CN101883994A - 照明用透镜、发光装置、面光源和液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

照明用透镜(1)具有入射面(11)和出射面(12)。出射面(12)具有：朝向所述光轴A上的点凹陷的第一出射面(121)、和从第一出射面(121)的周缘部向外侧扩展的第二出射面(122)。第一出射面(121)包括如下区域：使从作为光轴A上的光源的位置的基点Q所放射的放射光之中的、与光轴A的角度低于规定角度的放射光透过的透过区域；使从基点Q所放射的放射光之中的、与光轴A的角度在所述规定角度以上的放射光全反射的全反射区域。

Description

照明用透镜、发光装置、面光源和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及使例如发光二极管等的光源的指向性扩展的照明用透镜、和使用该照明用透镜的照明装置。此外，本发明还涉及具有多个照明装置的面光源、和使该面光源作为背光源配置在液晶面板后方的液晶显示装置。
背景技术
在现有的大型液晶显示装置的背光源中，冷阴极管被大多配置在液晶面板正下方，这些冷阴极管与扩散板或反射板等的部件一起使用。近年来，发光二极管被作为背光源的光源使用。发光二极管近年来效率提高，作为取代荧光灯的消耗功率少的光源值得期待。另外作为液晶显示装置用光源，能够根据映像控制发光二极管的明暗，从而降低液晶显示装置的消耗功率。
在液晶显示装置的以发光二极管作为光源的背光源中，配置大量的发光二极管替代冷阴极管。通过使用大量的发光二极管，能够在背光源表面得到均匀的亮度，但大量需要发光二极管则存在不能确保价格低廉的问题。于是试图加大一个发光二极管的输出功率以减少发光二极管的使用个数，例如在专利文献1中提出有一种透镜，其中即使在少量个数的发光二极管下也能够得到均匀的面光源。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：专利第3875247号
为了在少量个数的发光二极管下得到均匀的面光源，需要使一个发光二极管照明的被照明区域加大。即，需要将自发光二极管的光进行扩张以扩展其指向性。为此在专利文献1中，将用于控制芯片状的发光二极管的指向性且在平面视为圆形的透镜配置在发光二极管之上。该透镜的形状为，使光出射的出射面中的光轴附近部分为凹面、且其外侧部分为与凹面接连的凸面。
发光二极管中，在发光二极管的芯片的正面方向上发出最多的光，在专利文献1所公开的透镜中，由光轴附近的凹面通过使来自芯片的朝向正面方向的光折射而使其发散。由此，能够抑制被照射面中的光轴附近的照度，达到有一定扩展的照度分布。
但是，在专利文献1的透镜中，由于存在使来自光源的光折射的必要性，所以需要将凹面和凸面之间的高低差抑制得小到某程度，在扩展光源的指向性上就存在局限。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以进一步扩展光源的指向性的照明用透镜，并且提供包含该照明用透镜的发光装置、面光源和液晶显示装置。
为了达成所述目的，本发明的发明者认为，如何使发光二极管的在芯片的正面方向上行进的强光在周围配光，这在用于进一步扩展指向性上很重要。构想出通过有系统地使用全反射而使发光二极管的沿其芯片的正面方向行进的光在周围配光。本发明从这一观点出发而达成。
即，本发明提供一种照明用透镜，是将来自光源的光扩张并照射到被照射面的照明用透镜，其中，该照明用透镜具有：来自光源的光入射的入射面、和使入射的光出射的且相对于光轴为旋转对称的出射面，所述出射面具有：朝向所述光轴上的点凹陷的第一出射面、和从该第一出射面的周缘部向外侧扩展且形成凸面的第二出射面，所述第一出射面包括如下区域：在以所述光轴上的所述光源的位置为基点时，使从所述基点放射并到达该第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度低于规定角度的放射光透过的透过区域；使从所述基点放射并达到该第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度在所述规定角度以上的放射光全反射的全反射区域，所述第二出射面具有：使从所述基点放射并到达该第二出射面的放射光大体总量透过的形状。
在此，所述“大体总量”是指总量的90％以上，可以是总量，也可以是比总量稍少一点的量。
另外，本发明还提供一种发光装置，其具有使光放射的发光二极管、和将自所述发光二极管的光扩张并照射到被照射面的照明用透镜，其中，所述照明用透镜是上述的照明用透镜。
此外，本发明提供一种面光源，其具有：平面配置的多个发光装置、和扩散板，该扩散板以覆盖所述多个发光装置的方式配置，使从所述多个发光装置照射到其一个面上的光以从其另一个面扩散的状态放射，所述多个发光装置分别为上述发光装置。
另外，本发明提供一种液晶显示装置，其具有液晶面板和在所述液晶面板的背面侧所配置的上述面光源。
根据上述构造，从光源出射、且到达位于第一出射面的中心侧的透过区域的光之大部分，由透过区域折射并照射到被照射面中的以透镜的光轴为中心的区域。另一方面，从光源出射、且到达位于第一出射面的外周侧的全反射区域的光之大部分，会由全反射区域进行全反射，且当例如照明用透镜的入射面侧配设有反射板时，会最终被照射到被照射面中的从透镜的光轴远离的区域。此外，从光源出射并到达第二出射面的光之大部分，由第二出射面折射而被照射到被照射面中的从透镜的光轴远离的区域。因此，根据本发明，可以进一步扩展光源的指向性。因此，与以凹面仅进行折射的现有的透镜相比，也可以进一步减小透镜的外径。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的照明用透镜的构造图。
图2是图1的要部放大图。
图3是本发明的实施方式2的发光装置的构造图。
图4是到达本发明的实施方式2的发光装置的第一出射面的透过区域的光线的光路图。
图5是到达本发明的实施方式2的发光装置的第一出射面的全反射区域的光线的光路图。
图6是从本发明的实施方式2的发光装置的第二出射面所出射的光线的光路图。
图7是变形例的照明用透镜的构造图。
图8是图7的要部放大图。
图9是说明本发明的实施方式2的发光装置的实施例1～3的构造图。
图10表示本发明的实施方式2的发光装置的实施例1的出射面形状，是表示θi与sagY的关系的曲线图(将表1图形化)。
图11表示本发明的实施方式2的发光装置的实施例2的出射面形状，是表示θi与sagY的关系的曲线图(将表2图形化)。
图12表示本发明的实施方式2的发光装置的实施例3的出射面形状，是表示θi与sagY的关系的曲线图(将表3图形化)。
图13是表示本发明的实施方式2的发光装置的实施例1的r/R与θi-θn的关系的曲线图。
图14是表示本发明的实施方式2的发光装置的实施例2的r/R与θi-θn的关系的曲线图。
图15是表示本发明的实施方式2的发光装置的实施例3的r/R与θi-θn的关系的曲线图。
图16是本发明的实施方式2的发光装置的实施例1的照度分布。
图17是本发明的实施方式2的发光装置的实施例2的照度分布。
图18是本发明的实施方式2的发光装置的实施例3的照度分布。
图19是用于确认实施例1～3的效果的仅发光二极管的照度分布。
图20是本发明的实施方式3的面光源的构造图。
图21是本发明的实施方式3的面光源的部分性剖面图。
图22是在本发明的实施方式3的面光源中使用实施例1的发光装置时的照度分布。
图23是在本发明的实施方式3的面光源中使用实施例2的发光装置时的照度分布。
图24是在本发明的实施方式3的面光源中使用实施例3的发光装置时的照度分布。
图25是用于确认实施例1～3的效果的仅以发光二极管构成发光装置时的面光源的照度分布。
图26是本发明的实施方式4的液晶显示装置的构造图。
具体实施方式
(实施方式1)
一边参照附图，一边对于本发明的实施方式1的照明用透镜进行说明。图1是实施方式1的照明用透镜1的构造图。照明用透镜1配置在具有指向性的光源(图1中省略)与被照射面3之间，将来自光源的光扩张并照射到被照射面3上。即，通过照明用透镜1将光源的指向性扩展。被照射面3的照度分布在照明用透镜1的设计上的中心线即光轴A上达到最大、越向周围行进就越大致单调地减少。还有，光源和照明用透镜1按照彼此的光轴一致的方式配置。
具体来说，照明用透镜1具有：来自光源的光入射的入射面11、和使入射的光出射的出射面12。另外，照明用透镜1具有在入射面11的周围朝向与出射面12反对侧的底面13。此外，照明用透镜1在出射面12的外侧具有：连接出射面12的周边(周缘)和底面13的外周边(外周缘)的外周面14。
入射面11不需要相对于光轴A为旋转对称。在本实施方式中，入射面11比包围该入射面11的环状的底面13更靠近出射面12，在由它们的级差形成的凹陷中使光源嵌入。但是，入射面11也可以与底面13位于同一平面上。这种情况下，与光源光学性地接合的区域为入射面11。还有，入射面11未必需要与光源直接接合，例如也可以在与光源之间形成空气层而凹陷成半球状。
出射面12相对于光轴A旋转对称。出射面12是对光源的光量的规定量(例如90％)以上的光进行控制的区域(自图1所示的点B内侧的区域)，出射面12从光轴方向观看时的直径是照明用透镜1的有效直径。
外周面14在本实施方式中形成与出射面12接连的曲面，但是也可以为截面直线状的锥面。或者虽然图示省略，也可以在照明用透镜上设置从出射面12的周边遍及全周而突出的环部，该环部的端面成为外周面14。另外，外周面14不需要相对于光轴A为旋转对称，例如外周面14也可以具有以夹隔光轴A的方式相互平行的一对平面部，照明用透镜1从光轴方向观看时为椭圆形。
来自光源的光从入射面11入射到照明用透镜1内后，从出射面12出射，到达被照射面3。从光源放射的光在出射面12的作用下被扩张，就可到达被照射面3的较宽的范围。
作为光源，例如能够采用发光二极管。发光二极管大多是矩形板状的芯片。作为优选，照明用透镜1的入射面11也按照与发光二极管密接的方式为与发光二极管的形状匹配的形状。发光二极管经由接合剂与照明用透镜1的入射面11相接，与入射面11光学性地接合。虽然发光二极管通常以不与空气接触的方式由封闭树脂覆盖，但由于照明用透镜1起到了密封树脂的作用，因此不需要另行配置密封树脂。作为现有的发光二极管的密封树脂，使用环氧树脂或硅橡胶等。
照明用透镜1由具有规定的折射率的透明材料构成。透明材料的折射率例如从1.4至1.5左右。作为这样的透明材料，能够使用环氧树脂、硅树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸酯等的树脂，或者硅橡胶等的橡胶。其中，优选使用作为发光二极管的密封树脂所使用的环氧树脂或硅橡胶等。
出射面12由第一出射面121和第二出射面122构成，第一出射面121朝向光轴A上的点凹陷，第二出射面122从该第一出射面121的周缘部向外侧扩展且形成凸面。从入射面11入射到照明用透镜1的内部的光具有大的角度范围。与光轴A的角度较小的光到达第一出射面121，与光轴A的角度较大的光到达第二出射面122。
接着，对于第一出射面121和第二出射面122的形状进行说明。为此，首先规定基点Q，假定放射光从该基点Q放射。在此，所谓基点Q是光轴A上的光源的位置，当作为光源采用发光二极管时就是光轴A和发光二极管的正面即出射面之交点。即，基点Q从入射面11隔离开上述的接合剂的厚度部分。然后，从基点Q放射的放射光，在将第一出射面121与第二出射面122的边界和基点Q连接之连接线和光轴A所形成的夹角θb为界的前提下，分别到达第一出射面121和第二出射面122。
如图2所示，第一出射面121由透过区域123和全反射区域124构成，透过区域123使从基点Q放射并到达该第一出射面121的放射光之中的、与光轴A的角度低于规定角度θp的放射光透过，全反射区域124使从基点Q放射并到达该第一出射面121的放射光之中的、与光轴A的角度在规定角度θp以上的放射光全反射。即，θp是在透过区域123和全反射区域124的边界上的点设为点P时、连接点P和基点Q之直线与光轴A所形成的夹角。
另一方面，第二出射面122具有使从基点Q放射并到达该第二出射面122的放射光大体总量透过的形状。越是趋于第二出射面122的外侧，来自基点Q的放射光与光轴A的角度就越大，但是，相对于放射光到达第二出射面122的点的法线的、放射线的光线角度，是对第二出射面122的入射角，若入射角变得过大则发生全反射。为了不发生全反射，需要使入射角不要太大，于是第二出射面122的形状就为随着从光轴A远离而法线与光轴A的角度增大这样的形状、即为凸面。
还有，第二出射面122不一定要使从基点Q放射的放射光在遍及整个面的范围透过(即，使总量透过)，其也可以具有使从基点Q放射的放射光的一部分全反射而使其余透过的形状。
如果是以上这种照明用透镜1，则从光源出射且到达第一出射面121的位于中心侧的透过区域123的光之大部分，由透过区域123折射并被照射到被照射面3中的以透镜的光轴A为中心的区域。另一方面，从光源出射到达第一出射面121的位于外周侧的全反射区域124的光之大部分，被全反射区域124全反射，当例如在照明用透镜1的入射面11侧配设有反射板时，最终会被照射到被照射面3中的从透镜的光轴A远离的区域。此外，从光源出射且到达第二出射面122的光之大部分，由第二出射面122折射而被照射到被照射面3中的从透镜的光轴A远离的区域。因此，根据本实施方式的照明用透镜1，可以进一步扩展光源的指向性。因此，与由凹面仅折射的现有的透镜相比，也可以进一步减小透镜的外径。
以上，对于本实施方式的照明用透镜1的基本的形态进行了说明，以下对于本实施方式的照明用透镜1的优选形态进行说明。
前述的将第一出射面121和第二出射面122的边界与基点Q连接的直线同光轴A的夹角θb(参照图1)优选满足下式(1)。
20°＜θb＜40°…(1)
式(1)是规定第一出射面121的范围的公式，第一出射面121的范围由与基点Q的角度(极坐标)来定义，赋予能够将在被照射面3中的以透镜的光轴A为中心的区域(以下称为“光轴附近”。)所照射的光和在被照射面3中的从透镜的光轴A远离的区域(以下称为“外周区域”。)所照射的光进行适量分割的范围。若θb达到40°以上，则第一出射面121的范围变大，由于来自光源的光轴附近的光向外侧被过多地分配，因此被照射面3的光轴附近的照度不足发生，而产生照度不均匀。另外，若θb在20°以下，则第一出射面121的范围变小，照射到被照射面3中的光轴附近的的光就变多，另一方面，照射到外周区域的光不足，因此不仅产生照度不均匀，而且还使指向性狭窄。
另外，如图2所示，设第一出射面121与光轴A相交的点为点C，此外设点C与基点Q之间的距离为d，连接点C与前述的点P的直线的长度为a时，优选满足下式(2)。
1.10＜a/(d×tanθp)＜1.30 …(2)
式(2)是规定第一出射面121中的透过区域123的范围的公式，是表示照射到被照射面3中的光轴附近的光的量之式子。若式(2)中的“a/(d×tanθp)”达到1.30以上，则在透过区域123透过的光的量过多，被照射面3中的光轴附近的照度变高，产生照度不均匀。反之，若式(2)中的“a/(d×tanθp)”在1.10以下，则在透过区域123透过的光的量过度减少，被照射面3中的光轴附近的照度变低，产生照度不均匀。
此外，如图2所示，设光轴A上的照明用透镜1的厚度(即，从点C到入射面11的距离)为d’，设照明用透镜1的最外径为R时，优选满足下式(3)，
d’/2R＜0.25 …(3)
并且，在经由照明用透镜1对被照射面3进行照明的情况下的、以光轴中心照度为1而被标准化时的在被照射面3上的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布宽度设为δL，在仅由光源对被照射面3进行照明的情况下的、以光轴中心照度为1而被标准化时的被照射面3上的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布宽度设为δS时，优选满足下式(4)。
2.0＜δL/δS＜4.0 …(4)
若式(3)中的“d’/2R”达到0.25以上而不满足式(3)时，则出射面12中的第一出射面121和第二出射面122的平衡破坏，发生照度不均匀。
式(4)中的“δL/δS”表示照明用透镜的有无所引起的照度分布的比，若其达到4.0以上，则指向性变宽，但照明范围过宽，发生照度不足。反之，若在2.0以下，则透镜自身变大，小型性和性价比变差。指向性变得狭窄。
还有，本发明的照明用透镜也可以适用于发光二极管以外的光源(例如激光或有机EL)。
(变形例)
接下来，参照图7和图8，说明变形例的照明用透镜1’。还有，对与上述的照明用透镜1相同的构成部分赋予相同的符号。
在该照明用透镜1’中，第一出射光121具有由反射层126覆盖的正反射区域125，以之取代全反射区域124(参照图2)。因此，从基点Q放射并到达该第一出射面121的放射光之中的、与光轴A的角度为规定角度θp以上的放射光被反射层126正反射。还有，被正反射的放射光的光路与全反射的情况相同。反射层126可以由在正反射区域125涂布反射性的材料并使之硬化的反射膜构成，也可以由贴附在正反射区域125上的反射片构成。
在如本变形例利用正反射时，与利用全反射的情况相比，能够缓和第一出射面121的角度，能够加大透镜形状的设计的自由度。还有，正反射区域125也可以具有与全反射区域124相同的形状。即，正反射区域125在没有反射层126时也可以成为如下形状：从基点Q放射并到达第一出射面121的放射光之中的、与光轴A的角度在规定角度θp以上的放射光被全反射。
(实施方式2)
图3是本发明的实施方式2的发光装置7的构造图。该发光装置7具有使光放射的发光二极管2、和将自发光二极管2的光进行扩张并照射到被照射面3的实施方式1中说明的照明用透镜1。
就发光二极管2而言，在照明用透镜1的入射面11由接合剂密接地配置、且被光学性地接合。从照明用透镜1的出射面12出射的光到达被照射面3而对被照射面3进行照明。
发光二极管2内的发光是不具有指向性的发光，但发光区域的折射率为2.0以上，若光侵入到折射率低的区域，则在界面的折射的影响下，在界面的法线方向上具有最大的强度，从法线方向起角越变大，光的强度就越小。如此发光二极管2具有指向性，为了对宽阔的范围进行照明，需要由照明用透镜1将指向性扩展。
图4是发光装置7的光路图。图4中说明的是，来自光源的光之中的、以小角度出射并到达第一出射面121的透过区域123(参照图2)的光线的光路。从发光二极管2出射的光透过入射面11且到达第一出射面121的透过区域123。所到达的光在第一出射面121的透过区域折射且透过、然后到达被照射面3。
图5是发光装置7的光路图。图5中说明的是，来自光源的光之中的、以小角度出射并到达第一出射面121的全反射区域124(参照图2)的光线的光路。从发光二极管2出射的光透过入射面11且到达第一出射面121的全反射区域124。通过第一出射面121的全反射区域124使所到达的光发生全反射。与光轴A接近的光经全反射而达到第二出射面122后，在第二出射面122折射且透过。而且，在照明用透镜1的入射面11侧配设有反射板时，在第二出射面122透过的光的大体总量都会到达被照射面3。另一方面，从光轴A离开的光经全反射到达第二出射面122后，在照明用透镜1内反射重复1次以上，由此在出射面12折射且透过，到达被照射面3。
图6是发光装置7的光路图。图6中说明的是，来自光源的光之中的、以大角度出射而到达第二出射面122的光线的光路。从发光二极管2出射的光透过入射面11而到达第二出射面122。所达到的光在第二出射面122不具有使一部分的光全反射的形状时其大体总量在第二出射面122折射且透过，其后到达被照射面3。
以下，作为本发明的具体的数值例，表示实施例1～3。
图9是本发明的实施方式2的实施例1～3的发光装置的构造图。本实施例1是以0.45mm角的发光二极管为光源、且以扩展指向性为目的的设计例。图9中的θi是将光轴A上的光源位置(基点Q)和出射面12上的任意的位置连接的直线与光轴A的角度。另外，图9中的θn是：所述出射面12上的任意的位置的出射面12的法线、换言之就是在从光轴A上的光源位置(基点Q)起为θi的角度方向上所放射的光到达出射面12位置的出射面12的法线与光轴A所形成的夹角。此外，图9中的sagY是从光轴A上的光源位置(基点Q)到所述出射面12上的任意的位置为止在光轴方向上所测量的的距离。
(实施例1)
接下来将实施例1的具体的数值表示在表1中。
[表1]
  θi   sagY
  0.000   0.485
  0.006   0.485
  θi   sagY
  0.013   0.487
  0.019   0.490
  0.026   0.494
  0.032   0.499
  0.039   0.505
  0.045   0.511
  0.052   0.517
  0.058   0.523
  0.065   0.530
  0.071   0.537
  0.077   0.544
  0.084   0.551
  0.090   0.558
  0.097   0.565
  0.103   0.572
  0.110   0.580
  0.116   0.587
  0.123   0.594
  0.129   0.602
  0.135   0.609
  θi   sagY
  0.142   0.616
  0.148   0.624
  0.155   0.631
  0.161   0.638
  0.168   0.645
  0.174   0.653
  0.181   0.660
  0.187   0.667
  0.194   0.675
  0.200   0.682
  0.206   0.689
  0.213   0.696
  0.219   0.703
  0.226   0.710
  0.232   0.717
  0.239   0.724
  0.245   0.731
  0.252   0.738
  0.258   0.745
  0.264   0.752
  θi   sagY
  0.271   0.759
  0.277   0.766
  0.284   0.773
  0.290   0.779
  0.297   0.786
  0.303   0.793
  0.310   0.799
  0.316   0.806
  0.323   0.813
  0.329   0.819
  0.335   0.825
  0.342   0.832
  0.348   0.838
  0.355   0.844
  0.361   0.850
  0.368   0.857
  0.374   0.863
  0.381   0.869
  0.387   0.875
  θi   sagY
  0.393   0.881
  0.400   0.886
  0.406   0.892
  0.413   0.898
  0.419   0.904
  0.426   0.909
  0.432   0.915
  0.439   0.920
  0.445   0.925
  0.452   0.931
  0.458   0.936
  0.464   0.941
  0.471   0.946
  0.477   0.951
  0.484   0.956
  0.490   0.961
  0.497   0.966
  0.503   0.971
  0.510   0.975
  0.516   0.980
  θi   sagY
  0.522   0.984
  0.529   0.989
  0.535   0.993
  0.542   0.997
  0.548   1.001
  0.555   1.005
  0.561   1.009
  0.568   1.013
  0.574   1.017
  0.581   1.021
  0.587   1.024
  0.593   1.028
  0.600   1.031
  0.606   1.034
  0.613   1.038
  0.619   1.041
  0.626   1.044
  0.632   1.047
  0.639   1.049
  0.645   1.052
  θi   sagY
  0.651   1.055
  0.658   1.057
  0.664   1.060
  0.671   1.062
  0.677   1.064
  0.684   1.066
  0.690   1.068
  0.697   1.070
  0.703   1.072
  0.710   1.073
  0.716   1.074
  0.722   1.074
  0.729   1.073
  0.735   1.073
  0.742   1.073
  0.748   1.073
  0.755   1.073
  0.761   1.072
  0.768   1.072
  0.774   1.072
  θi   sagY
  0.780   1.072
  θi   sagY
  0.787   1.072
  0.793   1.072
  0.800   1.071
  0.806   1.071
  0.813   1.071
  0.819   1.071
  0.826   1.070
  0.832   1.070
  0.839   1.070
  0.845   1.070
  0.851   1.069
  0.858   1.069
  0.864   1.069
  0.871   1.069
  0.877   1.068
  0.884   1.068
  0.890   1.068
  θi   sagY
  0.897   1.068
  0.903   1.067
  0.909   1.067
  0.916   1.067
  0.922   1.066
  0.929   1.066
  0.935   1.066
  0.942   1.065
  0.948   1.065
  0.955   1.065
  0.961   1.064
  0.968   1.064
  0.974   1.063
  0.980   1.063
  0.987   1.063
  0.993   1.062
  1.000   1.062
  1.006   1.061
  1.013   1.061
  1.019   1.060
  θi   sagY
  1.026   1.060
  1.032   1.059
  1.038   1.059
  1.045   1.058
  1.051   1.058
  1.058   1.057
  1.064   1.057
  1.071   1.056
  1.077   1.055
  1.084   1.055
  1.090   1.054
  1.097   1.053
  1.103   1.053
  1.109   1.052
  1.116   1.051
  1.122   1.051
  1.129   1.050
  1.135   1.049
  1.142   1.048
  1.148   1.047
  θi   sagY
  1.155   1.047
  1.161   1.046
  1.167   1.045
  1.174   1.044
  θi   sagY
  1.1804   1.043
  1.1868   1.042
  1.1933   1.041
  1.1997   1.040
  1.2062   1.039
  1.2126   1.038
  1.2191   1.037
  1.2255   1.036
  1.2320   1.034
  1.2384   1.033
  1.2449   1.032
  1.2513   1.031
  1.2578   1.029
  1.2642   1.028
  θi   sagY
  1.2707   1.027
  1.2771   1.025
  1.2836   1.024
  1.2900   1.022
  1.2965   1.021
  1.3029   1.019
  1.3094   1.017
  1.3158   1.016
  1.3223   1.014
  1.3287   1.012
  1.3352   1.011
  1.3416   1.009
  1.3481   1.007
  1.3545   1.005
  1.3610   1.003
  1.3674   1.001
  1.3739   0.999
  1.3803   0.997
  1.3868   0.995
  1.3932   0.992
  θi   sagY
  1.3997   0.990
  1.4061   0.988
  1.4126   0.985
  1.4190   0.983
  1.4255   0.980
  1.4319   0.978
  1.4384   0.975
  1.4448   0.972
  1.4513   0.970
  1.4577   0.967
  1.4642   0.964
  1.4706   0.961
  1.4771   0.958
  1.4835   0.955
  1.4900   0.951
  1.4964   0.948
  1.5029   0.945
  1.5093   0.941
  1.5158   0.937
  1.5222   0.934
  θi   sagY
  1.5287   0.930
  1.5351   0.926
  1.5416   0.922
  1.5480   0.918
  1.5545   0.914
  1.5609   0.909
  1.5674   0.905
  θi   sagY
  1.574   0.900
  1.580   0.896
  1.587   0.891
  1.593   0.886
  1.600   0.881
  1.606   0.875
  1.613   0.870
  1.619   0.864
  1.625   0.858
  1.632   0.852
  1.638   0.846
  θi   sagY
  1.645   0.840
  1.651   0.833
  1.658   0.826
  1.664   0.819
  1.671   0.812
  1.677   0.804
  1.683   0.796
  1.690   0.788
  1.696   0.780
  1.703   0.771
  1.709   0.762
  1.716   0.752
  1.722   0.742
  1.729   0.732
  1.735   0.721
  1.742   0.710
  1.748   0.698
  1.754   0.686
  1.761   0.673
  1.767   0.660
  θi   sagY
  1.774   0.646
  1.780   0.631
  1.787   0.616
  1.793   0.600
  1.800   0.583
  1.806   0.566
  1.812   0.547
  1.819   0.528
  1.825   0.508
  1.832   0.487
  1.838   0.464
  1.845   0.441
  1.851   0.416
  1.858   0.390
  1.864   0.362
  1.871   0.333
  1.877   0.303
  1.883   0.271
  1.890   0.237
  1.896   0.201
  θi   sagY
  1.903   0.164
  1.909   0.124
  1.916   0.082
  1.922   0.037
图10是有关表1的θi和sagY被图形化后的曲线图。另外，图13中表示r/R与θi-θn的关系的曲线图。在此，r/R是将从光轴A至所述出射面12上的任意的位置为止的在与入射面11平行的方向上的距离由透镜最外半径被标准化后的值(r：从光轴A至所述出射面12上的任意的位置为止的在与入射面11平行的方向上的距离，R：透镜最外半径(参照图9))。
θi-θn是相对于以θi的角度放射的放射光到达出射面12的点的法线的、放射线的光线的角度，表示对出射面12的入射角。就第一出射面121的全反射区域124的条件而言，因为构成本实施例1的透镜的透明材料的折射率为1.41，所以是θi-θn为45.172°以上。因此图13表示：在本实施例1中第一出射面121的光轴附近的狭窄的范围为透过区域123、从光轴离开的宽阔范围为全反射区域124。另外图13还表示：在本实施例1中第二出射面122将从基点Q放射的放射光在遍及整体面的范围进行全反射。
另外在本实施例1中，图2所示的d为0.485mm，θp为4.2°，a为0.042mm。因此，a/(d×tanθp)＝1.17，满足上式(2)。
此外，在本实施例1中，图2所示的d’为0.48mm，R为1.95mm。因此d’/2R＝0.12，满足上式(3)。
图16表示在配置实施例1的发光装置(图10的照明用透镜和发光二极管)且在从发光二极管离开8mm的位置配置被照射面的情况下的、通过计算所求得的被照射面的照度分布。图19表示在仅配置与图16的情形相同的发光二极管且在从发光二极管离开8mm的位置配置被照射面的情况下的、通过计算所求得的被照射面的照度分布。还有，图16和图19表示以光轴中心照度为1而被标准化时的被照射面的照度分布曲线。若比较图16和图19，则可知在照明用透镜的效果下，能够将被照射面宽阔地照明。
此外，图16中的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布宽度δL为0.48，图19中的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布宽度δS为0.2。因此，δL/δS＝2.4，满足上式(4)。
(实施例2)
接下来将实施例2的具体的数值表示在表2中。
[表2]
  θi   sagY
  0.00   0.647
  0.57   0.647
  1.14   0.648
  1.71   0.649
  2.27   0.650
  2.83   0.652
  3.39   0.653
  3.94   0.656
  4.48   0.658
  5.02   0.661
  5.55   0.664
  6.07   0.667
  6.59   0.670
  7.09   0.674
  7.59   0.678
  8.07   0.682
  8.55   0.686
  9.02   0.691
  θi   sagY
  9.48   0.695
  9.93   0.700
  10.37   0.705
  10.80   0.710
  11.22   0.715
  11.64   0.720
  12.04   0.726
  12.44   0.731
  12.83   0.736
  13.21   0.742
  13.58   0.748
  13.94   0.753
  14.30   0.759
  14.65   0.765
  14.99   0.771
  15.33   0.776
  15.66   0.782
  15.98   0.788
  16.30   0.794
  16.61   0.800
  θi   sagY
  16.91   0.806
  17.21   0.812
  17.51   0.818
  17.79   0.824
  18.08   0.830
  18.35   0.836
  18.63   0.842
  18.89   0.848
  19.16   0.854
  19.42   0.860
  19.67   0.866
  19.92   0.872
  20.17   0.878
  20.42   0.884
  20.66   0.890
  20.89   0.896
  21.13   0.901
  21.36   0.907
  21.58   0.913
  21.81   0.919
  θi   sagY
  22.03   0.925
  22.25   0.930
  22.46   0.936
  θi   sagY
  22.67   0.942
  22.88   0.947
  23.09   0.953
  23.30   0.959
  23.50   0.964
  23.70   0.970
  23.90   0.975
  24.10   0.981
  24.30   0.986
  24.49   0.991
  24.68   0.997
  24.87   1.002
  25.06   1.007
  25.25   1.012
  25.43   1.017
  θi   sagY
  25.62   1.022
  25.80   1.027
  25.99   1.032
  26.17   1.037
  26.35   1.042
  26.53   1.047
  26.70   1.051
  26.88   1.056
  27.06   1.061
  27.23   1.065
  27.41   1.070
  27.58   1.074
  27.75   1.079
  27.93   1.083
  28.10   1.087
  28.27   1.091
  28.44   1.096
  28.61   1.100
  28.78   1.104
  28.95   1.108
  θi   sagY
  29.12   1.111
  29.29   1.115
  29.46   1.119
  29.63   1.123
  29.80   1.126
  29.97   1.130
  30.14   1.133
  30.31   1.136
  30.49   1.139
  30.73   1.139
  30.98   1.139
  31.22   1.139
  31.46   1.139
  31.70   1.138
  31.94   1.138
  32.18   1.138
  32.41   1.138
  32.65   1.137
  32.88   1.137
  33.12   1.137
  θi   sagY
  33.35   1.137
  33.58   1.137
  33.81   1.136
  34.04   1.136
  34.27   1.136
  34.50   1.136
  θi   sagY
  34.73   1.135
  34.95   1.135
  35.18   1.135
  35.40   1.135
  35.62   1.134
  35.84   1.134
  36.06   1.134
  36.28   1.133
  36.50   1.133
  36.72   1.133
  36.94   1.132
  37.15   1.132
  θi   sagY
  37.37   1.132
  37.58   1.131
  37.79   1.131
  38.01   1.131
  38.22   1.130
  38.43   1.130
  38.64   1.130
  38.85   1.129
  39.05   1.129
  39.26   1.128
  39.47   1.128
  39.67   1.128
  39.88   1.127
  40.08   1.127
  40.28   1.126
  40.48   1.126
  40.69   1.125
  40.89   1.125
  41.09   1.124
  41.28   1.124
  θi   sagY
  41.48   1.123
  41.68   1.123
  41.88   1.122
  42.07   1.122
  42.27   1.121
  42.46   1.121
  42.65   1.120
  42.85   1.120
  43.04   1.119
  43.23   1.118
  43.42   1.118
  43.61   1.117
  43.80   1.117
  43.99   1.116
  44.18   1.115
  44.35   1.114
  44.55   1.114
  44.74   1.113
  44.92   1.112
  45.11   1.112
  θi   sagY
  45.29   1.111
  45.48   1.110
  45.66   1.109
  45.84   1.108
  46.03   1.108
  46.21   1.107
  46.39   1.106
  46.57   1.105
  46.75   1.104
  θi   sagY
  46.93   1.103
  47.11   1.102
  47.29   1.101
  47.47   1.100
  47.65   1.099
  47.83   1.098
  48.01   1.097
  48.18   1.096
  48.36   1.095
  θi   sagY
  48.54   1.094
  48.71   1.093
  48.89   1.092
  49.07   1.091
  49.24   1.090
  49.42   1.088
  49.59   1.087
  49.77   1.086
  49.94   1.085
  50.12   1.083
  50.29   1.082
  50.47   1.081
  50.64   1.079
  50.82   1.078
  50.99   1.076
  51.16   1.075
  51.34   1.073
  51.51   1.072
  51.69   1.070
  51.86   1.069
  θi   sagY
  52.03   1.067
  52.21   1.065
  52.38   1.064
  52.56   1.062
  52.73   1.060
  52.91   1.058
  53.08   1.056
  53.26   1.055
  53.43   1.053
  53.61   1.051
  53.78   1.049
  53.96   1.047
  54.13   1.045
  54.31   1.042
  54.49   1.040
  54.66   1.038
  54.84   1.036
  55.02   1.034
  55.19   1.031
  55.37   1.029
  θi   sagY
  55.55   1.026
  55.73   1.024
  55.91   1.021
  56.09   1.019
  56.27   1.016
  56.45   1.014
  56.63   1.011
  56.82   1.008
  57.00   1.005
  57.18   1.002
  57.37   0.999
  57.55   0.996
  θi   sagY
  57.74   0.993
  57.93   0.990
  58.11   0.987
  58.30   0.984
  58.49   0.981
  58.68   0.977
  θi   sagY
  58.87   0.974
  59.06   0.970
  59.26   0.967
  59.45   0.963
  59.64   0.959
  59.84   0.956
  60.04   0.952
  60.23   0.948
  60.43   0.944
  60.63   0.940
  60.83   0.936
  61.04   0.932
  61.24   0.927
  61.45   0.923
  61.65   0.919
  61.86   0.914
  62.07   0.910
  62.28   0.905
  62.49   0.900
  62.71   0.895
  θi   sagY
  62.92   0.890
  63.14   0.885
  63.36   0.880
  63.58   0.875
  63.80   0.870
  64.02   0.864
  64.24   0.859
  64.47   0.853
  64.70   0.848
  64.93   0.842
  65.16   0.836
  65.39   0.830
  65.63   0.824
  65.87   0.818
  66.11   0.811
  66.35   0.805
  66.59   0.799
  66.84   0.792
  67.09   0.785
  67.34   0.778
  θi   sagY
  67.59   0.771
  67.85   0.764
  68.10   0.757
  68.36   0.750
  68.62   0.742
  68.89   0.735
  69.15   0.727
  69.42   0.719
  69.70   0.711
  69.97   0.703
  70.25   0.695
  70.53   0.687
  70.81   0.678
  71.09   0.669
  71.38   0.661
  θi   sagY
  71.67   0.652
  71.96   0.643
  72.26   0.633
  72.56   0.624
  θi   sagY
  72.86   0.615
  73.17   0.605
  73.47   0.595
  73.79   0.585
  74.10   0.575
  74.42   0.565
  74.74   0.554
  75.06   0.544
  75.39   0.533
  75.72   0.522
  76.05   0.511
  76.39   0.500
  76.73   0.488
  77.07   0.477
  77.42   0.465
  77.77   0.453
  78.12   0.441
  78.47   0.000
  78.83   0.000
  79.20   0.000
  79.57   0.000
  79.94   0.000
  θi   sagY
  80.31   0.000
  80.69   0.000
  81.07   0.000
  81.45   0.000
  81.84   0.000
  82.23   0.000
  82.63   0.000
  83.03   0.000
  83.43   0.000
  83.84   0.000
  84.25   0.000
  84.66   0.000
  85.08   0.000
  85.50   0.000
  85.92   0.000
  88.35   0.000
  86.78   0.000
  87.21   0.000
  87.65   0.000
  88.09   0.000
  88.54   0.000
  88.99   0.000
  θi   sagY
  89.44   0.000
  89.89   0.000
图11是有关表2的θi和sagY被图形化后的曲线图。另外，图14中表示r/R与θi-θn的关系的曲线图。图14中的r/R和θi-θn也与图13中的相同。
本实施例2也与上述的实施例1相同，由折射率1.41的材料构成透镜。因此，第一出射面121的全反射区域124的条件与实施例1相同，是θi-θn为45.172°以上。因此图14表示，在本实施例2中比实施例1宽的范围成为透过区域123，比实施例1窄的范围为全反射区域124。另外图14还显示，在本实施例2中第二出射面122将从基点Q放射的放射光在遍及整体面的范围进行全反射。
另外在本实施例2中，图2所示的d为0.647mm，θp为9.3°，a为0.123mm。因此，a/(d×tanθp)＝1.16，满足上式(2)。
此外，在本实施例2中，图2所示的d’为0.642mm，R为2.1mm。因此d’/2R＝0.15，满足上式(3)。
图17表示在配置实施例2的发光装置(图11的照明用透镜和发光二极管)且在从发光二极管离开8mm的位置配置被照射面的情况下的、通过计算所求得的被照射面的照度分布。还有，图17与图16一样，表示以光轴中心照度为1而被标准化时的被照射面的照度分布曲线。若比较图17和图19，则可知在照明用透镜的效果下，能够将被照射面宽阔地照明。
此外，图17中的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布宽度δL为0.5。因此，δL/δS＝2.5，满足上式(4)。
(实施例3)
接下来将实施例3的具体的数值表示在表3中。
[表3]
图12是有关表3的θi和sagY被图形化后的曲线图。另外，图15中表示r/R与θi-θn的关系的曲线图。图15中的r/R和θi-θn也与图13中的相同。
本实施例3也与上述的实施例1相同，由折射率1.41的材料构成透镜。因此，第一出射面121的全反射区域124的条件与实施例1相同，是θi-θn为45.172°以上。因此图15表示，在本实施例3中比实施例1宽的范围成为透过区域123，比实施例1窄的范围为全反射区域124。另外图15还表示，在本实施例3中第二出射面122将从基点Q放射的放射光的一部分进行全反射、且使其余的透过。
另外在本实施例3中，图2所示的d为0.8mm，θp为6.0°，a为0.103mm。因此，a/(d×tanθp)＝1.22，满足上式(2)。
此外，在本实施例3中，图2所示的d’为0.795mm，R为2.55mm。因此d’/2R＝0.16，满足上式(3)。
图18表示在配置实施例3的发光装置(图12的照明用透镜和发光二极管)且在从发光二极管离开8mm的位置配置被照射面的情况下的、通过计算所求得的被照射面的照度分布。还有，图18与图16一样，表示以光轴中心照度为1而被标准化时的被照射面的照度分布曲线。若比较图18和图19，则可知在照明用透镜的效果下，能够将被照射面宽阔地照明。
此外，图18中的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布宽度δL为0.56。因此，δL/δS＝2.8，满足上式(4)。
(实施方式3)
图20是本发明的实施方式3的面光源8的构造图。该面光源8具有平面配置的在实施方式2中说明的多个发光装置7、和以覆盖这些发光装置7的方式被配置的扩散板4。还有，发光装置7可以如图20所示配置成矩阵状，也可以配置成错列状。
另外，面光源8具有以夹隔发光装置7的方式与扩散板4对向的基板65。在基板65上，如图21所示，装配有各发光装置7的发光二极管2。在本实施方式中，在基板65上配置反射板6，在避开发光二极管2的同时覆盖基板65。还有，在本实施方式中，照明用透镜1的入射面11和其周围的底面13位于同一平面上。
发光装置7对扩散板4的一个面4a进行光照射。即，扩散板4的一个面4a成为实施方式1和实施方式2中说明的被照射面3。扩散板4将照射到一个面4a的光以从另一个面4b扩散的状态放射。从各个发光装置7对扩散板4的一个面4a照射在宽阔范围被均一化的照度的光，该光由扩散板4扩散，由此能够得到面内的亮度不均匀少的面光源。
来自发光装置7的光被扩散板4散射后，或返回到发光装置侧、或透过扩散板4。返回到发光装置侧并入射到反射板6的光，由反射板6反射，再次入射到扩散板4。
图22表示：在将由图10的照明用透镜和发光二极管构成的实施例1的发光装置以20mm间距在一条直线上配置4个，在发光二极管离开8mm的位置配置扩散板的情况下的、通过计算所求得的扩散板入射面(发光装置侧的一个面)的照度分布。照度分布上可见细小的波动，这是由于在进行照度计算上所评价的光线数量不足。同样求得的在使用实施例2的发光装置时的照度分布和在使用实施例3的发光装置时的照度分布分别表示在图23和图24中。
图25表示在仅将发光二极管以20mm间距在一条直线上配置4个且在从发光二极管离开8mm的位置配置扩散板的情况下的、通过计算所求得的扩散板入射面上的照度分布。
若比较图22～图24和图25，则可知在照明用透镜的效果下，能够对扩散板入射面进行均匀地照明。
(实施方式4)
图26是本发明的实施方式4的液晶显示装置的构造图。该液晶显示装置具有液晶面板5、和在液晶面板5的背面侧所配置的实施方式3中说明的面光源8。
将由发光二极管2和照明用的透镜1构成的发光装置7平面地配置多个，通过这些发光装置7使扩散板4被照明。扩散板4的背面(一个面)被照射有照度均匀化后的光，该光被扩散板4扩散而使液晶面板5照明。
还有，优选在液晶面板5和面光源8之间配置扩散片、棱镜片等光学片。这时，透过扩散板4的光被光学板进一步扩散而照明液晶面板5。

Claims (12)

1.一种照明用透镜，将自光源的光进行扩张并照射到被照射面，其中，
该照明用透镜具有：来自光源的光入射的入射面、和使入射的光出射的且相对于光轴为旋转对称的出射面，
所述出射面具有：朝向所述光轴上的点凹陷的第一出射面、和从该第一出射面的周缘部向外侧扩展且形成凸面的第二出射面，
所述第一出射面包括如下区域：在以所述光轴上的所述光源的位置为基点时，使从所述基点放射并到达该第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度低于规定角度的放射光透过的透过区域；使从所述基点放射并达到该第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度在所述规定角度以上的放射光全反射的全反射区域，
所述第二出射面具有：使从所述基点放射并到达该第二出射面的放射光大体总量透过的形状。
2.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，在将所述第一出射面和所述第二出射面的边界与所述基点连接的直线同所述光轴所形成的夹角设为θb时，满足下式：
20°＜θb＜40°。
3.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，将所述第一出射面与所述光轴相交的点设为点C，所述透过区域和所述全反射区域的边界上的点设为点P，进一步将所述点C与所述基点之间的距离设为d，将所述点P和所述基点连接的直线同所述光轴所形成的夹角设为θp，将所述点C与所述点P连接的直线的长度设为a时，满足下式：
1.10＜a/(d×tanθp)＜1.30。
4.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，所述第二出射面使从所述基点所放射的放射光在整个面范围透过。
5.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，所述第二出射面对从所述基点放射的放射光的一部分进行全反射，且使其余的透过。
6.根据权利要求1所述的照明用透镜，其中，将所述光轴上的所述照明用透镜的厚度设为d’，所述照明用透镜的最外径设为R时，满足下式：
d’/2R＜0.25
并且，在经由所述照明用透镜对所述被照射面进行照明的情况下的、以光轴中心照度为1而被标准化时的在所述被照射面上的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布幅宽设为δL，在仅由所述光源对所述被照射面进行照明的情况下的、以光轴中心照度为1而被标准化时的在所述被照射面上的照度分布曲线中的照度0.2以上的分布幅宽设为δS，满足下式：
2.0＜δL/δS＜4.0。
7.一种照明用透镜，将自光源的光扩张并照射到被照射面，其中，
该照明用透镜具有：来自光源的光入射的入射面、和使入射的光出射的且相对于光轴为旋转对称的出射面，
所述出射面具有：朝向所述光轴上的点凹陷的第一出射面、和从该第一出射面的周缘部向外侧扩展且形成凸面的第二出射面，
所述第一出射面包括如下区域：在以所述光轴上的所述光源的位置为基点时，使从所述基点放射并到达该第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度低于规定角度的放射光透过的透过区域；使从所述基点放射并达到该第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度在所述规定角度以上的放射光正反射的由反射层覆盖的正反射区域，
所述第二出射面具有：使从所述基点放射并到达该第二出射面的放射光大体总量透过的形状。
8.根据权利要求7所述的照明用透镜，其中，所述正反射区域具有：在没有所述反射层时可使从所述基点放射并到达所述第一出射面的放射光之中的、与所述光轴的角度在所述规定角度以上的放射光全反射的形状。
9.一种发光装置，具有使光放射的发光二极管、和将自所述发光二极管的光进行扩张并照射到被照射面的照明用透镜，其中，
所述照明用透镜是权利要求1所述的照明用透镜。
10.一种面光源，具有平面配置的多个发光装置和扩散板，该扩散板以覆盖所述多个发光装置的方式配置，使从所述多个发光装置照射到其一个面上的光在从其另一个面扩散的状态下放射，其中，
所述多个发光装置分别为权利要求9所述的发光装置。
11.根据权利要求10所述的面光源，其中，还具有基板和反射板，所述基板按照夹着所述多个发光装置的方式与所述扩散板对置，并且装配有所述多个发光装置各自的所述发光二极管；所述反射板按照避开所述发光二极管且覆盖所述基板的方式配置在所述基板上。
12.一种液晶显示装置，其中，具有液晶面板和在所述液晶面板的背面侧所配置的权利要求10所述的面光源。
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