JP4899502B2 - 面状照射光源及び面状照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状照射光源及び面状照射装置に関し、より詳細には、チャネルレターや、コンピュータ、ワードプロセッサ、テレビジョン等の画像表示に用いる液晶表示素子のバックライト光源などに利用される面状照射光源に関する。

近年、バックライト光源を有する液晶表示装置が携帯電子機器又は各種画像表示機器に利用され始めている。液晶表示装置は、通常、導光板、液晶セル、プリズムシート、拡散シート及びバックライト光源等から構成されている（例えば、特許文献１）。しかし、液晶表示装置を用いた表示機器の大型化に伴い、従来液晶表示装置に必須の構成要素であった導光板を用いない液晶表示装置が開発され始めている。これは、大型の導光板の作製が困難であり、大型の表示機器の軽量化及び薄型化を実現するためである。
また、通常、バックライト光源は、コアの光源がFL(蛍光ランプ)等で形成された線状光源を利用して、面状光源として用いられていた。しかし、低消費電力及び長寿命を考慮して、高輝度化が急速に進んでいる発光ダイオードがバックライト光源として利用されようとしている。

一方、表示機器のみならず、コンビニエンスストア等に設置されている飲料水等を陳列するディスプレイ用冷蔵庫等では、FL等が使用されていた。FLは低温での温度特性が悪いため、冷蔵庫でありながら、FL近傍はヒーターによって暖めてなければならないという矛盾があった。そこで、このような矛盾を回避するため、ならびに低消費電力及び長寿命を考慮して、FL(蛍光ランプ)等の光源から発光ダイオードへの置き換えが始まっている。
特開２００３−５７６２２号公報

表示機器等において、導光板レス構造を面状照射光源に採用すると、面状に導光する作用が弱まる。バックライト光源では、コア光源としてFL等の線状光源が用いられ、面状、すなわち２次元の光源を得ていた。そのため、コア光源が線状光源、すなわち１次元であれば次元を１上げるだけでよかった。

しかし、コア光源として点状光源、すなわち０次元のものを用いると、次元を２上げる必要があるので、適当な輝度及び均一発光等を実現することが困難となる。すなわち、発光ダイオードを導光板レス構造の面状光源に利用する場合、発光ダイオードが直下に存在する部分が輝点となり、面内を均一に発光させるのが困難であった。また、赤、青、緑の発光ダイオードチップを別々にパッケージして、組み合わせて白色光とする場合に、色度むらが発生する。

また、ディスプレイ用の冷蔵庫では、全面がガラス張りであり、このガラス部分に光源を置くことはできない。従って、構造上、スライド式のドアの端部に縦列式に発光ダイオードを設置する方式を採用せざるを得ない。この場合、発光ダイオード毎にサイドエミッタ用レンズやランバーシャン用レンズを取り付けて、光を広範囲に出射させることが試みられているが、発光ダイオードからの物理的距離の差に由来する光路差によって、輝線及び輝点の発生を防止することが困難である。

本発明は、
保持基板上に配置された１以上の点状光源と、
ｚ方向に延長し、前記保持基板に保持されて中空を形成し、かつ該中空内に前記点状光源を収容して該点状光源の発光観測側を被覆するシリンドリカルレンズとを有する面状照射光源であって、
前記シリンドリカルレンズは、前記ｚ方向に直交するｘｙ平面において、
前記点状光源の上方に、内面と外面との相互作用により凹レンズ機能を有する部位を備え、
前記点状光源の上方の両側方に、内面と外面との相互作用により凸レンズ機能を有する部位を備える面状照射光源を提供する。

この面状照射光源においては、
前記点状光源は、前記シリンドリカルレンズの凸レンズ機能を有する部位と、該部位の焦点との間に位置することが好ましい。
前記点状光源は、ｘｙ方向に対してコサインカーブを有する配光特性の光を出射し、シリンドリカルレンズを透過した光は、ｘｙ方向に対して左右対称でピークを２つ有する配光特性を有することが好ましい。
前記点状光源は、発光ダイオードチップが封止樹脂によってパッケージされたものであり、該パッケージ内に前記発光ダイオードチップからの光の波長を変換する蛍光物質が被覆されるように配置されていることが好ましい。
前記シリンドリカルレンズは、凹レンズ機能を有する部位と凸レンズ機能を有する部位との屈折率が異なる材料からなり、凹レンズ機能を有する部位を形成する材料が凸レンズ機能を有する部位を形成する材料よりも屈折率が低いことが好ましい。
前記シリンドリカルレンズの凹レンズ機能を有する部位にのみ拡散剤が混入されてなることが好ましい。

本発明の面状照射光源によれば、導光板レス構造を採用する場合であっても、面状に導光する作用を向上させることができる。しかも、輝線及び輝点の発生、ならびに色度のムラを防止して、適当な輝度及び均一発光を実現することができる。また、高輝度化、均一発光、高混色性をバランスよく有する面状照射光源を得ることができる。これにより、軽量、薄型、消費電力の少ない面状照射光源が提供できる。
特に、本発明の面状照射光源を、ｘ方向に一定間隔で配置する場合には、より広範囲にわたって均一な面状照射が可能になる。また、ショーウィンドウや陳列ケースなどに用いられる場合には、陳列された商品を均一に照射し、輝線や輝点の発生させることなく商品をディスプレイすることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための面状照射光源及び面状照射装置を例示するものであって、以下に限定されるものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
本発明の面状照射光源は、保持基板上に配置された１以上の点光源と、点光源の発光観測側を被覆し、保持基板に対して垂直高さ方向（ｙ方向）には凹レンズ機能を有し、少なくとも水平方向の一方向（ｘ方向）には凸レンズ機能を有するシリンドリカルレンズとを有して構成される。

保持基板は、点光源及びシリンドリカルレンズを保持するものである限り、どのような材料で構成されていてもよい。例えば、アルミベース基板、銅ベース基板、ガラスエポキシ基板等が挙げられる。アルミベース基板とは、アルミニウム板の実装面側を絶縁膜で覆ったものであり、この絶縁膜上に点光源のための配線パターンが設けられているもの、実際に配線されているものを指す。銅ベース基板は、アルミベース基板のアルミニウムが銅に置き換わったものを指す。ガラエポ基板は、アルミニウムが、ガラスエポキシ樹脂からなる板に置き換わったものを指す。保持基板は一体型であってもよいし、複数の部品からなっていてもよい。これらの基板の裏面にはファンなどの放熱のための工夫がなされていることが好ましい。

点光源としては、種々のものが挙げられるが、高輝度・省エネの観点から、発光ダイオードが好適である。低消費電力・長寿命の面状照射光源が可能となるからである。また、冷蔵庫内での使用という冷環境下での使用においても、発光効率を維持、向上させることができる。パッケージのタイプとしては、砲弾型、表面実装型（例えば、トップビュータイプ、サイドビュータイプ等）があるが、表面実装型が好ましく、なかでも、高輝度・高放熱性の観点からトップビュータイプが好適である。

特に、点光源は、そこから出射される光が、ｘｙ方向に対して、コサインカーブを有する配向特性を有しているものが好ましい。ｘｙ方向に対する配光特性がコサインカーブを有するとは、円形面状に光を発しているものを言い、点光源に直面する位置が最も光の強度が強く、直面する位置から側方にいくにつれ、光が減衰し、直面方向に対して９０°側方にズレたところで光を検出できなくなり、まさに、コサインカーブ様の配向特性を示すものを言う。なお、このような配光特性は、ランバーシャン配光特性とも言う（図９参照、直面方向を０°として示す）。

点光源の好適な例である発光ダイオードは、発光ダイオードチップが、封止樹脂によってパッケージされたものであり、パッケージ内に、発光ダイオードチップからの光の波長を変換する蛍光物質等が被覆されるように配置されていることが好ましい。これにより、発光ダイオードチップからの光の波長にかかわらず、任意の波長の光が得られ、複数の波長の光を容易に混色することができる。特に、発光ダイオードチップからの光を彫り長波長に変換させるものが、発光効率が良好となり、好ましい。その結果、高輝度の白色光を得ることができる。なお、発光ダイオードには、２つ以上の発光ダイオードチップがパッケージされていてもよいし、１種の蛍光物質が単層状に、２種以上の蛍光物質が混合状態で単層状に、分離状態で単層状に、混合又は分離状態で積層状にパッケージされていてもよい。

蛍光物質は、光の吸収率及び変換効率が高く、励起波長幅が広いという観点から、中心粒径が１〜１００μｍの範囲、６μｍ〜５０μｍの範囲、１５μｍ〜３０μｍ範囲が好ましい。蛍光物質としては、以下に示す蛍光体等の種々のものが挙げられる。

（アルミニウム酸化物系蛍光体）
アルミニウム酸化物系蛍光体は、ＷＯ０３／０３４５０８に記載されているように、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、発光ダイオードチップから発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。

例えば、ＹＡｌＯ₃：Ｃｅ、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｙ₄Ａｌ₂Ｏ₉：Ｃｅ、（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｙ₃（Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｔｂ_2.95Ｃｅ_0.05Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｙ_2.90Ｃｅ_0.05Ｔｂ_0.05Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｙ_2.94Ｃｅ_0.05Ｐｒ_0.01Ａｌ₅Ｏ₁₂、Ｙ_2.90Ｃｅ_0.05Ｐｒ_0.05Ａｌ₅Ｏ₁₂等が挙げられる。特にＹを含み、かつＣｅあるいはＰｒで付活され組成の異なる二種類以上のアルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。）、特に、（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。

（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、特開2005-8844号に記載されているように、一般式（Ｌｕ_1-a-bＲ_aＭ_b）₃（Ａｌ_1-cＧａ_c）₅Ｏ₁₂（但し、ＲはＣｅを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素である。ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄから選択される少なくとも１種の元素であり、０．０００１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．５、０．０００１≦ａ＋ｂ＜１、０≦ｃ≦０．８である。）で表される蛍光体である。例えば、組成式が（Ｌｕ_0.99Ｃｅ_0.01）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、（Ｌｕ_0.90Ｃｅ_0.10）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂、（Ｌｕ_0.99Ｃｅ_0.01）₃（Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5）₅Ｏ₁₂で表されるものが挙げられる。

（窒化物系蛍光体）
窒化物系蛍光体は、ＷＯ０３／０３４５０８に記載されているように、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体である。例えば、Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＳｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、ＢａＳｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｃｅ、ＭｇＳｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｃｅ、ＺｎＳｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ₂Ｇｅ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｂａ₂Ｇｅ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ₂Ｇｅ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ₂Ｇｅ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＧｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｃｅ、ＢａＧｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、ＭｇＧｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、ＺｎＧｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ_1.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ_1.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｍｇ_1.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ_1.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｌａ、Ｂａ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｌａ、Ｍｇ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｚｎ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｓｒ_0.8Ｃａ_0.2Ｇｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｂａ_0.8Ｃａ_0.2Ｇｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｍｇ_0.8Ｃａ_0.2Ｇｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ_0.8Ｃａ_0.2Ｇｅ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｓｒ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₆ＧｅＮ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₆ＧｅＮ₁₀：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₆ＧｅＮ₁₀：Ｅｕ，Ｙ、Ｚｎ_0.8Ｃａ_0.2Ｓｉ₆ＧｅＮ₁₀：Ｅｕ，Ｙ、Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｐｒ、Ｂａ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｐｒ、Ｓｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｔｂ、ＢａＧｅ₇Ｎ₁₀：Ｃｅ、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＮ₃：Ｅｕ、いわゆるサイアロン蛍光体などが挙げられるがこれに限定されない。

（酸窒化物系蛍光体）
Ｌ_xＭ_yＯ_zＮ_{[(2/3x+(4/3)y-(2/3)z)}：Ｒ
（式中、ＬはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選択される少なくとも１種の元素であり、ＭはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群より選択される少なくとも１種の元素であり、Ｎは窒素で、Ｏは酸素、Ｒは希土類元素である。ｘ、ｙ、ｚは以下の数値を満足する：ｘ＝２、４．５≦ｙ≦６、０．０１＜ｚ＜１．５またはｘ＝１、６．５≦ｙ≦７．５、０．０１＜ｚ＜１．５またはｘ＝１、１．５≦ｙ≦２．５、１．５≦ｚ≦２．５）

（アルカリ土類金属珪酸塩系蛍光体）
特開２００５−８５８９５号に記載されているように、（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ₂・ａＰ₂Ｏ₅ｂＡｌ₂Ｏ₃ｃＢ₂Ｏ₃ｄＧｅＯ₂：ｙＥｕ²⁺（式中、０＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ₂・ａＰ₂Ｏ₅ｂＡｌ₂Ｏ₃ｃＢ₂Ｏ₃ｄＧｅＯ₂：ｙＥｕ²⁺（式中、０．０１＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。） Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ₂Ｏ₃：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）が挙げられる。

（その他の蛍光体）
（１）Ｅｕ、ＭｎまたはＥｕとＭｎで付活されたアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体；例えば、Ｍ₅（ＰＯ₄）₃（Ｃｌ、Ｂｒ）：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆ＣｌＢｒ：Ｍｎ，Ｅｕなど。
（２）Ｅｕ、ＭｎまたはＥｕとＭｎで付活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体；例えば、ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ、ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｓｒ₄Ａｌ₁₄Ｏ₂₅：Ｅｕ、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄：Ｅｕ、ＣａＡｌ₂Ｏ₄：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎなど。
（３）Ｅｕで付活された希土類酸硫化物蛍光体；例えば、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕなど。
（４）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｚｎ₂ＧｅＯ₄：Ｍｎ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ、Ｍｇ₆Ａｓ₂Ｏ₁₁：Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｇａ₂Ｓ₄：Ｅｕ、Ｃａ₁₀（ＰＯ₄）₆ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ、
（５）Ｅｕで付活された有機錯体蛍光体。

点光源から出射される光は、白色光であることが好ましい。例えば、発光ダイオードを１つのみ用いる場合には、白色光を出射するものであることが好ましい。２以上の複数の発光ダイオードを用いる場合には、白色光を出射するものを組み合わせてもよいし、発光ダイオード毎に異なる発光色を有するが、全体として白色光を出射するものとしてもよい。例えば、発光ダイオードの発光色が赤、緑、青のように異なる場合、ｚ方向の発光色が異なる発光ダイオードを配列することにより、任意の混色光が得られる。また、複数の発光ダイオードチップによって１つの発光ダイオードを構成する場合には、発光色の異なる複数の発光ダイオードチップと、1種又は２種以上の蛍光物質とを用いて、１つの発光ダイオードで白色光を得てもよい。なお、複数の異なる発光色を有する発光ダイオードを組み合わせて用いて白色光を実現させる場合は、混色性を高めるために、後述するように、シリンドリカルレンズに拡散剤を混入させることが好ましい。

シリンドリカルレンズとは、シリンダー状のレンズで、シリンダーの内部に光源を配置するための中空構造である。このような形状によって、点光源の発光観測側を被覆する。中空構造にすることにより、シリンドリカルレンズの内面と外面の相互作用により凹レンズ機能と凸レンズ機能とを発現させることが可能となる。発光観測側とは、面状照射光源を直視できる側、言い換えると、保持基板に対して対向する側を指す。

シリンドリルカルレンズは、保持基板に対して垂直方向（ｙ方向）に凹レンズ機能を有し、少なくとも水平方向の一方向（ｘ方向）に凸レンズ機能を有する。凹レンズ機能とは、シリンドリカルレンズの内面と外面の相互作用により、光を発散させる機能を言う。凸レンズ機能とは、シリンドリカルレンズの内面と外面の相互作用により光束を集束させる機能を言う。このような機能を有することにより、点状光源を用いて面状照射光源の実現が可能となる。つまり、コアになる光源が点光源であるため、シリンドリカルレンズ越しに面状照射光源を直視すると点光源の存在が確認できるが、一方、面状照射光源により照射された面は輝度ムラが無く、輝点や輝線が発生しない、面状に均一に発光していないにもかかわらず、照射面は均一な照度分布を有する。なお、シリンドリカルレンズにおいて、一方の凸レンズ機能を有する部位の焦点位置は、保持基板表面より下側にあるか、シリンドリカルレンズの中空構造の中央から、他方の凸レンズ機能を有する部位側にあることが適している。

本明細書において、ｘ方向とは、図１に示すように、保持基板に対して水平方向であって、シリンダーの長手方向に直交する方向を指し、ｙ方向とは保持基板に対して垂直方向を指す。後述するｚ方向とは保持基板に対して水平方向であって、シリンダーの長手方向を指す。ｘｙｚ方向はそれぞれ直交する。後述するように、シリンダーの長手方向に延びる形状が直線状以外の場合には、ｚ方向は単にｘ方向とｙ方向とのどちらにも直交する方向と定義することも可能である。ただし、垂直方向（ｙ方向）及び水平方向（ｘ方向）は、必ずしも厳密にとらえるものではなく、保持基板に対向する方向及びその両側方向という意味としてとらえることができる。

シリンドリカルレンズは、透光性を有し、レンズ機能を発現させることができるものであればどのような材料で形成されていてもよい。特に、近紫外から可視光、近赤外までの間の波長の光に対して、一定以上の透光性を有する材料で形成されることが好ましい。具体的には、透光性・加工性等の観点から、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ノルボルネン系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー（COP）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、サファイア、石英、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、オキシナイトライドガラス、希土類ガラス等が適している。なかでも、アクリル樹脂は、透光性が高く、光劣化による黄変が発生しにくいため、経時変化による出力低下が起こりにくく、好適である。また、ポリカーボネート樹脂は、耐衝撃性に優れるため、機械的に劣悪な環境で使用する場合に好適である。シリンドリカルレンズの屈折率としては、例えば、１．３〜２．０のものが好適に使用される。

シリンドリカルレンズは、全体が同一材料で形成されていてもよいが、凹レンズ機能を有する部位と凸レンズ機能を有する部位とで、屈折率が異なる材料から構成されることが好ましい。具体的には、凹レンズ機能を有する部位を形成する材料が、凸レンズ機能を有する部位を形成する材料よりも、屈折率が低いことが好ましい。屈折率差によりレンズ機能が発現され、屈折率が高いほうがレンズ機能を高めることができるため、凸レンズ機能を有する部位は、屈折率が高いほうが好ましい。凹レンズ機能を有する部位も同様であるが、屈折率が高すぎると全反射が発生し易くなり、光の取り出し効率が低下する。よって屈折率の最適値が、凸レンズ機能を有する部位と凹レンズ機能を有する部位とで異なる。従って、意図する面状照射光源の配向特性等によって、それぞれ最適な材料、屈折率を適宜調整することが好ましい。

なお、シリンドリカルレンズは、用いる点光源によっては、凹レンズ機能を有する部位にのみ、拡散剤を混入してもよい。ここでの拡散剤としては、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、炭酸カルシウム、ホワイトカーボン、タルク、炭酸マグネシウム等の１種以上が挙げられる。これにより、凹レンズの部位で有効に光を拡散させることができ、その結果、点光源の直上部分に最も発生しやすい輝点・輝線を、防止することができる。また、点光源として多色光源を使用する場合、混色性を高めることが期待でき、また輝点・輝線の発生を抑制することが可能となる。一方、拡散剤を用いる場合には、シリンドリカルレンズの形状によるレンズ機能で光学特性を制御しているにもかかわらず、光が拡散される。したがって、光路長の短い部分である凹レンズ部分に制限して拡散剤を混入させることが好ましい。これにより、凸レンズ部の機能を低下させることなく、混色性を高めることができる。さらに、シリンドリカルレンズ全体又は一部に、上述した蛍光物質を混入してもよいし、その内面及び／又は外面の全部又は一部に塗布してもよい。

シリンダーの形状は特に限定されることなく、長手方向に延びる直線状、曲線状、アーチ状、折れ線状、Ｌ字状、円状などであってもよい。また、点光源を１つのみ被覆する場合には、中心部分に空隙を有するドーム形、カップ型等であってもよい。さらに、点光源の数にかかわらず、その端部では、点光源を被覆する形状（ドーム又はカップ形状等）であることが好ましい。シリンドリカルレンズは一体型でもよいし、個辺化されていて、機械的・物理的には別体であるが、複数つなぎ合わせて機能的に一体化したものであってもよい。

本発明の面状照射光源では、点光源は、図１〜図４に示すように、２以上の複数が保持基板上に列状（保持基板の長手方向に並ぶ）に配置されていてもよいし、図５〜図８に示すように、１つのみが配置されていてもよい。なお、これらの面状照射光源では、ｚ方向の長さが異なるが、ｘｙ平面の形状が同じである点で共通するグループ（図１及び図５グループ、図２及び図６グループ、図３及び図７グループ、図４及び図８グループ）に大別できる。ｘｙｚの各方向は、各図において、図１に図示するとおりである。図面では、保持基板は図示していない。

図１と図５とに示したシリンドリカルレンズは、ｘｙ平面において凹レンズ部と凸レンズ部に変曲面がないため、輝線・暗線の発生が最も起こりにくい。この場合、凹レンズ機能はシリンドリカルレンズの内面のみで発現させているため、内面の凸の角度を鋭くすることが好ましい。

図２と図６とに示したシリンドリカルレンズは、凹レンズ機能をシリンドリカルレンズの内面と外面の両方で発現させているため、図１及び図５のグループよりも、より凹レンズ機能を強くすることが可能になる。

図３と図７とに示したシリンドリカルレンズは、最も凹レンズ機能を強くすることができる。一方、凸レンズ機能が内面のみで実現されるため、凸レンズ機能は比較的弱い。
図４と図８とに示したシリンドリカルレンズは、フレネルレンズ加工したものである。それにより他の実施形態に比べて、薄型・軽量化が可能になる。

本発明では、点光源は、シリンドリカルレンズの凸レンズ機能を有する部位と、その部位の焦点との間に配置することが好ましい。なお、シリンドリカルレンズは、ｘ方向において２つの凸レンズ機能を有する部位を備えるため、これらの双方の凸レンズ機能を有する部位に対して、同時に、凸レンズ機能を有する部位と、その部位の焦点との間に配置することが好ましい。この位置に配置することにより、シリンドリカルレンズを通過した光は、所望の集光能力を保ちつつ、平行光になることなく、光線同士がクロスすることなく、光を発散させ、光源の輝度ムラの影響を低減することが可能となる。

また、面状照射光源から出射される光、つまり、シリンドリカルレンズを透過した光は、ｘｙ方向に対して、左右対称で、ピークを２つ有する配向特性を有することが好ましい。配光特性が左右対称でピークを２つ有する配光特性とは、直面方向とは異なる方向に発光強度のピークを２つ有し、直面方向の両側方において、直面方向に対して対称な強度ピークを有している配向特性を指す。このような発光特性は、バットウィング配光特性（図１０）及びサイドエミッタ配光特性（図１１）ともいう。これにより、略全面に渡り均一な照度分布が得られる。

（実施例１）
この実施例では、図１２に示すように、 図１で示したタイプのシリンドリカルレンズと、ランバーシャン配光特性を有する発光ダイオードとを組み合わせた面状照射光源を用いたバックライト光源を備える画像表示装置を構成する。
保持基板として金属製ヒートシンクを用いて放熱性を高め、発光ダイオードに投入する電流を高くすることができる構造である。
発光ダイオードの熱を拡散し、外気へ放熱させるための金属製ヒートシンク上に本発明の面状照射光源を、光源と照射面との距離及び配光特性より求まる適切な間隔で配置することで、照射面において輝線や暗線などが見られない均一な照度分布を持つ光源装置を達成することができる。

ここで照射面とは、拡散板、プリズムシート（図示せず）、偏光変換素子板（図示せず）単体又はそれらを組み合わせたものに表示板（ＬＣＤ、印刷フィルム等）を付けたものを指す。
また、店舗看板、トンネル内表示看板等のような大型のものは、面状照射光源同士の干渉効果が強まることにより拡散板等を必要とせず、表示板のみで同様の効果を達成することができる。
この形態のバックライト光源として本発明の面状照射光源を用いることで、通常、輝点や輝線を防ぐために広げなければならない光源と照射面の距離を短く取ることが可能となり、装置全体の薄型化を達成することができる。

（実施例２）
この実施例では、図１３に示すように、面状照射光源を用いた、コンビニエンスストア等に設置されるディスプレイ用冷蔵庫の面状照射装置を構成する。
冷蔵庫は高さ１６００ｍｍであり、ガラス扉端部の柱の間隔が７６２ｍｍ（３０インチ）、柱裏面に照射面へ対向させて、面状照射光源を列状に高さ分、設置し、光源と照射面である陳列商品面との距離を１７７．８ｍｍ（７インチ）とした仕様のものである。

ここで使用したシリンドリカルレンズはアクリル樹脂で射出成形されたｘ方向：１９．２６ｍｍ、ｙ方向：６．１ｍｍ、ｚ方向：４００ｍｍのものであり、ｘ方向の厚み（凸レンズの厚み）：１０ｍｍ、ｙ方向の厚み（凹レンズの厚み）：２ｍｍである。1シリンドリカルレンズ当たりで等間隔（８０ｍｍ）に並べられた発光ダイオードを５つ覆う構造を用いた。なお、発光ダイオードは、例えば、保持基板表面上であって、シリンドリカルレンズの中空のｘ方向における中央部に、つまり、凸レンズ機能を有するシリンドリカルレンズの焦点と、凸レンズ機能を有するシリンドリカルレンズの焦点との間に配置した。発光ダイオード１つあたりの明るさは、８０ｌｍ以上のものを使用した。柱１列当たりでは、シリンドリカルレンズ４本、発光ダイオード２０個を使用している。

ここで使用されている面状照射光源の配光は、ｘ方向±８０度付近に２つのピークを有し、０度ではピークの１０％以下の強度という特性になるように制御されている。
図１４において、それぞれの面状照射光源からの照射面照度分布を示す。図１４がそれぞれの一列あたりの照射面照度分布を示し、図１５においてそれらのトータルの照射面照度分布を示す。図１５から分かるように略全面に渡り均一な照度分布が得られることが可能となる。

このような面状照射光源を用い前記構造のディスプレイ式冷蔵庫とすることで、陳列商品面において輝線や暗線などが見られない平均１０００ルクスの均一な照度分布を達成することができる。
本発明を用いることで、通常のＦＬ（蛍光ランプ）使用時に必要となる光源のヒーター加熱が不要な上、シリンドリカルレンズの機能により光源の後方向には光が放射されないため、不要な光が買い物客の視界に入り不快な眩しさを与えるようなことがなくなる。
また、ＦＬ使用時はその無指向性の特性から光源の正面、すなわち柱の裏が最も明るく、商品棚中央部が暗く照らされていたが、本発明をこのように用いることにより、商品棚中央部まで明るく均一に照射することができる。

（実施例３）
実施例３は、本発明である面状照射光源を用いた、ダム地下通路等の天井に設置される通路照明用光源装置である。このような場所では、外光が一切遮断されている上、作業者一人が移動できる程度の道幅のため、発光ダイオードによる明るさで移動、作業に十分な照度が得られる。加えて、メンテナンスが困難な場所であるため、発光ダイオードの特徴である長寿命というメリットが非常に発揮される。さらに、発明の配光特性による特徴的機能により、底面はもとより、通路壁面まで明るく照射することが可能となり、移動の安全面、点検・修理作業に必要な照度を十分に確保できる照明装置が達成できる。

本発明は、薄型・軽量化の要請が著しい液晶表示装置等の各種表示装置用のバックライト、単なる看板等用のバックライト、ディスプレイ用冷蔵庫又は陳列棚、一般照明等の種々の照明に利用することができる。

（ａ）は本発明の面状照射光源の一実施形態を示す側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図、（ｄ）要部の拡大斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源の別の実施形態を示す側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図、（ｄ）要部の拡大斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源のさらに別の実施形態を示す側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図、（ｄ）要部の拡大斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源のさらに別の実施形態を示す側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図、（ｄ）要部の拡大斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源のさらに別の実施形態の側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源のさらに別の実施形態の側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源のさらに別の実施形態の側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図である。 （ａ）は本発明の面状照射光源のさらに別の実施形態の側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は透過斜視図である。 ランバーシャン配光特性を表すグラフである。 バットウィング配光特性を表すグラフである。 サイドエミッタ配光特性を表すグラフである。 本発明の面状照射光源を用いたバックライト光源を表す斜視図である。 本発明の面状照射光源を用いたディスプレイ用冷蔵庫を表す斜視図である。 ディスプレイ用冷蔵庫で使用された１列当たりの面状照射光源の照射面照度分布を示すグラフである。 ディスプレイ用冷蔵庫で使用された３列合計の面状照射光源の照射面照度分布を示すグラフである。

符号の説明

１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２ 凹レンズ機能を有する部位
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４ 凸レンズ機能を有する部位
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６、８６ 発光ダイオード
１２３ シリンドリカルレンズ
１２５、１３３ 拡散板
１２７ 表示板
１２８ ヒートシンク
１３５ 飲料水
１３７ 棚

Claims (6)

1. 保持基板上に配置された１以上の点状光源と、
   ｚ方向に延長し、前記保持基板に保持されて中空を形成し、かつ該中空内に前記点状光源を収容して該点状光源の発光観測側を被覆するシリンドリカルレンズとを有する面状照射光源であって、
   前記シリンドリカルレンズは、前記ｚ方向に直交するｘｙ平面において、
   前記点状光源の上方に、内面と外面との相互作用により凹レンズ機能を有する部位を備え、
   前記点状光源の上方の両側方に、内面と外面との相互作用により凸レンズ機能を有する部位を備える面状照射光源。
2. 前記点状光源は、前記シリンドリカルレンズの凸レンズ機能を有する部位と、該部位の焦点との間に位置する請求項１記載の面状照射光源。
3. 前記点状光源は、ｘｙ方向に対してコサインカーブを有する配光特性の光を出射し、シリンドリカルレンズを透過した光は、ｘｙ方向に対して左右対称でピークを２つ有する配光特性を有する請求項１又は２に記載の面状照射光源。
4. 前記点状光源は、発光ダイオードチップが封止樹脂によってパッケージされたものであり、該パッケージ内に前記発光ダイオードチップからの光の波長を変換する蛍光物質が被覆されるように配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の面状照射光源。
5. 前記シリンドリカルレンズは、凹レンズ機能を有する部位と凸レンズ機能を有する部位との屈折率が異なる材料からなり、凹レンズ機能を有する部位を形成する材料が凸レンズ機能を有する部位を形成する材料よりも屈折率が低い請求項１〜４のいずれか１つに記載の面状照射光源。
6. 前記シリンドリカルレンズの凹レンズ機能を有する部位にのみ拡散剤が混入されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の面状照射光源。

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