JP2010140769A - 照明用レンズ、発光装置、面光源および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の指向性を広くし且つ良好な配光分布を実現できる照明用レンズを提供する。
【解決手段】照明用レンズ１は、光源からの光が入射する入射面１１と、入射した光を出射させる、光軸Ａに対して軸対称な出射面１２と、を備えている。出射面１２は、光軸近傍に位置する第１出射面１２１と、この第１出射面１２１の周縁部から外側に広がりながら凸面を形成する第２出射面１２２と、を有する。第１出射面１２１は、光軸Ａ上の光源の位置を基点Ｐとしたときに、基点Ｐから放射されて第１出射面１２１に到達する放射光を全反射し、且つ、反射光が再帰的に基点Ｐの方向に戻るような光線経路を実現する形状を有する。第２出射面１２２は、基点Ｐから放射されて第２出射面１２２に到達する放射光をその到達点で屈折させて被照射面３に到達させる形状を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば発光ダイオード等の光源の指向性を広くする照明用レンズ、およびこの照明用レンズを用いた照明装置に関する。さらに、本発明は、複数の照明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。

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。また、特許文献２には、発光ダイオードとレンズとを備えた発光装置が開示されており、この発光装置では前記レンズに全内部反射部分を設けて、レンズの全内部反射部分で内部反射した光をレンズの他の部分から放射させる技術が開示されている。この技術によって、光を広角度に放射して、中心軸から外れた範囲内にピーク発光を発生させることができる。
特許第３８７５２４７号 特開２００７−１４８３３２号公報

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被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拡張して指向性を広く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指向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。

発光ダイオードでは、発光ダイオードのチップの正面方向に最も多くの光が発光しており、特許文献１に開示されたレンズでは、図１５（ａ）に示すように、光軸近傍の凹面でチップからの正面方向に向かう光を屈折により発散させている。これにより、図１５（ｂ）に示すように、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。

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。図１５（ａ）では、発光領域の中心部より発光した光の経路を実線で示し、発光領域の周辺部より発光した光の経路を波線で示している。

照度分布をより広がりのあるものにするには、光軸近傍の凹面の曲率半径を小さくすることが考えられる。このようにすれば、発光領域中心部からの光の凹面への入射角が大きくなり、この光を図１６（ａ）中に実線で示すように周囲へ大きく屈折させることができる。しかしながら、発光領域周辺部からの光は図１６（ａ）中に波線で示すように凹面への入射角が局所的に大きくなりすぎて全反射を起こすようになる。このため、図１６（ｂ）に示すように、被照射面上の照度は局所的に低下し、リング状に暗所が形成される。その結果、面光源としたときに輝度ムラが生じるようになる。このように特許文献１に記載のレンズでは、発光領域周辺部の光の全反射の影響で光源の指向性を広くするには限界がある。

また、特許文献２に記載されている発光装置では、意図的に全反射を利用して、発光ダイオードのチップの正面方向に行く強い光を周辺部に配光して、均一な配光分布を実現している。特許文献２には、このような全反射を実現できるレンズの形状が開示されている。しかしながら、発光装置としての特性は、全反射した光線も含めたトータルの配光分布が重要となるため、全反射した光線が配光分布に悪影響を及ぼさないようにレンズ形状を決定することが重要である。特許文献２には、全反射を起こさせるレンズ形状が開示されているものの、トータルの配光分布を考慮したレンズ形状とはなっていないので、良好な配光分布を確実に得ることは困難である。なお、ここでいう悪影響とは、例えば、全反射が生じた部分において被照射面上の照度が局所的に低下して、リング状に暗所が形成される場合があることや、全反射した光線がレンズの他の部分を通じて放射されることによって局所的に被照射面の照度が上昇してしまい、配光分布の均一性を乱すことも考えられる。

本発明は、光源の指向性を広くし且つ良好な配光分布を実現できる照明用レンズを提供するとともに、この照明用レンズを含む発光装置、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。

前記目的を達成するために、本発明の発明者は、発光ダイオードのチップの正面方向に行く強い光を意図的に全反射を使って抑制すると共に、全反射による悪影響が配光分布に及ばないように、全反射した光線が到達する位置等も考慮してレンズ形状を設計することが重要であることに気づいた。本発明はこのような観点からなされたものである。

そこで、本発明の照明用レンズは、光源からの光を拡張して被照射面に照射する照明用レンズであって、光源からの光が入射する入射面と、入射した光を出射させる、光軸に対して軸対称な出射面と、を備え、前記出射面は、光軸近傍に位置する第１出射面と、この第１出射面の周縁部から外側に広がりながら凸面を形成する第２出射面と、を有し、前記第１出射面は、前記光軸上の前記光源の位置を基点としたときに、前記基点から放射されて当該第１出射面に到達する放射光を全反射し、且つ、反射光が再帰的に前記基点の方向に戻るような光線経路を実現する形状を有しており、前記第２出射面は、前記基点から放射されて当該第２出射面に到達する放射光をその到達点で屈折させて前記被照射面に到達させる形状を有している。

また、本発明は、光を放射する発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの光を拡張して被照射面に照射する照明用レンズと、前記照明用レンズに対して前記被照射面と反対側に配置される反射板と、を備える発光装置であって、前記照明用レンズは、上記の本発明の照明用レンズであって、前記反射板は、前記照明用レンズの第１出射面で再帰的に反射して前記基点の方向に戻った反射光を前記被照射面側に反射させるように設けられている、発光装置を提供する。

さらに、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、上記の本発明の発光装置である、面光源を提供する。

また、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本発明の面光源と、を備える液晶ディスプレイ装置を提供する。

本発明の照明用レンズによれば、基点から放射されて第１出射面に到達する放射光を、全反射によって再帰的に基点の方向に戻すことができる。これにより、発光ダイオードのチップの正面方向に行く強い光を抑えて、配光分布の均一性を実現できる。さらに、本発明の照明用レンズは、第１出射面に到達する放射光を全反射し、且つ、全反射した光線が基点の方向に戻るように設計されている。このように、全反射させる領域を規定し、さらに全反射された光線が戻る方向も規定しているので、本発明の照明用レンズによれば、全反射により被照射面上の照度が局所的に低下したり上昇したりすることがなく、良好な配光分布を実現できる。また、本発明の照明用レンズは、第２出射面に到達した放射光をその到達点で屈折させて被照射面に到達させるので、光源の指向性も広くできる。さらに、本発明の照明用レンズは、発光領域中心部からの放射光も発光領域周辺部からの放射光も、第１出射面に到達するものは再帰的に基点の方向に戻り、第２出射面に到達するものは屈折させて被照射面に到達させるように構成されているので、ある程度の発光領域を有する光源を用いることに起因する、局所的に暗所が形成される等の不具合が生じない。

また、本発明の照明用レンズを用いている本発明の発光装置は、照明用レンズに対して被照射面と反対側に配置される反射板を備えている。本発明の照明用レンズにおいて、第１出射面で全反射して再帰的に基点の方向に戻る反射光（以下、再帰反射光ということがある。）は、この反射板によってさらに反射されて照明用レンズの出射面に到達する。第１出射面に到達した場合は再度全反射によって基点の方向に再帰的に反射されるが、第２出射面に到達した場合はその到達点で屈折して被照射面に到達することになる。したがって、本発明の発光装置によれば、最終的に発光ダイオードのチップの正面方向に行く強い光を周囲に配光することができるので光源の指向性がより広くなり、さらに良好な配光分布を実現できる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る照明用レンズついて、図面を参照しつつ説明する。図１は、実施の形態１に係る照明用レンズ１の構成図である。照明用レンズ１は、指向性を有する光源（図１では省略）と被照射面３との間に配置され、光源からの光を拡張して被照射面３に照射するものである。すなわち、照明用レンズ１によって光源の指向性が広くされる。なお、光源と照明用レンズ１とは、互いの光軸が合致するように配置される。

具体的に、照明用レンズ１は、光源からの光が入射する入射面１１と、入射した光を出射させる出射面１２とを有している。出射面１２は光軸Ａに対して軸対称である。照明用レンズ１の平面視における輪郭は、光軸Ａに対して軸対称である必要はない。入射面１１は光軸Ａに対して軸対称である必要はない。光源からの光は、入射面１１から照明用レンズ１内に入射した後に出射面１２から出射されて、被照射面３に到達する。光源から放射される光は、出射面１２の作用で拡張され、被照射面３の広い範囲に到達するようになる。

光源としては、例えば発光ダイオードを採用することができる。発光ダイオードは矩形板状のチップであることが多い。なお、図１に示す照明用レンズ１では、入射面１１は平面となっているが、照明用レンズ１の入射面１１を発光ダイオードに密着可能なように発光ダイオードの形状に合わせた形状とすることが好ましい。発光ダイオードは、照明用レンズ１の入射面１１と接合剤を介して接していて、入射面１１と光学的に接合されている。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。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。

照明用レンズ１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１．４９以上、例えば１．４９〜１．６の範囲程度である。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。

出射面１２は、光軸Ａの近傍に位置する第１出射面１２１と、この第１出射面１２１の周縁部から外側に広がりながら凸面を形成する第２出射面１２２とからなる。入射面１１から照明用レンズ１の内部に入射する光は大きな角度範囲を持っている。光軸Ａからの角度が小さい光は第１出射面１２１に到達し、光軸Ａからの角度が大きい光は第２出射面１２２に到達する。

次に、第１出射面１２１および第２出射面１２２の形状について説明する。そのために、まず基点Ｐを規定し、この基点Ｐから放射される放射光を観念する。ここで、基点Ｐとは、光軸Ａ上の光源の位置のことであり、光源として発光ダイオードを採用した場合は光軸Ａと発光ダイオードの正面である出射面との交点となる。すなわち、基点Ｐは、入射面１１から上述した接合剤の厚み分だけ離れている。そして、基点Ｐから放射される放射光は、第１出射面１２１と第２出射面１２２の境界と基点Ｐとを結んだ線と光軸Ａとのなす角度θｂを境に第１出射面１２１と第２出射面１２２のそれぞれに到達する。

第１出射面１２１は、基点Ｐから放射されて第１出射面１２１に到達する放射光を全反射し、且つ、反射光が再帰的に基点Ｐの方向に戻るような光線経路を実現する形状を有している。詳しくは、基点Ｐから小さな角度（θｂよりも小さい角度）で放射される放射光を第１出射面１２１で最初に到達する第１回目の到達点１３１（図４参照）で全反射させ、全反射された光が到達する第２回目の到達点１３２（図４参照）でも全反射させて、反射光が基点Ｐの方向に戻るような、形状を有する。このように第１出射面１２１に到達した、光軸Ａからの角度が所定角度θｂよりも小さい基点Ｐからの放射光は、２回の全反射によって再帰的に基点Ｐの方向に戻ることになる。ただし、第１出射面１２１に到達する光のうち、後述する頂角の頂点に到達する光は、拡散して一部透過する場合がある。

上記のような光線経路を実現する第１出射面１２１は、光軸Ａを通り且つ光軸Ａに平行な面で切断した第１出射面１２１の断面形状が、複数の直線で構成された少なくとも１つの頂角を有する形状であって、且つ、前記頂角が８０度〜９０度で、前記頂角の二等分線が基点Ｐを通過する形状であり、第１出射面１２１は、この断面形状を光軸Ａの周りに回転させることによって形成される曲面とすることができる。なお、図１に示す本実施の形態の照明用レンズ１では、第１出射面１２１の断面形状は複数の直線で構成された３つの頂角を有する形状であるが、これに限定されず、頂角が１つであってもよいし、３つを超えていてもよい。

図２は、本実施の形態に係る照明用レンズ１の斜視図である。上記の条件を満たすように形成された第１出射面１２１の形状を別の表現を用いて説明すると、図２に示すように、光軸Ａ上に円錐が配置され、その外周部に光軸Ａに対して軸対称な突起が配置された形状となっている。

また、第１出射面１２１は、第１出射面１２１上の点と基点Ｐとを結んだ線と光軸Ａとのなす角度をθ１度、このθ１度の最大値をθ１max度としたときに、このθ１max度が５〜２０度を満足するような範囲となるように設計される。なお、θ１maxは上述したθｂと等しくなる。θ１max度は、第１出射面１２１の範囲を規定した式であり、第１出射面１２１の範囲を基点Ｐからの角度(極座標)で定義している。θ１max度が上限角度（２０度）を超えると第１出射面１２１の範囲が大きくなり、到達した光線を再帰的に反射させるように第１出射面１２１の構造を設計することが困難となる。また、θ１max度が下限角度（５度）未満の場合は、第１出射面１２１における再帰反射の効果が低下して、被照射面３における光軸Ａの近傍部分が明るくなりすぎる場合がある。

一方、第２出射面１２２は、基点Ｐから放射されて第２出射面１２２に到達する放射光をその到達点１３３（図５参照）で屈折させて被照射面３に到達させる形状を有している。放射光を第２出射面１２２で全反射させないためには、放射光が第２出射面１２２に入射する入射角を大きくさせないことが必要である。そのため、第２出射面１２２の形状は、光軸Ａより遠くなるに従って凸面になるように設計される。

以上説明したように、第１出射面１２１は、図４中に実線で示すように光源からの放射光を全反射させて再帰的に基点方向に戻すような形状となっている。このため、光源からの放射光を基点の方向に戻して、光源から正面方向に行く強い光を抑えることにより、配光分布の均一性を実現できる。また、全反射させる領域が第１出射面１２１に限定され、さらに全反射された光線が戻る方向も規定されているので、本実施の形態の照明用レンズ１によれば、全反射により被照射面上の照度が局所的に低下したり上昇したりすることがなく、良好な配光分布が得られる。なお、本実施の形態の照明用レンズ１を適用する後述の発光装置では、照明用レンズに対して被照射面と反対側に白色反射板を配置するため、基点の方向に戻された再帰反射光はこの白色反射板で反射されて照明用レンズの出射面に到達し、最終的には出射面を通過して被照射面に到達することができる。一方、凸面を形成する第２出射面１２２によれば、第２出射面１２２に到達する光を被照射面３におけるレンズの光軸Ａから離れた領域に照射することができる。したがって、本実施の形態の照明用レンズ１によれば、光源から正面方向に行く強い光を有効に配光して、光源の指向性をより広くすることができる。

なお、本発明の照明用レンズは、発光ダイオード以外の光源（例えば、レーザー）にも適用可能である。

また、本発明の照明用レンズにおける第１出射面の形状は、図１および図２に示した形状が好適であるが、これに限定されず、第１出射面に到達した放射光が全反射によって基点の方向に再帰的に反射されるように設計されていれば、他の形状であってもよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る発光装置７の構成図である。この発光装置７は、光を放射する発光ダイオード２と、発光ダイオード２からの光を拡張して被照射面３に照射する、実施の形態１で説明した照明用レンズ１と、照明用レンズ１に対して被照射面３と反対側に配置された白色反射板６と、を備えている。

発光ダイオード２は、照明用レンズ１の入射面１１に接合剤により密着して配置され、光学的に接合されている。照明用レンズ１の出射面１２から出射した光は被照射面３に到達し、被照射面３を照明する。

発光ダイオード２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。このように発光ダイオード２は指向性を持っており、広い範囲を照明するためには照明用レンズ１で指向性を広くすることが必要である。

図４は発光装置の光路図である。図４では光源からの光のうち小さな角度で出射して、第１出射面１２１に到達する光線の光路を説明する。発光ダイオード２から放射された放射光は入射面１１を透過し、第１出射面１２１に到達する。第１出射面１２１上で放射光が到達した位置を第１回目の到達点１３１とする。第１回目の到達点１３１では、放射光が大きな入射角で第１出射面１２１に入射するため、光線は第１出射面１２１を透過することができず、すべて反射する。反射光は再度第１出射面１２１に到達する。反射光が到達した位置を第２回目の到達点１３２とする。第２回目の到達点１３２でも光は大きな入射角で第１出射面１２１に入射するため、光線は全反射し反射する。第２回目の到達点１３２で反射した光は、基点の方向、すなわち発光ダイオード２の領域に到達する。すなわち、発光ダイオード２から放射された放射光のうち第１出射面１２１に到達する光は、第１出射面１２１での再帰反射により、発光ダイオード２の位置またはその近傍の領域に戻る。

図５は発光装置７の光路図である。図５では光源からの光のうち大きな角度で出射して、第２出射面１２２に到達する光線の光路を説明する。発光ダイオード２から出射した光は入射面１１を透過し、第２出射面１２２に到達する。第２出射面１２２では光線は屈折作用を受けて透過し、被照射面３に到達する。

なお、図４には光線経路を示していないが、第１出射面１２１での再帰反射によって発光ダイオード２の位置またはその近傍の領域に戻った再帰反射光は、発光装置７に設けられている白色反射板６で反射されて再び照明用レンズ１の出射面１２に到達する。このとき、到達点が第１出射面１２１の場合は、再び再帰反射により発光ダイオード２の方向に戻されて白色反射板６で反射されるという光線経路を経るが、この光線経路を繰り返すことによって最終的には第２出射面１２２に到達し、被照射面３に到達する。

以下、本発明の具体的な数値例として、実施例１を示す。

（実施例１）
図６は本発明の実施の形態２の実施例１に係わる発光装置の構成図である。実施例１は、０．５ｍｍ角の発光ダイオードを光源とし、照明用レンズの材料の屈折率を１．４９とした時に、指向性を広げることを目的とした設計例である。なお、実施例１では、第１照射面が設けられたことによる光軸近傍部分の照度の変化を確認しやすくするために、便宜上、照明用レンズに対して被照射面と反対側に配置される反射板を設けなかった。図６中のθｉは、光軸Ａ上の光源位置（基点Ｐ）と出射面１２上の任意の位置とを結んだ直線と光軸Ａとの角度であり、実施の形態１で説明した基点Ｐから放射された放射光の光線と光軸Ａとの角度（θ１度）と同じものである。また、図６中のＳＡＧ_Ｄは、光軸Ａ上の光源位置（基点Ｐ）から前記出射面上の任意の位置まで光軸方向に測った距離である。ＳＡＧ_Ｄは、以下の式（１）によって算出される。式（１）は、ＳＡＧ_Ｄをθｉの関数で示したものである。
ＳＡＧ_Ｄ＝８．２８×１０^-8×θｉ⁴−２．４４２×１０^-5×θｉ³＋２．１４１６
×１０^-3×θｉ²−４．８６１９×１０^-2×θｉ＋２ ・・・（１）
θiの単位は度、ＳＡＧ_Ｄの単位はｍｍである。

実施例１では、第１出射面１２１の範囲をθｉが１８．４度までとした。すなわち、本実施例では、θ１max＝１８．４度とした。

図７は、第２出射面１２２におけるθｉとＳＡＧ_Ｄとの関係をグラフ化したものである。すなわち、第２出射面１２２の形状は、このグラフに示す数値を満たす形状である。一方、第１出射面１２１の具体的な形状（設計値）は、図６に示すとおりである。

図８は、実施例１の照明用レンズと発光ダイオードを配置し、発光ダイオードから８ｍｍ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、図９に示した比較例としての発光装置１００を配置し、発光ダイオードから８ｍｍ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。発光装置１００は、図６に示す実施例１の照明用レンズ１から第１出射面の形状を取り除いて第２出射面を光軸まで延長し、出射面全体を滑らかな形状とした照明用レンズ１０１に、実施例１と同様の発光ダイオード１０２を光源として配置したものである。図８と図１０とを比較すると、光を再帰反射させる第１出射面が設けられていることにより、光軸近傍の照度を下げることができ、さらに局所的な照度のムラが生じないことがわかった。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３に係る面光源８の構成図である。この面光源８は、平面的に配置された、実施の形態２で説明した複数の発光装置７と、これらの発光装置７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７は、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。

発光装置７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および実施の形態２で説明した被照射面３となっている。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７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。

図１２は、実施例１の照明用レンズと発光ダイオードからなる発光装置を２０ｍｍピッチで一直線上に４つ配置し、発光ダイオードから８ｍｍ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１３は、図９に示した比較例としての発光装置１００を２０ｍｍピッチで一直線に４つ配置し、発光ダイオードから８ｍｍ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１２と図１３を比較すると、照明用レンズ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４）
図１４は、本発明の実施の形態４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５と、液晶パネル５の裏側に配置された、実施の形態３で説明した面光源８とを備えている。

発光ダイオード２と照明用レンズ１で構成される発光装置７が平面的に複数配置され、これらの発光装置７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５が照明される。

なお、図１４に示すように、液晶パネル５と面光源８との間には拡散シート、プリズムシート等のシート４１が配置されている。発光装置７の構成要素である白色反射板６は、発光装置７が存在しない部分にも配置されていることが好ましい。発光装置７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白色反射板６に入射する光は、白色反射板６で反射されて、拡散板４に再度入射する。拡散板４を透過した光は、シート４１でさらに拡散されて、液晶パネル５を照明する。

本発明の実施の形態１に係る照明用レンズの構成図 本発明の実施の形態１に係る照明用レンズの斜視図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の構成図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の第１出射面で反射する光線の光路図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の第２出射面から出射する光線の光路図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の実施例１を説明する構成図 本発明の実施の形態２に係る発光装置の実施例１の出射面形状を表す、θｉとＳＡＧ_Ｄとの関係を示すグラフ 本発明の実施の形態２に係る発光装置の実施例１の照度分布 実施例１の効果と比較するための発光装置として、実施例１の照明用レンズから第１出射面を取り除き、第２出射面を光軸まで延長して出射面全体を滑らかな形状とした照明用レンズに、発光ダイオードを光源として組み合わせた、比較例としての発光装置の構成図 実施例１の効果を確認するために、実施例１の照明用レンズから第１出射面を取り除き、第２出射面を光軸まで延長して出射面全体を滑らかな形状とした照明用レンズに、発光ダイオードを光源として組み合わせた、比較例としての発光装置を用いた際の照度分布 本発明の実施の形態３に係る面光源の構成図 本発明の実施の形態３に係る面光源で実施例１の発光装置を用いたときの照度分布 実施例１の効果を確認するために、実施例１の照明用レンズから第１出射面を取り除き、第２出射面を光軸まで延長して出射面全体を滑らかな形状とした照明用レンズに、発光ダイオードを光源として組み合わせた、比較例としての発光装置を用いた場合の、面光源の照度分布 本発明の実施の形態４に係る液晶ディスプレイの構成図 （ａ）は従来の照明用レンズの光路図、（ｂ）は従来の照明用レンズを用いたときの照度分布 （ａ）および（ｂ）は従来の照明用レンズの限界を説明する説明図

符号の説明

１ 照明用レンズ
１１ 入射面
１２ 出射面
１２１ 第１出射面
１２２ 第２出射面
１３１ 第１回目の到達点
１３２ 第２回目の到達点
１３３ 到達点
２ 発光ダイオード（光源）
３ 被照射面
４ 拡散板
４１ 拡散シートまたはプリズムシート
５ 液晶パネル
６ 白色反射板
７ 発光装置
８ 面光源
Ａ 光軸

Claims (7)

1. 光源からの光を拡張して被照射面に照射する照明用レンズであって、
   光源からの光が入射する入射面と、入射した光を出射させる、光軸に対して軸対称な出射面と、を備え、
   前記出射面は、光軸近傍に位置する第１出射面と、この第１出射面の周縁部から外側に広がりながら凸面を形成する第２出射面と、を有し、
   前記第１出射面は、前記光軸上の前記光源の位置を基点としたときに、前記基点から放射されて当該第１出射面に到達する放射光を全反射し、且つ、反射光が再帰的に前記基点の方向に戻るような光線経路を実現する形状を有しており、
   前記第２出射面は、前記基点から放射されて当該第２出射面に到達する放射光をその到達点で屈折させて前記被照射面に到達させる形状を有している、
   照明用レンズ。
2. 前記光軸を通り且つ前記光軸に平行な面で切断した前記第１出射面の断面形状が、複数の直線で構成された少なくとも１つの頂角を有する形状であって、且つ、前記頂角が８０度〜９０度で、前記頂角の二等分線が前記基点を通過する形状であり、
   前記第１出射面は、前記断面形状を前記光軸の周りに回転させることによって形成される曲面である、請求項１に記載の照明用レンズ。
3. １．４９以上の屈折率を有する材料によって形成されている、請求項１または２に記載の照明用レンズ。
4. 前記第１出射面上の点と前記基点とを結んだ線と前記光軸とのなす角度をθ１度、このθ１度の最大値をθ１max度としたときに、前記θ１max度は５〜２０度である、請求項１〜３の何れか１項に記載の照明用レンズ。
5. 光を放射する発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの光を拡張して被照射面に照射する照明用レンズと、前記照明用レンズに対して前記被照射面と反対側に配置される反射板と、を備える発光装置であって、
   前記照明用レンズは、請求項１〜４の何れか１項に記載の照明用レンズであって、前記反射板は、前記照明用レンズの第１出射面で再帰的に反射して前記基点の方向に戻った反射光を前記被照射面側に反射させるように設けられている、発光装置。
6. 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５に記載の発光装置である、面光源。
7. 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６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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