JP2010146987A - Lens for illumination, light-emitting device, plane light source, and liquid crystal display - Google Patents

Lens for illumination, light-emitting device, plane light source, and liquid crystal display Download PDF

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智子 飯山
Shunsuke Kimura
俊介 木村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lens for illumination capable of further widening directionality of a light source. <P>SOLUTION: The lens for illumination 1 includes an incident surface 11 and an emission surface 12. The emission surface 12 includes a first emission surface 121 being convex toward a tip of a light axis A, and a second emission surface 122 enlarging from a peripheral edge part of the first emission surface 121 toward outside. The first emission surface 121 takes on a shape, in which an emission light with an angle from the light axis A to be a predetermined angle or more among emission lights reaching the first emission surface 121 emitted from an origin P which is to be a light source position on the light axis A is made to reach an illuminated surface 3 by being refracted at a second-time reaching point after total reflection at a first-time reaching point. The second emission surface 122 takes on a shape, which makes the emission light reach the second emission surface 122 emitted from the origin P to be refracted at its reaching point and reach the illuminated surface 3. On the emission surface 12, a reflection layer 15 reflecting light is formed at a boundary part with the first emission surface 121 and the second emission surface 122. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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。   The present invention relates to an illumination lens that widens the directivity of a light source such as a light emitting diode, and an illumination device using the illumination lens. Furthermore, the present invention relates to a surface light source including a plurality of illumination devices, and a liquid crystal display device in which the surface light source is disposed behind a liquid crystal panel as a backlight.

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。   In the backlight of a conventional large-sized liquid crystal display device, a large number of cold cathode tubes are arranged directly under the liquid crystal panel, and these cold cathode tubes are used together with members such as a diffusion plate and a reflecting plate. In recent years, a light emitting diode has been used as a light source of a backlight. Light-emitting diodes have been improved in efficiency in recent years, and are expected as light sources with low power consumption instead of fluorescent lights. As a light source for the liquid crystal display device, the power consumption of the liquid crystal display device can be reduced by controlling the brightness of the light emitting diodes according to the image.

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。
特許第3875247号
In a backlight using light emitting diodes of a liquid crystal display device as a light source, a large number of light emitting diodes are arranged instead of cold cathode tubes. By using a large number of light emitting diodes, uniform brightness can be obtained on the surface of the backlight. Efforts have been made to increase the output of one light emitting diode and reduce the number of light emitting diodes used. For example, Patent Document 1 proposes a lens that can obtain a uniform surface light source even with a small number of light emitting diodes. Has been.
Japanese Patent No. 3875247

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。   In order to obtain a uniform surface light source with a small number of light emitting diodes, it is necessary to enlarge the illuminated area illuminated by one light emitting diode. That is, it is necessary to expand the light from the light emitting diode to widen the directivity. Therefore, in Patent Document 1, a circular lens is arranged on the light emitting diode in a plan view for controlling the directivity of the chip light emitting diode. The lens has a concave surface in the vicinity of the optical axis on the light exit surface that emits light, and a convex surface that is continuous with the concave surface on the outer side.

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。   In the light emitting diode, the most light is emitted in the front direction of the chip of the light emitting diode, and in the lens disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. The light which goes to the front direction is diverged by refraction. Thereby, as shown in FIG.15 (b), the illumination intensity vicinity of the optical axis in an irradiated surface can be suppressed, and it can be set as a wide illumination intensity distribution.

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。   By the way, the light emission of the light emitting diode is not a point but has a certain light emission region. The light emitted from the periphery of the light emitting region takes a different path from the light emitted from the central portion of the light emitting region. In FIG. 15A, the path of light emitted from the central portion of the light emitting region is indicated by a solid line, and the path of light emitted from the peripheral portion of the light emitting region is indicated by a wavy line.

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。   In order to make the illuminance distribution wider, it is conceivable to reduce the radius of curvature of the concave surface near the optical axis. In this way, the incident angle of the light from the central portion of the light emitting region to the concave surface is increased, and this light can be refracted largely to the surroundings as shown by the solid line in FIG. However, the light from the periphery of the light emitting region causes total reflection because the incident angle to the concave surface is locally increased as shown by the wavy line in FIG. For this reason, as shown in FIG.16 (b), the illumination intensity on a to-be-irradiated surface falls locally, and a dark place is formed in a ring shape. As a result, luminance unevenness occurs when the surface light source is used. As described above, the lens disclosed in Patent Document 1 has a limit in widening the directivity of the light source due to the influence of total reflection of light around the light emitting region.

本発明は、光源の指向性をより広くすることの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。   It is an object of the present invention to provide an illumination lens capable of further widening the directivity of a light source, and to provide a light emitting device, a surface light source, and a liquid crystal display device including the illumination lens.

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、強い光を如何に周囲に配光するかが指向性をより広くするために重要であると考え、意図的に全反射を使って発光ダイオードのチップの正面方向に行く光を周囲に配光することを思い付いた。本発明はこのような観点からなされたものである。   In order to achieve the above object, the inventor of the present invention considers that how to distribute strong light around the light emitting diode chip in the front direction is important for widening the directivity. I intentionally came up with the idea of using total internal reflection to distribute the light going to the front of the LED chip to the surroundings. The present invention has been made from such a viewpoint.

すなわち、本発明は、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、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おり、前記出射面上には、前記第1出射面と前記第2出射面の境界部分に、光を反射する反射層が形成されている、照明用レンズを提供する。   That is, the present invention is an illumination lens for extending light from a light source to irradiate a surface to be irradiated, the incident surface on which light from the light source is incident, and an optical axis for emitting the incident light. An output surface that is axisymmetric, and the output surface is convex toward the apex on the optical axis, and forms a convex surface while spreading outward from the peripheral edge of the first output surface. A second emission surface, and the first emission surface emits radiation from the base point and reaches the first emission surface when the position of the light source on the optical axis is a base point. Of these, the second arrival point at which the total reflected radiation reaches after the total reflection of the emitted light whose angle from the optical axis is a predetermined angle or more at the first arrival point at which the emitted light first arrives. And has a shape that is refracted by and reaches the irradiated surface, and the second exit surface is the base point Radiated from the radiated light reaching the second exit surface and refracting at the arrival point to reach the irradiated surface, and on the exit surface, the first exit surface and the Provided is an illumination lens in which a reflection layer for reflecting light is formed at a boundary portion of a second emission surface.

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、を備える発光装置であって、前記照明用レンズは、上記の照明用レンズである、発光装置を提供する。   Further, the present invention is a light emitting device comprising: a light emitting diode that emits light; and an illumination lens that expands light from the light emitting diode and irradiates a surface to be irradiated. Provided is a light-emitting device that is an illumination lens.

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、上記の発光装置である、面光源を提供する。   Further, the present invention provides a plurality of light emitting devices arranged in a plane and a state in which light emitted from one surface of the plurality of light emitting devices is diffused from the other surface. A surface light source comprising: a diffuser plate that radiates at a plurality of light emitting devices, wherein each of the plurality of light emitting devices provides the surface light source.

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面光源と、を備える液晶ディスプレイ装置を提供する。   Moreover, this invention provides a liquid crystal display device provided with a liquid crystal panel and said surface light source arrange | positioned at the back side of the said liquid crystal panel.

上記の構成によれば、第1出射面は、光源の発光領域中央部からの光をいったん全反射させた後に出射させる凸面になっている。このため、光源の発光領域周辺部からの光も第1出射面で全反射した後に被照射面に到達するようになる。すなわち、第1出射面によれば、第1出射面に到達する光の略全量を被照射面におけるレンズの光軸を中心とするより広い領域に照射することができる。一方、凸面を形成する第2出射面によれば、第2出射面に到達する光を被照射面におけるレンズの光軸から離れた領域に照射することができる。従って、本発明によれば、従来のような制約を伴うことなく、換言す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。   According to said structure, the 1st output surface is a convex surface which makes it light-emitted, after once totally reflecting the light from the light emission area center part of a light source. For this reason, the light from the periphery of the light emitting region of the light source also reaches the irradiated surface after being totally reflected by the first emission surface. That is, according to the first emission surface, it is possible to irradiate a wider area centering on the optical axis of the lens on the irradiated surface with substantially the entire amount of light reaching the first emission surface. On the other hand, according to the 2nd output surface which forms a convex surface, the light which reaches the 2nd output surface can be irradiated to the field far from the optical axis of the lens in an irradiated surface. Therefore, according to the present invention, the directivity of the light source can be broadened by effectively distributing strong light traveling from the light source in the front direction without any conventional restrictions.

ここで、第1出射面と第2出射面の境界部分では、製造上誤差が生じやすく、設計通りの形状が実現されないおそれがある。このような場合にはその境界部分から出射された光が被照射面上の予期せぬ位置に到達し、照度ムラが起きることがある。これに対し、本発明では、第1出射面と第2出射面の境界部分に光を反射する反射層が形成されているので、被照射面における照度ムラを軽減させることができる。   Here, at the boundary portion between the first emission surface and the second emission surface, a manufacturing error is likely to occur, and there is a possibility that the designed shape may not be realized. In such a case, the light emitted from the boundary portion may reach an unexpected position on the irradiated surface, resulting in uneven illuminance. On the other hand, in the present invention, since the reflection layer that reflects light is formed at the boundary between the first emission surface and the second emission surface, unevenness in illuminance on the irradiated surface can be reduced.

(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1Aは、実施の形態1に係る実施例1の照明用レンズ1の構成図であり、図1Bは、実施の形態1に係る実施例2の照明用レンズ1の構成図である。実施例1の照明用レンズ1と実施例2の照明用レンズ2の相違は、後述する第2の反射膜16の有無のみであるため、以下では両者をまとめて説明する。
(Embodiment 1)
The illumination lens according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A is a configuration diagram of the illumination lens 1 of Example 1 according to Embodiment 1, and FIG. 1B is a configuration diagram of the illumination lens 1 of Example 2 according to Embodiment 1. FIG. The difference between the illuminating lens 1 of Example 1 and the illuminating lens 2 of Example 2 is only the presence or absence of a second reflective film 16 described later, and both will be described together below.

照明用レンズ1は、指向性を有する光源(図1Aおよび図1B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。   The illumination lens 1 is arranged between a directional light source (not shown in FIGS. 1A and 1B) and the irradiated surface 3, and extends the light from the light source to irradiate the irradiated surface 3. . That is, the directivity of the light source is widened by the illumination lens 1. The illuminance distribution on the irradiated surface 3 decreases substantially monotonically as the distance on the optical axis A, which is the design center line of the illumination lens 1, reaches the maximum. The light source and the illumination lens 1 are arranged so that their optical axes coincide with each other.

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。   Specifically, the illumination lens 1 has an incident surface 11 on which light from a light source is incident and an output surface 12 that emits incident light. The exit surface 12 is axisymmetric with respect to the optical axis A. The outline of the illumination lens 1 in plan view need not be axially symmetric with respect to the optical axis A. The incident surface 11 does not need to be axially symmetric with respect to the optical axis A. The light from the light source is incident on the illumination lens 1 from the incident surface 11, is then emitted from the exit surface 12, and reaches the illuminated surface 3. The light emitted from the light source is expanded by the action of the emission surface 12 and reaches a wide range of the irradiated surface 3.

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く、照明用レンズ1の入射面11も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が、照明用レンズ1が封止樹脂の役割を果たすため、別途封止樹脂を配置する必要はない。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。   As the light source, for example, a light emitting diode can be employed. The light-emitting diode is often a rectangular plate-shaped chip, and it is preferable that the incident surface 11 of the illumination lens 1 has a shape that matches the shape of the light-emitting diode so as to be in close contact with the light-emitting diode. The light emitting diode is in contact with the incident surface 11 of the illumination lens 1 via a bonding agent, and is optically bonded to the incident surface 11. The light emitting diode is usually covered with a sealing resin so as not to come into contact with air. However, since the illumination lens 1 plays the role of a sealing resin, it is not necessary to separately arrange the sealing resin. As a sealing resin for a conventional light emitting diode, epoxy resin, silicon rubber, or the like is used.

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1.4から1.5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。   The illumination lens 1 is made of a transparent material having a predetermined refractive index. The refractive index of the transparent material is, for example, about 1.4 to 1.5. As such a transparent material, an epoxy resin, a silicon resin, an acrylic resin, a resin such as polycarbonate, or a rubber such as silicon rubber can be used. Among them, it is preferable to use an epoxy resin or silicon rubber used as a sealing resin for the light emitting diode.

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。   The exit surface 12 includes a first exit surface 121 that is convex toward the apex on the optical axis A, and a second exit surface 122 that forms a convex surface while spreading outward from the peripheral edge of the first exit surface 121. . The light that enters the illumination lens 1 from the incident surface 11 has a large angular range. Light having a small angle from the optical axis A reaches the first emission surface 121, and light having a large angle from the optical axis A reaches the second emission surface 122.

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。   Next, the shapes of the first emission surface 121 and the second emission surface 122 will be described. For this purpose, first, the base point P is defined, and the radiation emitted from the base point P is considered. Here, the base point P is the position of the light source on the optical axis A. When a light emitting diode is adopted as the light source, it is the intersection of the optical axis A and the emission surface that is the front of the light emitting diode. That is, the base point P is separated from the incident surface 11 by the thickness of the bonding agent described above. And the radiated light radiated | emitted from the base point P is the 1st output surface 121 bordering on angle (theta) b which the line which connected the boundary of the 1st output surface 121 and the 2nd output surface 122, and the base point P, and the optical axis A makes | forms. And the second exit surface 122.

第1出射面121は、基点Pから放射されて第1出射面121に到達する放射光のうち光軸Aからの角度が所定角度θf(図5Aおよび図5B参照)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131(図3Aおよび図3B参照)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132(図3Aおよび図3B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。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θf以上の基点Pからの放射光は、1回の全反射と1回の屈折作用を受けて、大きく進路を変更し、被照射面3に照射されるようになる。ここで、第1回目の到達点131と第2回目の到達点132は、光軸Aを挟んで反対側に位置することが好ましい。すなわち、第1回目の到達点131から第2回目の到達点132に至る光線は光軸と交差することが好ましい。   The first emission surface 121 emits radiated light whose angle from the optical axis A is equal to or larger than a predetermined angle θf (see FIGS. 5A and 5B) among the radiated light radiated from the base point P and reaches the first emission surface 121. After total reflection at the first arrival point 131 (see FIGS. 3A and 3B) where light first arrives, the second arrival point 132 (see FIGS. 3A and 3B) where the totally reflected radiation reaches. ) And refracted to reach the irradiated surface 3. Thus, the radiated light from the base point P, which has reached the first emission surface 121 and has an angle from the optical axis A of the predetermined angle θf or more, is subjected to one total reflection and one refraction action, and has a great course. Then, the irradiated surface 3 is irradiated with the change. Here, the first arrival point 131 and the second arrival point 132 are preferably located on opposite sides of the optical axis A. That is, it is preferable that the light beam from the first arrival point 131 to the second arrival point 132 intersects the optical axis.

第1出射面121が基点Pからの放射光を全反射させる始角である所定角度θfは、第1出射面121に到達する基点Pからの放射光の殆どがいったん全反射されるように、略0度となっていてもよい。ここで、略0度とは、1度未満の角度をいう。これを実現するには、第1出射面121の頂点を鋭く尖らせればよい。このようにすれば、被照射面3における光軸Aの近傍部分に到達する光量を抑えて、光源からの光をより周囲に配光することができる。   The predetermined angle θf, which is the starting angle at which the first emission surface 121 totally reflects the radiation light from the base point P, is such that most of the radiation light from the base point P reaching the first emission surface 121 is totally reflected once. It may be substantially 0 degrees. Here, “substantially 0 degree” means an angle of less than 1 degree. In order to realize this, the apex of the first emission surface 121 may be sharpened. In this way, the amount of light reaching the portion near the optical axis A on the irradiated surface 3 can be suppressed, and the light from the light source can be distributed more to the surroundings.

ただし、複数の発光ダイオードを用いて面光源を構成する場合は、所定角度θfを3〜7度とすることが好ましい。θfが3度未満だと被照射面3における光軸Aの近傍部分が暗くなりすぎ、θfが7度を超えると被照射面3における光軸Aの近傍部分が明るくなりすぎ、いずれの場合も面光源としたときに均一な照度分布を実現し難くなるからである。   However, when the surface light source is configured by using a plurality of light emitting diodes, the predetermined angle θf is preferably set to 3 to 7 degrees. If θf is less than 3 degrees, the portion near the optical axis A on the irradiated surface 3 becomes too dark, and if θf exceeds 7 degrees, the portion near the optical axis A on the irradiated surface 3 becomes too bright. This is because it is difficult to achieve a uniform illuminance distribution when a surface light source is used.

さらに、所定角度θfが3〜7度である場合、第1出射面121は、基点Pから放射されて第1出射面121に到達する放射光のうち光軸Aからの角度が所定角度θf未満の放射光をその到達点133(図5A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ことが好ましい。これを実現するには、第1出射面121の頂点近傍部分の曲率半径を大きくすればよい。このようにすれば、被照射面3における光軸Aの近傍部分を照明することができ、面光源としたときに面内での輝度ムラを少なくすることができる。ただし、実施例2では、後述する第2の反射膜16により、図5Bに示すように上記のような第1出射面121の頂点近傍部分からの光の出射を意図的に防止している。このようにすれば、第2の反射膜16で反射された光は例えば照明用レンズ1の入射面11側に配置される反射板等で反射されて最終的に被照射面3に到達するようになり、最も強い光軸近傍の光を周囲に振り分けることができる。   Further, when the predetermined angle θf is 3 to 7 degrees, the angle from the optical axis A among the radiated light radiated from the base point P and reaching the first output surface 121 is less than the predetermined angle θf. It is preferable that the radiated light is refracted at the arrival point 133 (see FIG. 5A) to reach the irradiated surface 3. In order to realize this, the radius of curvature of the vicinity of the apex of the first emission surface 121 may be increased. In this way, it is possible to illuminate the vicinity of the optical axis A on the irradiated surface 3, and to reduce uneven brightness in the surface when a surface light source is used. However, in Example 2, the second reflective film 16 described later intentionally prevents light from being emitted from the vicinity of the apex of the first emission surface 121 as shown in FIG. 5B. In this way, the light reflected by the second reflecting film 16 is reflected by, for example, a reflecting plate disposed on the incident surface 11 side of the illumination lens 1 and finally reaches the irradiated surface 3. Thus, the light in the vicinity of the strongest optical axis can be distributed to the surroundings.

なお、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(これは第1出射面121の終角でもあり第2出射面122の始角でもある)は、15〜25度の範囲内にあることが好ましい。θb度が15度未満の場合は、第1出射面121による効果が小さくなり、大きな拡散効果が得られない。θbが25度を超える場合は、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。   Note that an angle θb formed by a line connecting the boundary between the first emission surface 121 and the second emission surface 122 and the base point P and the optical axis A (this is also the final angle of the first emission surface 121 and is the second emission surface 122. Is also in the range of 15 to 25 degrees. When θb degree is less than 15 degrees, the effect of the first emission surface 121 becomes small, and a large diffusion effect cannot be obtained. When θb exceeds 25 degrees, the vicinity of the optical axis A on the irradiated surface 3 becomes too bright.

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14(図4Aおよび図4B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。第2出射面122の外側に行くほど基点Pからの放射光と光軸Aとの角度は大きくなるが、放射光が第2出射面122に到達した到達点14での法線に対する放射線の光線の角度は第2出射面122に対する入射角であり、入射角が大きくなりすぎると全反射してしまう。全反射させないためには入射角を大きくさせないことが必要で、第2出射面122の形状は、光軸Aより遠くなるに従って、法線の光軸Aとの角度が大きくなるような形状、すなわち凸面になる。   On the other hand, the second emission surface 122 has a shape in which the radiated light radiated from the base point P and reaches the second emission surface 122 is refracted at the arrival point 14 (see FIGS. 4A and 4B) to reach the irradiated surface 3. have. The angle between the emitted light from the base point P and the optical axis A increases toward the outside of the second exit surface 122, but the ray of radiation with respect to the normal at the arrival point 14 where the emitted light has reached the second exit surface 122 Is an incident angle with respect to the second exit surface 122, and if the incident angle becomes too large, total reflection occurs. In order to prevent total reflection, it is necessary not to increase the incident angle, and the shape of the second exit surface 122 is such that the angle with the normal optical axis A increases as the distance from the optical axis A increases. Become convex.

さらに、本実施の形態1では、出射面12上には、第1出射面121と第2出射面122の境界部分に、光を反射する反射膜15が形成されている。この反射膜15は、第1出射面121と第2出射面122の境界線に沿うリング状をなしている。ここで、境界部分とは、θb±10度の範囲をいう。特に、境界部分のうちでも、θbから光軸A側に5度、その反対側に8度の領域に反射膜15が形成されていることが好ましい。   Furthermore, in the first embodiment, the reflection film 15 that reflects light is formed on the emission surface 12 at the boundary between the first emission surface 121 and the second emission surface 122. The reflection film 15 has a ring shape along the boundary line between the first emission surface 121 and the second emission surface 122. Here, the boundary portion means a range of θb ± 10 degrees. In particular, it is preferable that the reflective film 15 is formed in a region of 5 degrees on the optical axis A side from θb and 8 degrees on the opposite side from the boundary portion.

反射膜15は、反射層の一例であり、反射性の材料を塗布して硬化させることにより形成することができる。反射膜15の反射率は80%以上であることが好ましい。また、反射層の他の例としては、反射シートを貼着したりすることにより反射層を形成することもできる。   The reflective film 15 is an example of a reflective layer, and can be formed by applying and curing a reflective material. The reflectance of the reflective film 15 is preferably 80% or more. As another example of the reflective layer, the reflective layer can be formed by attaching a reflective sheet.

さらに、実施例2では、第1出射面121上に、基点Pから放射されて第1出射面121に到達する放射光のうち光軸Aからの角度が所定角度θf未満の放射光が到達する領域に、光を反射する第2の反射膜16が形成されている。この第2の反射膜16は、第2の反射層の一例であり、反射膜15と同様に、反射性の材料を塗布して硬化させることにより形成することができる。また、第2の反射層も、反射シートを貼着したりすることにより形成してもよい。第2の反射膜16の反射率も80%以上であることが好ましい。   Furthermore, in Example 2, the radiated light having an angle from the optical axis A of the radiated light radiated from the base point P and reaching the first output surface 121 reaches the first output surface 121 less than the predetermined angle θf. A second reflective film 16 that reflects light is formed in the region. The second reflective film 16 is an example of a second reflective layer, and can be formed by applying and curing a reflective material, like the reflective film 15. Moreover, you may form a 2nd reflective layer by sticking a reflective sheet. The reflectance of the second reflective film 16 is also preferably 80% or more.

以上説明したように、第1出射面121は、図3Aおよび図3B中に実線で示すように光源の発光領域中央部からの光をいったん全反射させた後に出射させる凸面になっている。このため、図3Aおよび図3B中に波線で示すように光源の発光領域周辺部からの光も第1出射面121で全反射した後に被照射面3に到達するようになる。すなわち、第1出射面121によれば、第1出射面121に到達する光の略全量を被照射面3におけるレンズの光軸Aを中心とするより広い領域に照射することができる。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から離れた領域に照射することができる。従って、本実施の形態1の照明用レンズ1によれば、従来のような制約を伴うことなく、換言す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。   As described above, the first emission surface 121 is a convex surface that emits light after being totally reflected once from the light emitting region central portion of the light source, as indicated by a solid line in FIGS. 3A and 3B. For this reason, as indicated by the wavy line in FIGS. 3A and 3B, the light from the periphery of the light emitting region of the light source also reaches the irradiated surface 3 after being totally reflected by the first emission surface 121. In other words, according to the first emission surface 121, substantially the entire amount of light reaching the first emission surface 121 can be applied to a wider area centered on the optical axis A of the lens on the irradiated surface 3. On the other hand, according to the 2nd output surface 122 which forms a convex surface, the light which arrives at the 2nd output surface 122 can be irradiated to the area | region away from the optical axis of the lens in the to-be-irradiated surface 3. FIG. Therefore, according to the illumination lens 1 of the first embodiment, the directivity of the light source can be effectively distributed by effectively distributing strong light traveling in the front direction from the light source without any conventional restrictions. Can be wider.

さらに本実施の形態1では、第1出射面121と第2出射面122の境界部分に光を反射する反射膜15が形成されているので、その境界部分から出射された光が被照射面3上の予期せぬ位置に到達することがなく、被照射面3における照度ムラを軽減させることができる。   Further, in the first embodiment, since the reflection film 15 that reflects light is formed at the boundary portion between the first emission surface 121 and the second emission surface 122, the light emitted from the boundary portion is irradiated surface 3. Irradiance unevenness on the irradiated surface 3 can be reduced without reaching the above unexpected position.

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、レーザーまたは有機EL)にも適用可能である。   The illumination lens of the present invention can also be applied to a light source other than a light emitting diode (for example, a laser or an organic EL).

(実施の形態2)
図2Aは、実施例1の照明用レンズ1を用いた、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、図2Bは、実施例2の照明用レンズ1を用いた、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。
(Embodiment 2)
2A is a configuration diagram of the light-emitting device 7 according to Embodiment 2 of the present invention using the illumination lens 1 of Example 1, and FIG. 2B is a diagram using the illumination lens 1 of Example 2. It is a block diagram of the light-emitting device 7 which concerns on Embodiment 2 of this invention. The light-emitting device 7 includes a light-emitting diode 2 that emits light, and the illumination lens 1 described in the first embodiment that expands light from the light-emitting diode 2 and irradiates the irradiated surface 3.

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。   The light emitting diode 2 is disposed in close contact with the incident surface 11 of the illumination lens 1 with a bonding agent and optically bonded. The light emitted from the emission surface 12 of the illumination lens 1 reaches the illuminated surface 3 and illuminates the illuminated surface 3.

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。   The light emission in the light emitting diode 2 is light having no directivity, but the refractive index of the light emitting region is 2.0 or more, and when light enters a region where the refractive index is low, the interface refraction influences the interface. The maximum intensity is in the normal direction, and the greater the angle from the normal direction, the lower the light intensity. Thus, the light emitting diode 2 has directivity, and in order to illuminate a wide range, it is necessary to widen the directivity with the illumination lens 1.

図3Aおよび図3Bは発光装置7の光路図である。図3Aおよび図3B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から出射した光は入射面11を透過し、第1出射面121に到達する。第1の出射面121上で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では発光ダイオード2からの光は大きな入射角で第1出射面121に入射するため第1出射面121を透過することができず、すべて反射する。反射した光は光軸と交差し、再度第1出射面121に到達する。第1の出射面121上で再度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では第1回目の到達点131で反射された光は小さな入射角で第1出射面121に入射するため、屈折作用を受けながら第1出射面121を透過する。透過した光は被照射面3に到達する。   3A and 3B are optical path diagrams of the light emitting device 7. 3A and 3B, an optical path of a light beam that is emitted from a light source at a small angle and reaches the first emission surface 121 will be described. The light emitted from the light emitting diode 2 passes through the incident surface 11 and reaches the first emitting surface 121. The position where the light reaches on the first emission surface 121 is defined as a first arrival point 131. At the first arrival point 131, the light from the light emitting diode 2 is incident on the first emission surface 121 at a large incident angle, and thus cannot be transmitted through the first emission surface 121, and is reflected entirely. The reflected light intersects the optical axis and reaches the first exit surface 121 again. The position where the light reaches again on the first emission surface 121 is defined as a second arrival point 132. At the second arrival point 132, the light reflected by the first arrival point 131 is incident on the first emission surface 121 at a small incident angle, and thus passes through the first emission surface 121 while being refracted. The transmitted light reaches the irradiated surface 3.

図4Aおよび図4Bは発光装置7の光路図である。図4Aおよび図4B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。   4A and 4B are optical path diagrams of the light emitting device 7. 4A and 4B, an optical path of a light beam that is emitted from a light source at a large angle and reaches the second emission surface 122 will be described. The light emitted from the light emitting diode 2 passes through the incident surface 11 and reaches the second emission surface 122. On the second emission surface 122, the light beam is refracted and transmitted, and reaches the irradiated surface 3.

図5Aおよび図5Bは発光装置7の光路図である。図5Aおよび図5Bでは光源からの光のうち光軸近傍の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。実施例1の照明用レンズを用いた図5Aの発光装置7では、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1出射面121に到達する。第1出射面121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。このように、第1出射面121の光軸近傍に入射した光が全反射せず、屈折作用を受けて透過して、被照射面3に到達することで、被照射面3における光軸近傍部分の照度が必要以上に暗くなることを防ぐことができる。一方、実施例2の照明用レンズを用いた図5Bの発光装置7では、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1出射面121に到達する。第1出射面121では光線は第1出射面121の頂上部分を覆う第2の反射膜16で反射された後に、第1出射面121の他の部分または第2出射面122を透過し、被照射面3に到達したりする。   5A and 5B are optical path diagrams of the light emitting device 7. 5A and 5B, an optical path of a light beam emitted from a light source at a small angle near the optical axis and reaching the first emission surface 121 will be described. In the light emitting device 7 of FIG. 5A using the illumination lens of Example 1, the light emitted from the light emitting diode 2 passes through the incident surface 11 and reaches the first emitting surface 121. On the first exit surface 121, the light beam is refracted and transmitted and reaches the irradiated surface 3. In this way, the light incident in the vicinity of the optical axis of the first emission surface 121 is not totally reflected, is transmitted through the refracting action, and reaches the irradiated surface 3, thereby the vicinity of the optical axis in the irradiated surface 3. It is possible to prevent the illuminance of the portion from becoming darker than necessary. On the other hand, in the light-emitting device 7 of FIG. 5B using the illumination lens of Example 2, the light emitted from the light-emitting diode 2 passes through the incident surface 11 and reaches the first emission surface 121. On the first exit surface 121, the light beam is reflected by the second reflecting film 16 covering the top portion of the first exit surface 121, and then passes through the other part of the first exit surface 121 or the second exit surface 122 to be covered. Or reach the irradiation surface 3.

以下、本発明の具体的な数値例として、具体例1および具体例2を示す。   Specific examples 1 and 2 are shown below as specific numerical examples of the present invention.

<具体例1>
図6Aは、実施例1の照明用レンズを用いた発光装置の具体例1の構成図である。本具体例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6A中のθ1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との角度である。また、図6A中のθ3は、前記出射面12上の任意の位置での出射面12の法線、換言すれば光軸A上の光源位置(基点P)からθ1の角度方向に放射された光が出射面12に到達する位置での出射面12の法線が、光軸Aとなす角度である。さらに、図6A中のsagYは、光軸A上の光源位置(基点P)から前記出射面12上の任意の位置まで光軸方向に測った距離である。
<Specific example 1>
6A is a configuration diagram of Example 1 of the light-emitting device using the illumination lens of Example 1. FIG. The present specific example 1 is a design example aiming at widening directivity by using a light emitting diode of 0.5 mm square as a light source. In FIG. 6A, θ 1 is an angle between the optical axis A and a straight line connecting a light source position (base point P) on the optical axis A and an arbitrary position on the emission surface 12. Further, θ 3 in FIG. 6A is emitted in the angle direction of θ 1 from the normal line of the emission surface 12 at an arbitrary position on the emission surface 12, in other words, from the light source position (base point P) on the optical axis A. The normal line of the emission surface 12 at the position where the emitted light reaches the emission surface 12 is an angle formed with the optical axis A. Further, sagY in FIG. 6A is a distance measured in the optical axis direction from a light source position (base point P) on the optical axis A to an arbitrary position on the emission surface 12.

次に具体的な数値を表1に示す。   Next, specific numerical values are shown in Table 1.

Figure 2010146987
Figure 2010146987

図7Aは、表1のθ1とsagYについてグラフ化したものである。また、図8Aは、r/Rとθ1−θ3の関係を示すグラフである。ここで、r/Rは、光軸Aから前記出射面12上の任意の位置までの入射面11に平行な方向の距離をレンズ最外半径で規格化した値である(r:光軸から前記出射面上の任意の位置までの入射面に平行な方向の距離、R:レンズ最外半径)。 FIG. 7A is a graph of θ 1 and sagY in Table 1. FIG. 8A is a graph showing the relationship between r / R and θ 1 −θ 3 . Here, r / R is a value obtained by normalizing the distance in the direction parallel to the incident surface 11 from the optical axis A to an arbitrary position on the emission surface 12 with the lens outermost radius (r: from the optical axis). Distance in a direction parallel to the incident surface to an arbitrary position on the exit surface, R: lens outermost radius).

θ1−θ3は、前記出射面12上の任意の位置における、光軸A上の光源位置(基点P)からθ1の角度方向に放射された光の出射面12に対する入射角を表している。本具体例1では、レンズを屈折率1.41の材料で構成しており、出射面12は空気(n=1)に面している。このため、第1出射面121において第1回目の到達点131で全反射する条件は、θ1−θ3が45.172度以上である。図8Aは、第1出射面121が光軸A上の光源位置(基点P)から放射された光を光軸A近傍以外で全反射する形状であることを示すとともに、第2出射面122が光軸A上の光源位置(基点P)から放射された光を屈折させる形状であることを示している。 θ 1 −θ 3 represents the incident angle of the light emitted in the angle direction θ 1 from the light source position (base point P) on the optical axis A at an arbitrary position on the emission surface 12 with respect to the emission surface 12. Yes. In this specific example 1, the lens is made of a material having a refractive index of 1.41, and the emission surface 12 faces air (n = 1). For this reason, the condition of total reflection at the first arrival point 131 on the first emission surface 121 is θ 1 −θ 3 of 45.172 degrees or more. FIG. 8A shows that the first emission surface 121 has a shape that totally reflects the light emitted from the light source position (base point P) on the optical axis A except in the vicinity of the optical axis A, and the second emission surface 122 It shows a shape that refracts light emitted from the light source position (base point P) on the optical axis A.

図9Aは、具体例1の発光装置(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9Aのときと同じ発光ダイオードのみを配置し、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9Aと図10を比較すると、照明用レンズの効果で被照射面を広く照明できていることがわかる。   FIG. 9A shows an irradiated surface obtained by calculation when the light emitting device of Example 1 (illumination lens and light emitting diode of Example 1) is disposed and the irradiated surface is disposed at a position 8 mm away from the light emitting diode. Represents the illuminance distribution. FIG. 10 shows the illuminance distribution on the irradiated surface obtained by calculation when only the same light emitting diode as in FIG. 9A is disposed and the irradiated surface is disposed at a position 8 mm away from the light emitting diode. Comparing FIG. 9A and FIG. 10, it can be seen that the illuminated surface can be widely illuminated by the effect of the illumination lens.

<具体例2>
図6Bは、実施例2の照明用レンズを用いた発光装置の具体例2の構成図である。本具体例2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6B中のθ1、θ3およびsagYは、図6A中のものと同じである。
<Specific example 2>
6B is a configuration diagram of a specific example 2 of the light-emitting device using the illumination lens of Example 2. FIG. The present specific example 2 is a design example for the purpose of expanding directivity by using a 0.5 mm square light-emitting diode as a light source. Θ 1 , θ 3 and sagY in FIG. 6B are the same as those in FIG. 6A.

次に具体的な数値を表2に示す。   Next, specific numerical values are shown in Table 2.

Figure 2010146987
Figure 2010146987

図7Bは、表1のθ1とsagYについてグラフ化したものである。また、図8Bは、r/Rとθ1−θ3の関係を示すグラフである。図8B中のr/Rおよびθ1−θ3も、図8A中のものと同じである。 FIG. 7B is a graph of θ 1 and sagY in Table 1. FIG. 8B is a graph showing the relationship between r / R and θ 1 −θ 3 . The r / R and θ 1 −θ 3 in FIG. 8B are the same as those in FIG. 8A.

本具体例2でも、上述した具体例1と同様に、レンズを屈折率1.41の材料で構成しており、出射面12は空気(n=1)に面している。このため、第1出射面121において第1回目の到達点131で全反射する条件は、θ1−θ3が45.172度以上である。図8Bは、第1出射面121が光軸A上の光源位置(基点P)から放射された光を光軸A近傍以外で全反射する形状であることを示すとともに、第2出射面122が光軸A上の光源位置(基点P)から放射された光を屈折させる形状であることを示している。 In the second specific example, as in the first specific example described above, the lens is made of a material having a refractive index of 1.41, and the emission surface 12 faces the air (n = 1). For this reason, the condition of total reflection at the first arrival point 131 on the first emission surface 121 is θ 1 −θ 3 of 45.172 degrees or more. FIG. 8B shows that the first emission surface 121 has a shape that totally reflects the light emitted from the light source position (base point P) on the optical axis A except in the vicinity of the optical axis A, and the second emission surface 122 It shows a shape that refracts light emitted from the light source position (base point P) on the optical axis A.

図9Bは、具体例2の発光装置(実施例2の照明用レンズと図9Aのときと同じ発光ダイオード)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9Bと図10を比較すると、照明用レンズの効果で被照射面を広く照明できていることがわかる。   FIG. 9B is a calculation when the light emitting device of Example 2 (the illumination lens of Example 2 and the same light emitting diode as in FIG. 9A) is arranged, and the irradiated surface is arranged at a position 8 mm away from the light emitting diode. The obtained illuminance distribution on the irradiated surface is represented. Comparing FIG. 9B and FIG. 10, it can be seen that the illuminated surface can be widely illuminated by the effect of the illumination lens.

(実施の形態3)
図11Aは、実施例1の照明用レンズを用いた、本発明の実施の形態3に係る面光源8の構成図であり、図11Bは、実施例2の照明用レンズを用いた、本発明の実施の形態3に係る面光源8の構成図ある。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。
(Embodiment 3)
FIG. 11A is a configuration diagram of the surface light source 8 according to Embodiment 3 of the present invention using the illumination lens of Example 1, and FIG. 11B illustrates the present invention using the illumination lens of Example 2. It is a block diagram of the surface light source 8 which concerns on this Embodiment 3. FIG. The surface light source 8 includes a plurality of light emitting devices 7 described in the second embodiment, which are arranged in a plane, and a diffuser plate 4 arranged so as to cover these light emitting devices 7. Note that the light emitting devices 7 may be arranged in a matrix or zigzag.

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。   The light emitting device 7 irradiates the one surface 4 a of the diffusion plate 4 with light. That is, one surface 4a of the diffusion plate 4 is the irradiated surface 3 described in the first and second embodiments. The diffusing plate 4 radiates light irradiated on the one surface 4a in a state of being diffused from the other surface 4b. Each light emitting device 7 irradiates light having a uniform illuminance over a wide range on one surface 4a of the diffusion plate 4, and this light is diffused by the diffusion plate 4 so that there is little luminance unevenness in the surface. A surface light source is created.

図12Aは、実施例1の照明用レンズと発光ダイオードからなる具体例1の発光装置を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。図12Bは、実施例2の照明用レンズと発光ダイオードからなる具体例2の発光装置を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での照度分布を表す。図13は、発光ダイオードのみを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12Aおよび図12B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。   FIG. 12A is a calculation when four light emitting devices of Example 1 including the illumination lens and the light emitting diode of Example 1 are arranged on a straight line at a pitch of 20 mm, and a diffusion plate is arranged at a position 8 mm away from the light emitting diode. The illuminance distribution on the diffusion plate incident surface (one surface on the light emitting device side) obtained in (5) is expressed. FIG. 12B is a calculation when four light emitting devices of Example 2 including the illumination lens and the light emitting diode of Example 2 are arranged on a straight line at a pitch of 20 mm, and a diffusion plate is arranged at a position 8 mm away from the light emitting diode. It represents the illuminance distribution on the entrance surface of the diffuser obtained in step (1). FIG. 13 shows the illuminance distribution on the entrance surface of the diffuser obtained by calculation when only four light emitting diodes are arranged in a straight line at a pitch of 20 mm and the diffuser is placed at a position 8 mm away from the light emitting diode. Comparing FIG. 12A and FIG. 12B with FIG. 13, it can be seen that the diffusion plate incident surface can be illuminated uniformly by the effect of the illumination lens.

(実施の形態4)
図14Aは、実施例1の照明用レンズを用いた、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り、図14Bは、実施例2の照明用レンズを用いた、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。
(Embodiment 4)
14A is a configuration diagram of the liquid crystal display device according to Embodiment 4 of the present invention using the illumination lens of Example 1, and FIG. 14B is the present invention using the illumination lens of Example 2. It is a block diagram of the liquid crystal display device which concerns on Embodiment 4. FIG. This liquid crystal display device includes a liquid crystal panel 5 and the surface light source 8 described in the third embodiment, which is disposed on the back side of the liquid crystal panel 5.

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。   A plurality of light emitting devices 7 composed of the light emitting diodes 2 and the illumination lens 1 are arranged in a plane, and the diffuser plate 4 is illuminated by these light emitting devices 7. The back surface (one surface) of the diffusion plate 4 is irradiated with light with uniform illuminance, and this light is diffused by the diffusion plate 4 to illuminate the liquid crystal panel 5.

なお、図14Aおよび図14B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が配置されているとともに、発光装置7が存在しない部分には拡散反射板6が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拡散反射板6に入射する光は、拡散反射板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。   As shown in FIGS. 14A and 14B, a sheet 41 such as a diffusion sheet or a prism sheet is disposed between the liquid crystal panel 5 and the surface light source 8 and diffuses in a portion where the light emitting device 7 does not exist. It is preferable that the reflector 6 is disposed. The light from the light emitting device 7 is scattered by the diffusion plate 4 and returns to the light emitting device side or passes through the diffusion plate 4. The light that returns to the light emitting device side and enters the diffuse reflector 6 is reflected by the diffuse reflector 6 and enters the diffuser plate 4 again. The light transmitted through the diffusion plate 4 is further diffused by the sheet 41 and illuminates the liquid crystal panel 5.

本発明の実施の形態1に係る実施例1の照明用レンズの構成図Configuration diagram of the illumination lens of Example 1 according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1に係る実施例2の照明用レンズの構成図Configuration diagram of the illumination lens of Example 2 according to Embodiment 1 of the present invention 実施例1の照明用レンズを用いた、本発明の実施の形態2に係る発光装置の構成図Configuration diagram of a light-emitting device according to Embodiment 2 of the present invention using the illumination lens of Example 1 実施例2の照明用レンズを用いた、本発明の実施の形態2に係る発光装置の構成図Configuration diagram of a light-emitting device according to Embodiment 2 of the present invention using the illumination lens of Example 2 図2Aの発光装置の第1出射面から出射する光線の光路図2A is an optical path diagram of light rays emitted from the first emission surface of the light emitting device of FIG. 2A. 図2Bの発光装置の第1出射面から出射する光線の光路図2B is an optical path diagram of light rays emitted from the first emission surface of the light emitting device of FIG. 2B. 図2Aの発光装置の第2出射面から出射する光線の光路図FIG. 2A is an optical path diagram of light rays emitted from the second emission surface of the light emitting device. 図2Bの発光装置の第2出射面から出射する光線の光路図2B is an optical path diagram of light rays emitted from the second emission surface of the light emitting device of FIG. 2B. 図2Aの発光装置の光軸近傍の第1出射面から出射する光線の光路図2A is an optical path diagram of light rays emitted from the first emission surface in the vicinity of the optical axis of the light emitting device of FIG. 2A. 図2Bの発光装置の光軸近傍の第1出射面から出射する光線の光路図2B is an optical path diagram of light rays emitted from the first emission surface in the vicinity of the optical axis of the light emitting device of FIG. 2B. 実施例1の照明用レンズを用いた発光装置の具体例1を説明する構成図1 is a configuration diagram illustrating a specific example 1 of a light-emitting device using the illumination lens of Example 1. FIG. 実施例2の照明用レンズを用いた発光装置の具体例2を説明する構成図FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a specific example 2 of a light-emitting device using the illumination lens of the second example. 本発明の実施の形態2に係る発光装置の具体例1の出射面形状を表す、θ1とsagYの関係を示すグラフ(表1をグラフ化)The graph which shows the output surface shape of the specific example 1 of the light-emitting device which concerns on Embodiment 2 of this invention, and shows the relationship between (theta) 1 and sagY (Table 1 is graphed). 本発明の実施の形態2に係る発光装置の具体例2の出射面形状を表す、θ1とsagYの関係を示すグラフ(表2をグラフ化)The graph which shows the output surface shape of the specific example 2 of the light-emitting device which concerns on Embodiment 2 of this invention, and shows the relationship between (theta) 1 and sagY (Table 2 is graphed). 本発明の実施の形態2に係る発光装置の具体例1のr/Rとθ1−θ3の関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between r / R and (theta) 1- ( theta) 3 of the specific example 1 of the light-emitting device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る発光装置の具体例2のr/Rとθ1−θ3の関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between r / R and (theta) 1- ( theta) 3 of the specific example 2 of the light-emitting device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る発光装置の具体例1の照度分布Illuminance distribution of specific example 1 of the light-emitting device according to Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態2に係る発光装置の具体例2の照度分布Illuminance distribution of specific example 2 of the light-emitting device according to Embodiment 2 of the present invention 具体例1および具体例2の効果を確認するための発光ダイオードのみの照度分布Illuminance distribution of only light-emitting diodes for confirming the effects of specific example 1 and specific example 2 実施例1の照明用レンズを用いた、本発明の実施の形態3に係る面光源の構成図Configuration diagram of a surface light source according to Embodiment 3 of the present invention using the illumination lens of Example 1 実施例2の照明用レンズを用いた、本発明の実施の形態3に係る面光源の構成図Configuration diagram of a surface light source according to Embodiment 3 of the present invention using the illumination lens of Example 2 本発明の実施の形態3に係る面光源で具体例1の発光装置を用いたときの照度分布Illuminance distribution when the light emitting device of Example 1 is used with the surface light source according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る面光源で具体例2の発光装置を用いたときの照度分布Illuminance distribution when the light emitting device of Example 2 is used with the surface light source according to Embodiment 3 of the present invention. 具体例1および具体例2の効果を確認するための発光ダイオードのみで発光装置を構成した場合の面光源での照度分布Illuminance distribution in a surface light source when a light emitting device is configured only by light emitting diodes for confirming the effects of specific example 1 and specific example 2 実施例1の照明用レンズを用いた、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The block diagram of the liquid crystal display which uses the lens for illumination of Example 1 and which concerns on Embodiment 4 of this invention. 実施例2の照明用レンズを用いた、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Configuration diagram of a liquid crystal display according to Embodiment 4 of the present invention using the illumination lens of Example 2 (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) is an optical path diagram of a conventional illumination lens, (b) is an illuminance distribution when a conventional illumination lens is used. (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(A) And (b) is explanatory drawing explaining the limit of the lens for conventional illuminations

符号の説明Explanation of symbols

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
14 到達点
15 反射膜(反射層)
16 第2の反射膜(第2の反射層)
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
P 基点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Illumination lens 11 Incident surface 12 Output surface 121 1st output surface 122 2nd output surface 131 1st time arrival point 132 2nd time arrival point 133 Arrival point 14 Arrival point 15 Reflective film (reflection layer)
16 Second reflective film (second reflective layer)
2 Light emitting diode (light source)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Surface to be irradiated 4 Diffusion plate 41 Diffusion sheet or prism sheet 5 Liquid crystal panel 6 Diffuse reflection plate 7 Light emitting device 8 Surface light source A Optical axis P Base

Claims (6)

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おり、
前記出射面上には、前記第1出射面と前記第2出射面の境界部分に、光を反射する反射層が形成されている、
照明用レンズ。
An illumination lens that expands light from a light source and irradiates an irradiated surface,
An incident surface on which light from the light source is incident, and an emission surface that is axially symmetric with respect to the optical axis and emits the incident light,
The exit surface has a first exit surface that is convex toward the apex on the optical axis, and a second exit surface that forms a convex surface while spreading outward from the peripheral edge of the first exit surface,
The first emission surface has a predetermined angle from the optical axis among the radiated light radiated from the base point and reaching the first emission surface when the position of the light source on the optical axis is a base point. The above radiated light is totally reflected at the first arrival point where the radiated light first arrives, and then refracted at the second arrival point where the totally reflected radiated light arrives to reach the irradiated surface. Have a shape,
The second exit surface has a shape that refracts radiated light that reaches the second exit surface by being radiated from the base point and reaches the irradiated surface by refracting at the arrival point.
On the exit surface, a reflective layer that reflects light is formed at a boundary portion between the first exit surface and the second exit surface.
Lens for lighting.
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に記載の照明用レンズ。
The predetermined angle is 3 to 7 degrees,
The first exit surface refracts the radiated light whose angle from the optical axis is less than the predetermined angle out of the radiated light radiated from the base point and reaches the first exit surface. The illumination lens according to claim 1, having a shape that reaches the surface.
前記第1出射面上には、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が到達する領域に、光を反射する第2の反射層が形成されている、請求項2に記載の照明用レンズ。   On the first emission surface, light is reflected from the radiated light radiated from the base point and reaching the first emission surface to a region where the radiated light whose angle from the optical axis is less than the predetermined angle reaches. The illumination lens according to claim 2, wherein a second reflective layer is formed. 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1〜3のいずれか一項に記載の照明用レンズである、発光装置。
A light emitting device comprising: a light emitting diode that emits light; and an illumination lens that expands the light from the light emitting diode to irradiate the irradiated surface,
The light emitting device, wherein the illumination lens is the illumination lens according to any one of claims 1 to 3.
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4に記載の発光装置である、面光源。
A plurality of light emitting devices arranged in a plane, and a diffusion plate arranged so as to cover the plurality of light emitting devices and radiating light irradiated on one surface from the plurality of light emitting devices in a state of diffusing from the other surface; A surface light source comprising:
Each of these light-emitting devices is a surface light source which is the light-emitting device of Claim 4.
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5に記載の面光源と、を備える液晶ディスプレイ装置。   A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal panel; and a surface light source according to claim 5 disposed on a back side of the liquid crystal panel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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