向膜が形成されている。第１透明基板６６の液晶層６８側と反対側の面には、第１偏光板７０が設けられている。第１透明基板６６には、例えばガラス、石英、プラスチック等からなる励起光を透過し得る基板を用いることができる。第１透明電極６９には、例えばインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide, 以下、ＩＴＯと略記する）等の透明導電性材料が用いられる。第１偏光板７０には、一般的に用いられる外付けの偏光板を用いることができる。
【０１１０】
一方、第２透明基板６７の液晶層６８側の面には、蛍光体層６５、第１光吸収層７１がこの順に積層されている。蛍光体層６５を構成する蛍光体材料は、サブピクセル毎に発光波長帯域が異なっている。バックライト６１からの励起光Ｌが紫外光である場合、赤色用サブピクセル６４Ｒには、紫外光を吸収して赤色光を発光する蛍光体材料からなる蛍光体層６５Ｒが設けられる。緑色用サブピクセル６４Ｇには、紫外光を吸収して緑色光を発光する蛍光体材料からなる蛍光体層６５Ｇが設けられる。青色用サブピクセル６４Ｂには、紫外光を吸収して青色光を発光する蛍光体材料からなる蛍光体層６５Ｂが設けられる。
【０１１１】
もしくは、バックライト６１からの励起光Ｌが青色光である場合には、赤色用サブピクセル６４Ｒ、緑色用サブピクセル６４Ｇには紫外光を吸収して赤色光、緑色光をそれぞれ発光する蛍光体材料からなる蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇが設けられる。青色用サブピクセル６４Ｂには、蛍光体層に代えて、励起光である青色光を波長変換することなく拡散させて外部に射出させる光拡散層が設けられる。さらに、第２透明基板６７の液晶層６８側の面には、第１光吸収層７１を覆うように第２偏光板７２が形成されている。第２偏光板７２の表面には、第２透明電極７３、配向膜（図示略）が積層されている。第２偏光板７２は、液晶素子６２の製造過程で塗布技術等を用いて作り込まれる偏光板であり、いわゆるイン・セル偏光板である。第２透明電極７３には、第１透明電極６９と同様、ＩＴＯ等の透明導電性材料が用いられる。
【０１１２】
液晶素子６２の方式は特に限定されるものではなく、例えばサブピクセル毎に薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）等のスイッチング素子を備えたアクティブマトリクス方式を採用しても良いし、ＴＦＴを持たないパッシブマトリクス方式を採用しても良い。また、液晶層６８のモードも特に限定されるものではなく、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード等、種々の液晶モードを採用できる。
【０１１３】
第２透明基板６７の液晶層６８側の面に、蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂ、第１光吸収層７１、第２偏光板７２、第２透明電極７３がこの順に積層されている。さらに、第２透明基板６７の液晶層６８と逆側の面には、第２光吸収層７４が形成されている。第１光吸収層７１は、バックライト６１からの励起光Ｌの漏れによるコントラスト低下を抑制するためのものである。第２光吸収層７４は、外光によるコントラスト低下を抑制するためのものである。第１光吸収層７１と第２光吸収層７４とは同じ蛍光体材料により構成されていても良いし、励起光、外光のそれぞれに合わせて異なる蛍光体材料により構成されていても良い。
【０１１４】
図２３は、本実施形態の表示装置６０において、バックライト６１を構成する光源装置１と各色の蛍光体層６５との位置関係を模式的に示す図である。したがって、実際の寸法として１色分の蛍光体層に１個の光源装置１が対応しているわけではない。また、光源装置１として、図１に示す第１実施形態の光源装置１を採用している。図２４（Ａ）は図２３のＡ−Ａ’線に沿う断面図であり、図２４（Ｂ）は図２３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【０１１５】
図２３に示すように、赤色用蛍光体層６５Ｒと緑色用蛍光体層６５Ｇと青色用蛍光体層６５Ｂとは、略同一の寸法および略同一の面積を有している。各蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの長手方向の寸法は、短手方向の寸法の略３倍である。したがって、３つの蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂが短手方向に配列された１個のピクセル分の蛍光体層６５の形状は、略正方形となる。蛍光体層６５は、各色の蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの長手方向がｘ軸と平行になり、短手方向、すなわち３つの蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの配列方向がｙ軸と平行になるように配置されている。
【０１１６】
一方、光源装置１は、放熱用構造体６がｙ軸方向に延在し、放熱用構造体６の幅方向がｘ軸方向と平行になるように配置されている。したがって、第１実施形態で述べたように、凹面ミラー３をアナモルフィック非球面とし、凹面ミラー３の曲率をｘ軸方向とｙ軸方向とで変えることにより、ｙ軸方向（放熱用構造体６の長手方向）の指向性が高く、ｘ軸方向（放熱用構造体６の幅方向）の指向性が低い光Ｌｏが光源装置１から射出される。
【０１１７】
蛍光体層６５と光源装置１との上記の位置関係によれば、図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光源装置１から射出される光の指向性は、各色の蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの短手方向、すなわち３つの蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの配列方向において高く、各色の蛍光体層６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの長手方向において低いことになる。
【０１１８】
蛍光励起型の液晶表示装置において、１個のサブピクセルに対応する蛍光体層の直下の液晶素子から射出された光が発光色の異なる隣の蛍光体層に入射した場合、本来発光して欲しくない蛍光体層が発光する、という不具合が生じる。その結果、混色が生じ、表示装置の表示品位が低下する原因となる。その点、本実施形態の表示装置６０の場合、サブピクセルの長手方向の光の指向性が多少低くても、サブピクセルの短手方向、すなわち発光色の異なるサブピクセルの配列方向の光の指向性は高く維持されている。そのため、混色が生じにくく、表示品位の高い表示装置６０を実現できる。
【０１１９】
本実施形態の表示装置６０によれば、上記第１実施形態に係る光源装置１をバックライト６１として採用しているので、液晶素子６２に対して指向性が高く、照度分布が均一な光を入射させることができる。よって、高画質の画像を表示可能な表示装置６０を実現できる。また、短い距離で影を消すことができるため、表示装置６０の薄型化を図ることができる。
【０１２０】
［第１０実施形態］
以下、本発明の第１０実施形態について、図２５（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
本実施形態では、上記実施形態の光源装置を備えた照明装置の一例を示す。
【０１２１】
図２５（Ａ）は、光源部８０として、上記実施形態の光源装置を備えた電気スタンド８１を示している。図２５（Ｂ）は、電気スタンド８１の光源部８０を示している。符号８２はＬＥＤチップであり、符号８３は凹面ミラーであり、符号８４は放熱用構造体である。この電気スタンド８１では、放熱用構造体８４による影を短い距離で消すことができる。そのため、光源部８０からの距離によらずに照度の均一性に優れた電気スタンド８１を実現できる。
【０１２２】
［第１１実施形態］
以下、本発明の第１１実施形態について、図２６（Ａ）〜（Ｃ）を用いて説明する。
本実施形態では、上記実施形態の光源装置を備えた照明装置の他の例を示す。
図２６（Ａ）は本実施形態のシーリングライトの斜視図であり、図２６（Ｂ）は図２６（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿う断面図であり、図２６（Ｃ）は図２６（Ａ）のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【０１２３】
図２６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、シーリングライト８７は、光源装置８８と、カバー８９と、吊り具９０と、を備えている。光源装置８８は、ＬＥＤチップ９１と、凹面ミラー９２と、を備えている。カバー８９は、光源装置８８を保護するものである。吊り具９０は、カバー８９を天井Ｔから吊り下げるための部材である。吊り具９０のうち、梁部９０ａは一方向に延在する棒状の部材である。本実施形態において、梁部９０ａは、光源装置８８から射出される光Ｌｏの照射領域内に位置し、影の原因となる。光源装置８８には、上記実施形態の光源装置が採用されている。
【０１２４】
光源装置８８は、凹面ミラーの曲率が梁部９０ａの長手方向と短手方向とで異なる。これにより、梁部９０ａの長手方向の指向性が高く、梁部９０ａの短手方向の指向性が低い光Ｌｏが光源装置８８から射出される。このように、光源装置８８から射出される光Ｌｏの指向性に異方性を持たせたことにより、短い距離で影を消すことができる。その結果、距離によらずに照度の均一性に優れたシーリングライト８７を実現できる。
【０１２５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態で例示した光源装置、面光源装置、表示装置、および照明装置を構成する各部材の形状、数、配置、材質等に関しては、上記実施形態に限ることなく、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマディスプレイ等の各種表示装置、もしくは照明装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１，１３，１７，２３，３０，５１，５５，８８…光源装置、３，１５，２０，２５，３２，３５，５８，８３，９２…凹面ミラー、４，２６，３１，５２，５７，８２，９１…ＬＥＤチップ（発光素子）、６，３７，８４…放熱用構造体、７…光源、１８…第１の放熱用構造体、１９…第２の放熱用構造体、２９…面光源装置、４３…液晶表示装置、４５，６１…バックライト、４９…構造体、５３…レンズ、６０…表示装置、６２…液晶素子、８１…電気スタンド（照明装置）、８７…シーリングライト（照明装置）。
【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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【図２５】
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【図２６】
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