JP2010145964A - 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
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Abstract
【解決手段】照明用レンズ1は、入射面11および出射面12を有している。出射面12は、光軸A上の頂点に向かって凸となる第1出射面121、第1出射面121の周縁部から外側に広がる第2出射面122とを有している。第1出射面121は、光軸A上の光源位置である基点Pから放射されて第1出射面121に到達する放射光のうち光軸Aからの角度が所定角度以上の放射光を、第1回目の到達点で全反射した後に、第2回目の到達点で屈折させて被照射面3に到達させる、形状を有している。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している。
【選択図】図1
Description
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。被照射面3の照度分布は、照明用レンズ1の設計上の中心線である光軸A上が最大で周囲に行くほど略単調に減少する。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。
θp−θi>sin-1(1/nd)・・・(1)
を満足する。式(1)の左辺「θp−θi」は、基点Pから出射面12に入射する放射光の入射角であり、これが式(1)の右辺の値以下になると、第1出射面121で全反射しなくなる。
θ1max<90−sin-1(1/nd)・・・(2)
を満足する。なお、θ1maxは上述したθbと等しくなる。式(2)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、基点Pから放射された放射光が第1出射面121に到達したときに第1出射面121が光軸と平行であると仮定した時の全反射できる範囲を与えている。θ1maxが式(2)の右辺の角度を以上になると第1出射面121の範囲が大きくなり、特に第1出射面121の周縁部近傍で全反射条件を満たさなくなる。
図2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とを備えている。
図6は、本発明の実施の形態2の実施例1に係る発光装置の構成図である。本実施例1は、0.5mm角の発光ダイオードを光源とし、指向性を広げることを目的とした設計例である。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との角度と同じものである。また、図6中のSAGY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。
θ1max<90−sin-1(1/nd)=90−sin-1(1/1.41)
=44.828
となる。式(1)によれば第1出射面121は光源からの極座標で44.825度以下であることを規定しているが、実施例1のθ1max度は21度で式(1)を満足している。
θp−θi>sin-1(1/nd)=sin-1(1/1.41)=45.17
となる。実施例1ではθfが6度に設定されている。図8に実施例1のθiとθp−θiの関係をグラフで示す。図8に示すように実施例1ではθiが6度から21度の範囲でθp−θiが45.17を上回り、式(2)を満足している。
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。
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。
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
14 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 拡散反射板
7 発光装置
8 面光源
A 光軸
B 光線
N 法線
P 基点
Q 交点
Claims (9)
- 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、前記光軸上の頂点に向かって凸となる第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のうち前記光軸からの角度が所定角度以上の放射光を、放射光が最初に到達する第1回目の到達点で全反射した後に、全反射された放射光が到達する第2回目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。 - 前記基点から放射される放射光の光線と前記光軸とのなす角度をθi度、前記光線と前記出射面との交点における前記出射面の法線と前記光軸とのなす角度をθp度、レンズの屈折率をndとしたときに、
前記交点が前記第1出射面上にありかつ前記θi度が前記所定角度以上のときは、以下の式
θp−θi>sin-1(1/nd)
を満足する、請求項1に記載の照明用レンズ。 - 前記所定角度は、略0度である、請求項1または2に記載の照明用レンズ。
- 前記所定角度は、3〜7度であり、
前記第1出射面は、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のうち前記光軸からの角度が前記所定角度未満の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、請求項1または2に記載の照明用レンズ。 - 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、レンズの屈折率をndとしたときに、以下の式
θ1max<90−sin-1(1/nd)
を満足する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の照明用レンズ。 - 前記θ1max度は、15〜25度である、請求項5に記載の照明用レンズ。
- 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、を備える発光装置であって、
前記照明用レンズは、請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明用レンズである、発光装置。 - 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7に記載の発光装置である、面光源。 - 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8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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