JP4489843B2 - 照明用レンズおよびそれを用いた発光装置、面光源、液晶ディスプレイ装置 - Google Patents
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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100の構成図である。照明用レンズ100は、指向性を有する光源(図1では省略)と被照射面300との間に配置され、光源からの光を拡張して被照射面300に照射するものである。すなわち、照明用レンズ100によって光源の指向性が広くされる。被照射面300の照度分布は、照明用レンズ100の設計上の中心線である光軸近傍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100とは、互いの光軸が合致するように配置される。
60°<θi<80°・・・(1)
(より好ましくは、65°<θ<75°・・・(1)’)
ここで、
θi:微小区間の中心と光軸上の光源位置とを結んだ線Liと、光軸とのなす角度、すなわちθi≒(θi(n+1)+θi(n))/2
である(図4参照)。
0.88<Yr<0.98・・・(2)
(より好ましくは、0.90<Yr<0.96・・・(2)’)
ここで、
Yr:照明用レンズ100の有効径Deの半分に対する、光軸から微小区間の中心までの距離Diの比、すなわちDi/0.5De
である(図4参照)。
0.90<θmp/θmc<1.05・・・(3)
(より好ましくは、0.92<θmp/θmc<1.03・・・(3)’)
ここで、
θmc:微小区間のうち曲率Cが最大となる微小区間の中心と光軸上の光源位置とを結んだ線Lと、光軸とのなす角度
θmp:出射面120から出射される光を光軸に対する角度である出射角度ごとに見たときの最大の光度となる出射角度
である(図6参照)。
0.9<Cm×(n−1)×d<1.5・・・(4)
(より好ましくは、0.95<Cm×(n−1)×d<1.45・・・(4)’)
ここで、
Cm:微小区間の曲率Cの最大値
n:照明用レンズ100の屈折率
d:光軸上の光源位置から、微小区間のうち曲率Cが最大となる微小区間の中心までの距離、すなわち線Lの長さ
である(図6参照)。
5°<θo<20°・・・(5)
25°<θs<45°・・・(6)
(より好ましくは、10°<θo<15°・・・(5)’
30°<θs<40°・・・(6)’)
ここで、
θo:出射面120上の曲率Cが負から正に変わる位置と光軸上の光源位置とを結んだ線と、光軸とのなす角度
θs:出射面120上のサグ量が最大になる位置と光軸上の光源位置とを結んだ線と、光軸とのなす角度
である。
また、サグ量の符号は、当該出射面120が光軸と交差する位置を基準として、出射面120が光源と反対側にあるときを正とし、光源側にあるときを負とする。
1.40<n<1.52・・・(7)
ここで、
n:照明用レンズ100の屈折率
である。
図2は、本発明の実施の形態2に係る発光装置700の構成図である。この発光装置700は、光を放射する発光ダイオード200と、発光ダイオード200からの光を拡張して被照射面300に照射する、実施の形態1で説明した照明用レンズ100とを備えている。
0.3<D/t<0.9・・・(8)
(より好ましくは、0.37<D/t<0.87・・・(8)’)
ここで、
D:発光ダイオード200の発光面の最大幅(発光面が正方形である場合はその一辺の長さ、発光面が長方形である場合は長い方の辺の長さ)
t:照明用レンズ100の中心厚(光軸上の入射面111から出射面120までの距離)
である(図3および図4参照)。
0.06<D/De<0.27・・・(9)
(より好ましくは、0.09<D/De<0.24・・・(9)’)
ただし、
D:発光ダイオード200の発光面の最大幅
De:照明用レンズ100の有効径
である。
以下、実施の形態2に係る発光装置700に用いられる照明用レンズ100の具体的な数値実施例として、実施例1〜3を示す。
X:光軸からの高さがhの非球面上の点から、非球面頂点の接平面までの距離
h:光軸からの高さ
Cj:第j面の非球面頂点の曲率(Cj=1/Rj)
Kj:第j面の円錐定数
Aj,n:第j面のn次の非球面係数
実施例1の照明用レンズは、図3に示した形状に対応する。本実施例は、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。実施例1の照明用レンズの面データを表1に、非球面データを表2に示す。
面番号 r d n
物面 ∞ 0.964 1.41
1* 8.373E-13 7.036
像面 ∞
第1面
K= -1.0268E+01 ,A3= 1.9628E+00 ,A4= -8.3686E+00 ,A5= 1.9670E+01
A6= -3.6276E+01 ,A7= 4.6681E+01 ,A8= -3.0918E+01 ,A9= -1.0909E-01
A10= 1.0608E+01 ,A11= -7.0489E-03 ,A12= -4.5201E+00 ,A13= 1.2256E-02
A14= 1.4688E+00 ,A15= 3.4825E-04 ,A16= -3.1939E-01 ,A17= -7.9209E-04
A18= 4.0742E-02 ,A19= 3.5721E-05 ,A20= -2.2613E-03
実施例2の照明用レンズは、図3に示した形状に対応する。本実施例は、0.65mm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。実施例2の照明用レンズの面データを表3に、非球面データを表4に示す。
面番号 r d n
物面 ∞ 1.2 1.41
1* 1.088E-12 6.8
像面 ∞
第1面
K= -1.0268E+01 ,A3= 1.5843E+00 ,A4= -5.9328E+00 ,A5= 1.0800E+01
A6= -1.3014E+01 ,A7= 1.0470E+01 ,A8= -4.6299E+00 ,A9= -2.1226E-02
A10= 9.6894E-01 ,A11= -7.9260E-02 ,A12= -2.3661E-01 ,A13= -1.8210E-03
A14= 6.4025E-02 ,A15= 1.2197E-03 ,A16= -1.0393E-02 ,A17= -1.3892E-04
A18= 8.1619E-05 , A19= 6.2396E-04 ,A20= -1.5184E-04
実施例3の照明用レンズは、図3に示した形状に対応する。本実施例は、0.95mm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。実施例3の照明用レンズの面データを表5に、非球面データを表6に示す。
面番号 r d n
物面 ∞ 2.462 1.492
1* 2.177E-12 13.538
像面 ∞
第1面
K= -2.8085E+01 ,A3= 8.1962E-01 ,A4= -1.3756E+00 ,A5= 1.0351E+00
A6= -4.6852E-01 ,A7= 1.5092E-01 ,A8= -3.3498E-02 ,A9= 6.6020E-04
A10= 1.9319E-03 ,A11= -1.0865E-04 ,A12= -1.2491E-04 ,A13= -1.2357E-06
A14= 7.9995E-06 ,A15= 2.0909E-07 ,A16= -3.0106E-07 ,A17= -2.5477E-09
A18= -6.1609E-10 ,A19= 2.0427E-09 ,A20= -2.1669E-10
図29は、本発明の実施の形態3に係る面光源800の構成図である。この面光源800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700と、これらの発光装置700を覆うように配置された拡散板400とを備えている。なお、発光装置700は、図29に示すようにマトリクス状に配置されていてもよいし、図31に示すように千鳥状に配置されていてもよい。
0.2<h/p<0.4・・・(10)
(より好ましくは、0.25<h/p<0.35・・・(10)’)
ここで、
h:発光装置700中の発光ダイオード200の発光面から拡散板400の入射面までの距離
p:発光装置700の配置ピッチ
である。
0.04<D/h<0.15・・・(11)
(より好ましくは、0.05<D/h<0.13・・・(11)’)
ただし、
D:発光ダイオード200の発光面の最大幅
h:発光装置700中の発光ダイオード200の発光面から拡散板400の入射面までの距離
である。
図32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500と、液晶パネル500の裏側に配置された、実施の形態3で説明した面光源800とを備えている。
Claims (16)
- 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、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されており、
前記光軸を含む断面において、前記出射面上の微小区間の曲率Cは、以下の式(1)で規定される範囲内において最大となる、照明用レンズ。
60°<θi<80°・・・(1)
ここで、
θi:前記微小区間の中心と前記光軸上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸とのなす角度
である。 - 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、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されており、
前記光軸を含む断面において、前記出射面上の微小区間の曲率Cは、以下の式(2)で規定される範囲内において最大となる、照明用レンズ。
0.88<Yr<0.98・・・(2)
ここで、
Yr:照明用レンズの有効径の半分に対する、前記光軸から前記微小区間の中心までの距離の比
である。 - 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、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されており、
前記出射面は、以下の式(3)を満足する、照明用レンズ。
0.90<θmp/θmc<1.05・・・(3)
ここで、
θmc:前記微小区間のうち曲率Cが最大となる微小区間の中心と前記光軸上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸とのなす角度
θmp:前記出射面から出射される光を前記光軸に対する角度である出射角度ごとに見たときの最大の光度となる出射角度
である。 - 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、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されており、
前記出射面は、以下の式(4)を満足する、照明用レンズ。
0.9<Cm×(n−1)×d<1.5・・・(4)
ここで、
Cm:前記微小区間の曲率Cの最大値
n:照明用レンズの屈折率
d:前記光軸上の光源位置から、前記微小区間のうち曲率Cが最大となる微小区間の中心までの距離
である。 - 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、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されており、
前記曲率Cの符号を、曲率中心が出射面よりも光源側にあるときを正、その反対側にあるときを負とし、前記出射面のサグ量を当該出射面が前記光軸と交差する位置で基準化したときに、
前記出射面は、以下の式(5)および式(6)を満足する、照明用レンズ。
5°<θo<20°・・・(5)
25°<θs<45°・・・(6)
ここで、
θo:前記出射面上の曲率Cが負から正に変わる位置と前記光軸上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸とのなす角度
θs:前記出射面上のサグ量が最大になる位置と前記光軸上の光源位置とを結んだ線と、前記光軸とのなす角度
である。 - 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、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されており、
前記光軸上の光源位置から前記光軸に対してθiの角度で放射された放射光が前記出射面で屈折されたときの前記光軸に対する屈折角をθrとしたとき、
前記θiの増加に伴う前記θiの増加量に対する前記θrの変化量は、減少と増加を繰り返す、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請求項1〜6のいずれか一項に記載の照明用レンズと、
を備える発光装置。 - 以下の式(8)を満足する、請求項7に記載の発光装置。
0.3<D/t<0.9・・・(8)
ここで、
D:前記発光ダイオードの発光面の最大幅
t:前記照明用レンズの中心厚
である。 - 以下の式(9)を満足する、請求項7に記載の発光装置。
0.06<D/De<0.27・・・(9)
ただし、
D:前記発光ダイオードの発光面の最大幅
De:照明用レンズの有効径
である。 - 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であって、
前記発光ダイオードからの光が入射する入射面と、入射した光を出射させる、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されている、照明用レンズと、を備え、
以下の式(8)を満足する、発光装置。
0.3<D/t<0.9・・・(8)
ここで、
D:前記発光ダイオードの発光面の最大幅
t:前記照明用レンズの中心厚
である。 - 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であって、
前記発光ダイオードからの光が入射する入射面と、入射した光を出射させる、光軸に対して回転対称な出射面と、を備え、
前記出射面は、前記光軸と交差する凹面部と、前記凹面部の周囲に前記凹面部と連続して設けられた凸面部と、を有し、
前記出射面は、前記光軸を含む断面における当該出射面上の微小区間の曲率Cが前記凸面部の中央よりも外側の位置で最大となるような形状に形成されている、照明用レンズと、を備え、
以下の式(9)を満足する、発光装置。
0.06<D/De<0.27・・・(9)
ただし、
D:前記発光ダイオードの発光面の最大幅
De:照明用レンズの有効径
である。 - 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7〜11のいずれか一項に記載の発光装置である、面光源。 - 以下の式(10)を満足する、請求項12に記載の面光源。
0.2<h/p<0.4・・・(10)
ここで、
h:前記発光装置中の発光ダイオードの発光面から前記拡散板の前記一方面までの距離
p:前記発光装置の配置ピッチ
である。 - 以下の式(11)の条件を満足する、請求項12に記載の面光源。
0.04<D/h<0.15・・・(11)
ただし、
D:前記発光ダイオードの発光面の最大幅
h:前記発光装置中の発光ダイオードの発光面から前記拡散板の前記一方面までの距離
である。 - 前記複数の発光装置を挟んで前記拡散板と対向する基板であって前記複数の発光装置のそれぞれの前記発光ダイオードが実装された基板と、前記発光ダイオードを避けながら前記基板を覆うように前記基板上に配置された反射板と、をさらに備える、請求項12に記載の面光源。
- 請求項12〜15のいずれか一項に記載の面光源と、前記面光源によって背面から光を照射される液晶パネルと、を備えた、液晶ディスプレイ装置。
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