JPWO2011114608A1 - 発光装置、面光源および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

発光装置（１）は、光軸Ａを中心として光を放射するものであり、光源（２）と、光源（２）からの光を放射状に拡張するレンズ（３）とを備えている。光源（２）は、光軸Ａと直交するＸ方向に延びる発光面（２１）を有している。レンズ（３）は、Ｘ方向と直交するＹ方向の屈折力がＸ方向の屈折力よりも大きくなるように構成されている。例えば、レンズ（３）の入射面（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。

Description

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、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。

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ＬＥＤが使用されるようになっている。ＬＥＤ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。

液晶ディスプレイ装置の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、ＬＥＤが多数必要で安価にできない問題があった。１個のＬＥＤの出力を大きくし、ＬＥＤ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ＬＥＤでも均一な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。

少ない個数のＬＥＤで均一な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、被照射面における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、凹面である入射面、および光軸近傍部分が凹面、その外側部分が凸面の出射面が共に光軸に対して回転対称となっている。

一方、特許文献２には、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。

特許第３８７５２４７号公報 特開２００８−１０６９３号公報

発光効率を向上させた近年のＬＥＤには、発光面が特定方向に延びているものが多くある。このように発光面が非対称なＬＥＤでは、発光面の長さ方向（以下本段落では「縦方向」という。）と幅方向（以下本段落では「横方向」という。）とで輝度分布が異なっている。このため、そのようなＬＥＤを、入射面および出射面が回転対称なレンズを用いた特許文献１の発光装置で採用すると、相対的に大きなレンズを用いた場合には、ＬＥＤから入射面までの距離が長くなるために被照射面における照度分布は縦方向と横方向とでそれほど大きな差はできないが、相対的に小さなレンズを用いた場合には、ＬＥＤから入射面までの距離が短くなるために被照射面における照度分布が縦方向と横方向とで大きくずれてしまう。

発光装置としては、発光面が非対称な光源を用いたとしても、光軸に対してどの方向にも対称な光、すなわち異方性のない光を放射することが望まれる。また、バックライトの低背化および発光装置のコスト低減の観点からは、相対的に小さなレンズを用いながらも、周方向に均一化された光を放射できるようにすることが望まれる。

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、上記の要望を満たすものではない。

本発明は、上記の要望に鑑み、相対的に小さなレンズを用いながらも発光面が非対称な光源からの光を周方向に均一化して放射することができる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を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、光軸を中心として光を放射する発光装置であって、前記光軸と直交する第１方向に延びる発光面を有する光源と、前記光源からの光を放射状に拡張するレンズであって、前記光軸および前記第１方向と直交する第２方向の屈折力が前記第１方向の屈折力よりも大きなレンズと、を備える、発光装置を提供する。

また、本発明は、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る、面光源を提供する。

さらに、本発明は、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。

上記の構成によれば、光源の発光面の長さ方向でのレンズの屈折力がそれと直交する方向での屈折力よりも大きくなっているので、光源からの光の異方性がレンズによって低減される。従って、本発明によれば、相対的に小さなレンズを用いながらも発光面が非対称な光源からの光を周方向に均一化して放射することができる。

本発明の実施の形態１に係る発光装置の平面図 図２Ａは図１のIIＡ−IIＡ線断面図、図２Ｂは図１のIIＢ−IIＢ線断面図 図３Ａ〜３Ｃは光源の具体例を示す斜視図 図１の発光装置に用いられる光源の発光面の輝度分布 図５Ａおよび５Ｂは変形例の発光装置の平面図 実施例１〜４の発光装置を説明するための図 図７Ａは実施例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ｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ、図７Ｂは同レンズの出射面形状を表す、ＲとｓａｇＢの関係を示すグラフ（共に表１をグラフ化） 実施例１の発光装置の照度分布 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 レンズの入射面が回転対称となりかつレンズが拡大された以外は実施例１と同様の構成の発光装置の照度分布 図１１Ａは実施例２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ｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ、図１１Ｂは同レンズの出射面形状を表す、ＲとｓａｇＢの関係を示すグラフ 実施例２の発光装置の照度分布 図１３Ａは実施例３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ｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ、図１３Ｂは同レンズの出射面形状を表す、ＲとｓａｇＢの関係を示すグラフ 実施例３の発光装置の照度分布 図１５Ａは実施例４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ｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ、図１５Ｂは同レンズの出射面形状を表す、ＲとｓａｇＢの関係を示すグラフ 実施例４の発光装置の照度分布 実施例１〜４について、規格距離が０．５以上の領域のサグ差の曲線およびこの曲線の近似直線を示すグラフ 条件式で規定される範囲、および実施例１〜４がその範囲内にあることを示すグラフ 図１９Ａは参照例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ｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ、図１９Ｂは参照例１の発光装置の照度分布 図２０Ａは参照例２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ｓａｇＡＸ，ｓａｇＡＹの関係を示すグラフ、図２０Ｂは参照例２の発光装置の照度分布 実施例５の発光装置を説明するための図 図２２Ａは実施例５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ｓａｇＡの関係を示すグラフ、図２２Ｂは同レンズの出射面形状を表す、ＲとｓａｇＢＸ，ｓａｇＢＹの関係を示すグラフ（共に表２をグラフ化） 実施例５の発光装置の照度分布 レンズの出射面が回転対称となった以外は実施例５と同様の構成の発光装置の照度分布 レンズの出射面が回転対称となりかつレンズが拡大された以外は実施例５と同様の構成の発光装置の照度分布 本発明の実施の形態２に係る面光源の構成図 図２６の面光源の部分的な断面図 図２６の面光源で実施例１の発光装置を用いたときの照度分布 実施例１の発光装置の効果を確認するための、ＬＥＤのみで面光源を構成したときの照度分布 本発明の実施の形態３に係る液晶ディスプレイ装置の構成図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（実施の形態１）
図１ならびに図２Ａおよび２Ｂに、本発明の実施の形態１に係る発光装置１を示す。この発光装置１は、例えば被照射面に、光軸Ａを中心として略円形状に光を放射するものであり、光源２と、光源２からの光を放射状に拡張するレンズ３とを備えている。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、これにより被照射面における光軸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。

光源２は、光軸Ａと直交する第１方向に延びる発光面２１を有している。このため、光源２からは異方性のある光が放射される。なお、本明細書では、説明の便宜のために、第１方向をＸ方向、第１方向および光軸Ａと直交する第２方向をＹ方向という。

本実施形態では、光源２として発光素子であるチップ状のＬＥＤが採用されており、ＬＥＤのフラットな表面で発光面２１が構成されている。発光面２１は、Ｘ方向に延びていればその形状は特に限定されない。例えば、発光面２１は、図３Ａに示すように長方形状であってもよいし、図３Ｂに示すように長円状であってもよい。また、光源２は、ＬＥＤのみで構成されている必要はなく、例えば図３Ｃに示すように、ＬＥＤと、ＬＥＤ上にドーム状に形成された蛍光体層とで構成されていて、蛍光体層の三次元的な表面で発光面２１が構成されていてもよい。

ＬＥＤ内での発光は指向性を持たない発光であるが、発光領域の屈折率は２．０以上であり、屈折率が低い領域に光が侵入すると、界面の屈折の影響で、界面の法線方向に最大の強度を持ち、法線方向から角度が大きくなるほど、光の強度は小さくなる。このようにＬＥＤは指向性を持っており、被照射面における広い範囲を照明するためにはレンズ３でＬＥＤからの光の方向性を広くすることが必要である。

図４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を示す。図４に示すように、発光面２１は、Ｘ方向に延びる形状のために、Ｘ方向とＹ方向とで輝度分布が異なっている。具体的には、Ｘ方向の輝度分布がＹ方向の輝度分布よりも広がっている。このように、光源２からは光軸Ａに対して非対称な光、すなわち異方性のある光が放射される。

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。

具体的に、レンズ３は、図２Ａおよび２Ｂ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の周囲で出射面３２と反対側を向く底面３３を有している。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が設けられており、このリング部３５の断面略コ字状の外面で出射面３２の周縁と底面３３の外周縁とがつながれている。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。

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。

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、図略の被照射面に到達する。光源２から放射される光は、入射面３１と出射面３２の屈折作用で拡張され、被照射面の広い範囲に到達するようになる。

さらに、レンズ３は、光源２から放射された異方性のある光を周方向に均一化する役割も果たす。これを実現するために、レンズ３は、Ｙ方向の屈折力がＸ方向の屈折力よりも大きく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、Ｙ方向の屈折力がＸ方向の屈折力よりも大きくなっている。さらに、本実施形態では、入射面３１の全面がそのような曲面となっている。

詳細には、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がＹ方向におけるサグ量ｓａｇＡＹよりも大きい形状を有している。なお、入射面３１は、サグ量が光軸Ａ近傍でプラスとなるように頂点Ｑからいったん光源２と反対側に後退した後に光源２側に延びていてもよいが、サグ量が全域に亘ってマイナスとなるように頂点Ｑから光源２側のみに延びていることが好ましい。

また、入射面３１が頂点Ｑから光源２側のみに延びている場合には、入射面３１の形状は、Ｘ方向の断面における光軸Ａと交差する部分の曲率（曲率半径分の１）ＣｘがＹ方向の断面における光軸Ａと交差する部分の曲率Ｃｙよりも小さいと表現することもできる。

以上のような発光装置１であれば、光源２からの光の異方性がレンズ３によって低減される。従って、相対的に小さなレンズ３を用いながらも発光面２１が非対称な光源２からの光を周方向に均一化して放射することができる。

ところで、Ｘ方向におけるサグ量ｓａｇＡＸからＹ方向におけるサグ量ｓａｇＡＹを引いたサグ差ｓａｇＤは、光軸Ａから離れるにつれて大きくなることが好ましい。このようになっていれば、光源２とレンズ３との間で光軸Ａを中心とした回転方向の位置ズレが生じた場合でも輝度ムラを小さく抑えられるからである。

また、そのときのサグ差ｓａｇＤは、次の条件式が満たされるように径方向外側に向かって増大することが好ましい。
０．１２（Ｆ−１）²≦Ｓ≦３ｌｏｇ₁₀Ｆ
式中、Ｆは、Ｙ方向における発光面２１の幅Ｗに対するＸ方向における発光面２１の長さＬの比（Ｌ／Ｗ）である発光面長短比であり、Ｓは、光軸Ａからの距離ＲをＹ方向における入射面３１の最大径ＤＹで規格化し、この規格距離（Ｒ／ＤＹ）が０．５以上の領域のサグ差ｓａｇＤの曲線を最小二乗法にて直線に近似したときの近似直線の傾きである（図１７参照）。

図１８に示すように、発光面長短比をｘ軸にとり、近似直線の傾きをｙ軸にとると、上記の条件式で規定される範囲は、図１８中のハッチング領域のように示される。近似直線の傾きがこのハッチング領域の下側または上側にあると、光の分布形状が崩れて輝度の均一性が乱れる。このため、上記の条件式が満たされることが好ましい。

＜変形例＞
なお、光軸Ａに対して回転対称な出射面３２は、必ずしも全体的に凸面となっている必要はなく、例えば光軸近傍部分が凹面、その外側部分が凸面になっていてもよい。あるいは、出射面３２における光軸近傍部分はフラットになっていてもよい。

また、本実施形態では、入射面３１のみがアナモフィックな非球面の曲面を含んでいたが、Ｙ方向の屈折力がＸ方向の屈折力よりも大きなレンズを得るには、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非球面の曲面を含んでいればよい。

例えば、図５Ａに示すように、入射面３１が光軸Ａに対して回転対称な連続する凹面であり、出射面３２がアナモフィックな非球面の曲面を含む凸面となっていてもよい。この場合、入射面３１がフラットになっていて、この入射面３１に光源２の発光面２１が接合材を介して光学的に接合されていてもよい。また、入射面３１をフラットにする場合は、入射面３１を回転対称でなく発光面２１と同じ形状にしてもよい。

あるいは、図５Ｂに示すように、入射面３１および出射面３２の双方がアナモフィックな非球面の曲面を含んでいてもよい。

また、光源２に用いられる発光素子は、必ずしもＬＥＤである必要はなく、例えば有機ＥＬであってもよい。

＜実施例＞
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１〜５を示す。

図６は、実施例１〜４の発光装置を説明するための図であり、図２１は、実施例５の発光装置を説明するための図である。実施例１〜４では、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。実施例５では、出射面３２の全面がアナモフィックな曲面であり、入射面３１が回転対称なレンズ３が採用されている。

なお、図６中のＱ、Ｐ、ｓａｇＡＸおよびｓａｇＡＹは、図２Ａおよび２Ｂ中に示したものと同じである。また、図６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。図２１中、Ｑは出射面３２の光軸Ａ上の頂点、Ｐは光軸Ａから距離Ｒ離れた位置での出射面３２上の点、ｓａｇＢＸはＸ方向における出射面３２のサグ量（頂点Ｑから点Ｐまでの光軸Ａに沿った距離）、ｓａｇＢＹはＹ方向における出射面３２のサグ量である。また、図２１中のｓａｇＡは、光軸Ａから距離Ｒ離れた位置での入射面３１のサグ量である。

・実施例１
実施例１は、光源２としてＸ方向における発光面２１の長さが２．６０ｍｍ、Ｙ方向における発光面２１の幅が１．００ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げることを目的とした設計例である。実施例１では、レンズ３の有効径が１５ｍｍとなっている。実施例１の具体的な数値を表１に示す。

図７Ａは、表１のＲとｓａｇＡＸおよびｓａｇＡＹについてグラフ化したものであり、図７Ｂは、表１のＲとｓａｇＢについてグラフ化したものである。

図８は、実施例１の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。図９は、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を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。図１０は、レンズの入射面が回転対称となりかつレンズが有効径２０ｍｍに拡大された以外は実施例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２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。

図１０に示すように、発光面２１が非対称な光源２に対して入射面および出射面が回転対称なレンズを用いた場合は、レンズの有効径が２０ｍｍと大きいと、被照射面における照度分布はＸ方向とＹ方向とでそれほど大きな差はできない。しかし、レンズの有効径を１５ｍｍと小さくすると、図９に示すように被照射面における照度分布がＸ方向とＹ方向とで大きくずれてしまう。これに対し、本実施例１では、Ｙ方向の屈折力がＸ方向の屈折力よりも大きなレンズ３を用いているので、図８に示すようにレンズ３の有効径が１５ｍｍと小さくても、照射面における照度分布をＸ方向とＹ方向とで類似させることができる。

・実施例２
実施例２は、光源２としてＸ方向における発光面２１の長さが２．２０ｍｍ、Ｙ方向における発光面２１の幅が１．１０ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げることを目的とした設計例である。実施例２では、レンズ３の有効径が１５ｍｍとなっている。図１１Ａおよび１１Ｂは、実施例２の発光装置に用いられるレンズ３の入射面形状および出射面形状をそれぞれ示す。図１２は、実施例２の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。

図１２に示すように、実施例２でも実施例１と同様に、レンズ３の有効径が１５ｍｍと小さくても、照射面における照度分布をＸ方向とＹ方向とで類似させることができる。

・実施例３
実施例３は、光源２としてＸ方向における発光面２１の長さが２．０７ｍｍ、Ｙ方向における発光面２１の幅が１．１７ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げることを目的とした設計例である。実施例３では、レンズ３の有効径が１５ｍｍとなっている。図１３Ａおよび１３Ｂは、実施例３の発光装置に用いられるレンズ３の入射面形状および出射面形状をそれぞれ示す。図１４は、実施例２の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。

図１４に示すように、実施例３でも実施例１と同様に、レンズ３の有効径が１５ｍｍと小さくても、照射面における照度分布をＸ方向とＹ方向とで類似させることができる。

・実施例４
実施例４は、光源２としてＸ方向における発光面２１の長さが１．８０ｍｍ、Ｙ方向における発光面２１の幅が１．３５ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げることを目的とした設計例である。実施例４では、レンズ３の有効径が１５ｍｍとなっている。図１５Ａおよび１５Ｂは、実施例４の発光装置に用いられるレンズ３の入射面形状および出射面形状をそれぞれ示す。図１６は、実施例４の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。

図１６に示すように、実施例４でも実施例１と同様に、レンズ３の有効径が１５ｍｍと小さくても、照射面における照度分布をＸ方向とＹ方向とで類似させることができる。

ところで、実施例１〜４におけるレンズ３のサグ差ｓａｇＤに関し、光源Ａからの距離ＲをＹ方向における入射面３１の最大径ＤＹで規格化し、この規格距離が０．５以上のサグ差ｓａｇＤをプロットすると、図１７に示すような曲線が描ける。これらの曲線を最小二乗法にて直線に近似すると、図１７中に記載した式で表される近似直線が得られる。これらの近似直線の傾きを図１８にプロットすると、実施例１〜４では、上述した条件式が満たされることが分かる。

参考として、図１８中に上述した条件式を満たさない参照例１および参照例２を示す。参照例１および参照例２では、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。ただし、参照例１では図１９Ａに示すようにアナモフィックのレベルが大きく、参照例２では図２０Ａに示すようにアナモフィックのレベルが小さい。また、参照例１では光源２の発光面長短比が２．０に設定されており、参照例２では光源２の発光面長短比が２．８に設定されている。なお、参照例１および参照例２ともにレンズ３の有効径は１１ｍｍである。

参照例１の発光装置の照度分布は図１９Ｂに示すとおりであり、参照例２の発光装置の照度分布は図２０Ｂに示すとおりである。これらの図から、上述した条件式が満たされないようなアナモフィックのレベルでは、被照射面上での光の分布形状が崩れることが分かる。

・実施例５
実施例５は、光源２として方向における発光面２１の長さが２．２０ｍｍ、Ｙ方向における発光面２１の幅が１．１０ｍｍの汎用品のＬＥＤを採用し、光源２からの光の方向性を広げることを目的とした設計例である。実施例５では、レンズ３の有効径が１１ｍｍとなっている。実施例５の具体的な数値を表２に示す。

図２２Ａは、表２のＲとｓａｇＡについてグラフ化したものであり、図２２Ｂは、表２のＲとｓａｇＢＸおよびｓａｇＢＹについてグラフ化したものである。

図２３は、実施例５の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。図２４は、レンズの出射面が回転対称となった以外は実施例５と同様の構成の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。図２５は、レンズの出射面が回転対称となりかつレンズが有効径１８ｍｍに拡大された以外は実施例５と同様の構成の発光装置を用い、光源２の発光面２１から２３ｍｍ離れた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照度分布を表す。

図２５に示すように、発光面２１が非対称な光源２に対して入射面および出射面が回転対称なレンズを用いた場合は、レンズの有効径が１８ｍｍと大きいと、被照射面における照度分布はＸ方向とＹ方向とでそれほど大きな差はできない。しかし、レンズの有効径を１１ｍｍと小さくすると、図２４に示すように被照射面における照度分布がＸ方向とＹ方向とで大きくずれてしまう。これに対し、本実施例５では、Ｙ方向の屈折力がＸ方向の屈折力よりも大きなレンズ３を用いているので、図２３に示すようにレンズ３の有効径が１１ｍｍと小さくても、照射面における照度分布をＸ方向とＹ方向とで類似させることができる。

（実施の形態２）
図２６は、本発明の実施の形態２に係る面光源７の構成図である。この面光源７は、平面的に配置された、実施の形態１で説明した複数の発光装置１と、これらの発光装置１を覆うように配置された拡散板４とを備えている。なお、発光装置１は、図２６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い。

また、面光源７は、図２７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おり、基板５上に、光源２を避けながら基板５を覆うように反射板６が配置されている。ただし、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。

発光装置１は、拡散板４の一方面４ａに光を照射する。すなわち、拡散板４の一方面４ａは、実施の形態１で説明した被照射面である。拡散板４は、一方面４ａに照射された光を他方面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の一方面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ができる。

発光装置１からの光は、拡散板４で散乱されて、発光装置側へ戻ったり拡散板４を透過したりする。発光装置側へ戻って反射板６に入射する光は、反射板６で反射されて、拡散板４に再度入射する。

図２８は、入射面の全面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２３ｍｍ離れた位置に拡散板を配置したときの計算で求めた拡散板入射面（発光装置側の一方面）での照度分布を表す。照度分布に細かな波が見られるが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。

図２９は、ＬＥＤのみを６０ｍｍピッチで一直線上に５つ配置し、ＬＥＤの表面から２３ｍｍ離れた位置に拡散板を配置したときの計算で求めた拡散板入射面での照度分布を表す。

図２８と図２９を比較すると、レンズ３の効果で拡散板入射面を均一に照明できていることがわかる。

（実施の形態３）
図３０は、本発明の実施の形態３に係る液晶ディスプレイ装置の構成図である。この液晶ディスプレイ装置は、液晶パネル８と、液晶パネル８の裏側に配置された、実施の形態３で説明した面光源７とを備えている。

発光装置１が平面的に複数配置され、これらの発光装置１によって拡散板４が照明される。拡散板４の裏面（一方面）は、照度が均一化された光が照射され、この光が拡散板４によって拡散されて液晶パネル８が照明される。

なお、液晶パネル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、液晶パネル８を照明する。

Claims (11)

1. 光軸を中心として光を放射する発光装置であって、
   前記光軸と直交する第１方向に延びる発光面を有する光源と、
   前記光源からの光を放射状に拡張するレンズであって、前記光軸および前記第１方向と直交する第２方向の屈折力が前記第１方向の屈折力よりも大きなレンズと、
   を備える、発光装置。
2. 前記レンズは、前記光源からの光を該レンズ内に入射させる入射面と、該レンズ内に入射した光を出射させる出射面とを有し、
   前記入射面と前記出射面の少なくとも一方が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。
3. 前記曲面は、前記光軸上に頂点を有しており、
   前記頂点から前記曲面上の点までの前記光軸に沿った距離をサグ量（符号は前記頂点から前記光源側が負、前記頂点から前記光源と反対側が正）としたときに、
   前記光軸から径方向に同じ距離だけ離れた位置では、前記第１方向におけるサグ量が前記第２方向におけるサグ量よりも大きい、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記出射面は、前記曲面を含む凸面であり、前記入射面は、前記光軸に対して回転対称な凹面である、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記入射面は、前記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。
6. 前記第１方向におけるサグ量から前記第２方向におけるサグ量を引いたサグ差は、前記光軸から離れるにつれて大きくなる、請求項５に記載の発光装置。
7. 前記第２方向における前記発光面の幅に対する前記第１方向における前記発光面の長さの比である発光面長短比をＦとし、
   さらに、前記光軸からの距離を前記第２方向における前記曲面の最大径で規格化し、この規格距離が０．５以上の領域の前記サグ差の曲線を最小二乗法にて直線に近似したときの近似直線の傾きをＳとしたときに、
   次の条件式
   ０．１２（Ｆ−１）²≦Ｓ≦３ｌｏｇ₁₀Ｆ
   が満たされる、請求項６に記載の発光装置。
8. 前記光源は、発光素子と、この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で前記発光面が構成されている、請求項１に記載の発光装置。
9. 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に記載の発光装置である、面光源。
10. 前記複数の発光装置を挟んで前記拡散板と対向する基板であって前記複数の発光装置のそれぞれの前記光源が実装された基板と、前記光源を避けながら前記基板を覆うように前記基板上に配置された反射板と、をさらに備える、請求項９に記載の面光源。
11. 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９に記載の面光源と、を備える液晶ディスプレイ装置。

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