JPWO2013088556A1 - 光学レンズ、光学モジュール、バックライト組立体及び表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明の光学レンズは、光源２０の射出側に配置した状態で用いることにより、光源２０から射出される光の照明範囲を拡大する光学レンズ１０であって、光学レンズ１０を光源２０の射出側に配置したとき、光源２０を囲う凹面形状を有し、所定の第１外径を有する入射面１２と、凸面形状を有し、第１外径よりも大きい第２外径を有する射出面１４と、入射面１２の外周端から射出面１４の外周端までの所定の領域に位置する底面１６とを備え、光学レンズ１０の光軸と平行な方向であって、射出面１４から入射面１２へ向かう方向を第１方向とするとき、底面１６は、光学レンズ１０の光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する傾斜部１８を有する。
本発明の光学レンズによれば、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

Description

本発明は、光学レンズ、光学モジュール、バックライト組立体及び表示装置に関する。

表示装置の一種として液晶表示装置（ＬＣＤ）が知られている。液晶表示装置は、液晶物質を用いて画像を表示する装置であり、以前広く普及していたＣＲＴ式の表示装置よりも薄型軽量とすることが可能であり、また、低消費電力とすることが可能であるため、現在、急速に普及が進んでいる。

ところで、液晶表示装置においては、液晶物質（あるいは、液晶物質を用いた液晶パネル）そのものは発光しないので、別途に光を供給するための光源が必要となる。現在使用されている多くの液晶表示装置においては、当該光源装置として蛍光ランプ系の光源が用いられているが、近年、一層の低消費電力化を達成するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）系の光源を用いる場合が増えてきている。

発光ダイオード系の光源は均等拡散面光源といわれ、いわゆるランバーシャン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）配光で光を射出するため、そのまま光源として用いると、照明可能範囲の狭さから液晶表示装置の単位面積当たりに必要な光源の数が多くなり、また、後段の光学要素（液晶表示装置の場合、光源からの光を導光する導光部材や、光源からの光を拡散させる拡散部材）に均一な光を供給することが困難となる。

上記したような経緯から、従来、液晶表示装置には上記のような光源（発光ダイオード）に用いる光学レンズが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。図１４は、従来の光学レンズ９１０の断面図である。なお、符号９００で表すのは、発光ダイオードからなる光源９２０と光学レンズ９１０とを備える光学モジュールである。従来の光学レンズ９１０は、図１４に示すように、光源９２０の射出側に配置した状態で用いることにより、光源９２０から射出される光の照明範囲を拡大する光学レンズであって、凹面形状を有し所定の第１外径を有する入射面９１２と、凸面形状を有し第１外径よりも大きい第２外径を有する射出面９１４と、入射面９１２の外周端から射出面９１４の外周端までの領域に位置する底面９１６とを備える。底面９１６は、光源９２０に電力を供給する基板９２２に当接する第１平面部９１７と、第１平面部９１７よりも一段低くなっている第２平面部９１８とを有する。光源９２０から射出される光は、入射面９１２と射出面９１４とで屈折され、光源９２０で射出されたときよりも照明範囲が拡大される。このため、従来の光学レンズ９１０によれば、光源（特に発光ダイオードからなる光源）をそのまま使用したときよりも光の照明範囲を拡大し、単位面積当たりに必要な光源の数を減らすことが可能となる。

特許第４５６８１９４号公報

しかしながら、本発明の発明者らの研究により、従来の光学レンズ９１０においては、上記のように光学モジュールとしたとき、後段の光学要素に不均一に光が入射し（多くの光が、光軸を中心とするリング状の狭い領域に入射してしまう。後述の実験例（特に図１０）参照。）、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが困難であるという問題があることがわかった。これは、光学モジュールにおける基板の上面から直近後段の光学部材までの距離（いわゆる空間距離）を短くしようとし、かつ、光の照明範囲を一層拡大して単位面積当たりに必要な光源の数を一層減らそうとする場合には特に深刻な問題となる。

そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能な光学レンズを提供することを目的とする。また、本発明の光学レンズを備え、従来の光学モジュールよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能な光学モジュールを提供することを目的とする。また、本発明の光学モジュールを備え、品質の良い光を供給することが可能なバックライト組立体を提供することを目的とする。さらにまた、本発明のバックライト組立体を備え、品質の良い光を用いて美麗な画像を表示することが可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、後段の光学要素に不均一に光が入射するという問題について鋭意研究を重ねた結果、射出面から射出されずに反射された光が底面でさらに反射され、この光が後段の光学要素のうち特定の領域（光軸を中心とするリング状の狭い領域）に多く入射することが原因であるという知見を得た。また、さらなる研究の結果、空間距離を短くしようとし、かつ、光の照明範囲を一層拡大しようとする場合には、射出面から射出されずに反射される光の割合が増加するという知見も得た。本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、以下の要素から構成される。

［１］本発明の光学レンズは、光源の射出側に配置した状態で用いることにより、前記光源から射出される光の照明範囲を拡大する光学レンズであって、前記光学レンズを前記光源の射出側に配置したとき、前記光源を囲う凹面形状を有し、所定の第１外径を有する入射面と、凸面形状を有し、前記第１外径よりも大きい第２外径を有する射出面と、前記入射面の外周端から前記射出面の外周端までの所定の領域に位置する底面とを備え、前記光学レンズの光軸と平行な方向であって、前記射出面から前記入射面へ向かう方向を第１方向とするとき、前記底面は、前記光学レンズの光軸から離れるに従って前記第１方向側に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする。

本発明の光学レンズによれば、底面が光学レンズの光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する傾斜部を有するため、射出面で反射された光が上記した特定の領域に集中してしまうのを緩和することが可能となり、その結果、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

また、本発明の光学レンズによれば、凹面形状を有し所定の第１外径を有する入射面と、凸面形状を有し第１外径よりも大きい第２外径を有する射出面とを備えるため、従来の光学レンズと同様に、光源から射出される光の照明範囲を拡大し、単位面積当たりに必要な光源の数を減らすことが可能となる。

また、本発明の光学レンズによれば、光の照明範囲を一層拡大しようとする場合に増加する光についても特定の領域に集中してしまうのを緩和することが可能であるため、均一性の高い光としたまま、空間距離を短くし、かつ、単位面積当たりに必要な光源の数を一層減らすことが可能となる。

なお、本発明において「所定の領域」とは、底面の領域の全てでもよいし、底面の領域の一部でもよい。
また、「凹面形状」とは、全体として凹面形状であればよく、連続した曲面からなる形状であることが好ましいが、一部（特に光軸付近）に平面、突出部、へこみ等を含む形状であっても良い。
さらにまた、「凸面形状」も、全体として凸面形状であればよく、連続した曲面からなる形状であることが好ましいが、一部（特に光軸付近）に平面、突出部、へこみ等を含む形状であっても良い。

なお、本発明の発明者らの研究によれば、特許文献１に係る従来の光学レンズ９００を用いた場合には、光学モジュールの配置間隔を５０ｍｍ（当該技術分野においては一般的な配置間隔である。）としたとき、空間距離が３０ｍｍ以上必要になるのに対し、本発明に係る光学レンズを用いた場合には、光学モジュールの配置が同じでも、空間距離を１５ｍｍ以下にまで低減することが可能であることが判明している。

［２］本発明の光学レンズにおいては、前記底面は、前記入射面の外周端に接し、前記光学レンズの光軸に対して垂直な平面からなる平面部をさらに有し、前記傾斜部は、前記平面部の外周側に位置することが好ましい。

このような構成とすることにより、射出面で反射される光が比較的多いと考えられる外周側に傾斜部が位置することとなるため、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して一層均一性の高い光を供給することが可能となる。

［３］本発明の光学レンズにおいては、前記傾斜部は、前記入射面の外周端及び前記射出面の外周端の両方に接していることが好ましい。

このような構成とすることにより、底面における傾斜部が占める割合が多くなることから、多くの光を光軸から離れる方向に反射することが可能となるため、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して一層均一性の高い光を供給することが可能となる。

［４］本発明の光学レンズにおいては、前記底面は、前記入射面の外周端に接し、前記光学レンズの光軸に対して垂直な平面からなる第１平面部と、前記射出面の外周端に接し、前記光学レンズの光軸に対して垂直な平面からなる第２平面部とをさらに有し、前記傾斜部は、前記第１平面部と前記第２平面部との間に位置することが好ましい。

このような構成とすることにより、射出面で反射される反射光が比較的多いと考えられる外周側に傾斜部が位置することとなり、かつ、最外周が平面からなる第２平面部であるため、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して一層均一性の高い光を供給することが可能となり、かつ、基板等に設置しやすい光学レンズとすることが可能となる。

なお、本発明においては、上記［２］〜［４］について記載した平面部、第１平面部及び傾斜部について「入射面の外周端に接する」とは、各部と入射面の外周端とが完全に接している場合だけでなく、各部と入射面の外周端とが実質的に接している場合（例えば、光学的な効果を有しない段差等を介して各部と入射面の外周端とが接している場合）も含む。

また、傾斜部及び第２平面部について「射出面の外周端に接する」とは、各部と射出面の外周端とが完全に接している場合だけでなく、各部と射出面の外周端とが実質的に接している場合（例えば、光学的な効果を有しない段差等を介して各部と射出面の外周端とが接している場合）も含む。

［５］本発明の光学レンズにおいては、前記光学レンズは回転対称の形状を有し、前記光学レンズの光軸を含む所定の平面において、前記傾斜部の表面は、直線からなることが好ましい。

光学レンズを表示装置に用いる場合、用いられる数量が多くなるので、コストの削減は重要な課題となる。上記のような構成とすることにより、傾斜部が非直線状に傾斜している場合よりも、設計や加工を簡易なものとすることが可能となり、光学レンズのコストを低減することが可能となる。

なお、本発明において「光学レンズが回転対称の形状を有する」とは、光学レンズのうち光を通過させる光学面が回転対称であることをいい、光学レンズ全体が完全に回転対称であることをいうものではない。光学レンズを基板に設置するための脚部を有するもの（後述する各実施形態参照。）や、光学レンズを上面視したときに（主に配置上の理由で）端部を切り落としたものも本発明に含まれる。

また、「傾斜部の表面は直線からなる」とは、全体として、傾斜部の表面（の断面）が所定の平面において直線からなればよく、例えば、傾斜部に微小な粗面加工等がなされている場合にも、粗面加工をしなかった場合に傾斜部が直線からなる場合も本発明の範囲に含まれる。

［６］本発明の光学レンズにおいては、前記傾斜部の傾斜角度は、前記光学レンズの光軸に垂直な平面に対して５°〜３０°の範囲内にあることが好ましい。

このような構成とすることにより、光が特定の領域に集中してしまうのを十分に緩和することが可能となり、かつ、上面視したときにおける傾斜部の面積割合を十分に広く取ることが可能となる。

なお、上記の傾斜角度としては、仮想平面に対して５°〜３０°の範囲内にあることとしたのは、当該傾斜角度が５°より小さい場合には光が特定の領域に集中してしまうのを十分に緩和することが困難となる場合があり、当該傾斜角度が３０°より大きい場合には上面視したときにおける傾斜部の面積割合を十分に広く取ることが困難となる場合があるためである。なお、傾斜角度が大きい場合でも、傾斜部そのものの面積割合を大きくすることで上面視したときにおける傾斜部の面積割合についても広くすることが可能ではあるが、特に光学レンズを表示装置に用いる場合、光学レンズの厚みを大きくすると表示装置の厚みも大きくせざるをえないので、上記傾斜角度は３０°以下であることが好ましい。

［７］本発明の光学レンズにおいては、前記入射面は、回転対称の非球面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、光軸を基準として回転対称に光を拡げることが可能となる。

上記［７］に記載の光学レンズにおいては、光学レンズの光軸を含む所定の平面において入射面の断面を曲線としてみたとき、入射面は、光軸と重なる点においてのみ曲線における接線の傾きが０となる形状を有することが好ましい。

また、上記［７］に記載の光学レンズにおいては、光学レンズの光軸を含む所定の平面において入射面の断面を曲線としてみたとき、入射面は、いずれの箇所においても曲線における接線と光軸とが平行とならないことも好ましい。

［８］本発明の光学レンズにおいては、前記射出面は、回転対称の非球面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、光軸を基準として回転対称に光を拡げることが可能となる。

上記［８］に記載の光学レンズにおいては、光学レンズの光軸を含む所定の平面において射出面の断面を曲線としてみたとき、射出面は、光軸と重なる点においてのみ曲線における接線の傾きが０となる形状を有することが好ましい。

また、上記［８］に記載の光学レンズにおいては、光学レンズの光軸を含む所定の平面において射出面の断面を曲線としてみたとき、射出面は、いずれの箇所においても曲線における接線と光軸とが平行とならないことが好ましい。

［９］本発明の光学レンズにおいては、前記傾斜部の表面は、粗面からなることが好ましい。

このような構成とすることにより、傾斜部で反射される光を散らすことが可能となり、その結果、従来の光学レンズよりも、光学モジュールとしたときに後段の光学要素に対してより一層均一な光を供給することが可能となる。

［１０］本発明の光学モジュールは、光を射出する光源と、本発明の光学レンズとを備えることを特徴とする。

本発明の光学モジュールによれば、本発明の光学レンズを備えるため、後段の光学要素に対して、従来の光学レンズを用いる光学モジュールよりも、均一性の高い光を供給することが可能となる。

［１１］本発明の光学モジュールにおいては、前記光源は、発光ダイオードからなることが好ましい。

このような構成とすることにより、一層の低消費電力化を達成することが可能となる。

また、本発明の光学レンズは発光ダイオードからなる光源とともに用いることに適する光学レンズであるため、このような場合にも、一層均一性の高い光を供給することが可能となる。

［１２］本発明のバックライト組立体は、回路基板と、前記回路基板上に配置される光学モジュールであって、本発明の光学モジュールとを備えることを特徴とする。

本発明のバックライト組立体によれば、本発明の光学モジュールを備えるため、品質の良い光を供給することが可能となる。

［１３］本発明の表示装置は、本発明のバックライト組立体と、前記バックライト組立体から供給される光を用いて画像を表示する表示パネルとを備えることを特徴とする。

本発明の表示装置によれば、本発明のバックライト組立体を備えるため、品質の良い光を用いて美麗な画像を表示することが可能となる。

実施形態１に係る光学レンズ１０を説明するために示す図である。 実施形態１に係る光学モジュール１００を説明するために示す図である。 実施形態１に係るバックライト組立体２００を説明するために示す斜視図である。 実施形態１に係る表示装置１０００を説明するために示す分解斜視図である。 実施形態２に係る光学レンズ３０を説明するために示す図である。 実施形態３に係る光学レンズ４０を説明するために示す図である。 実施形態４に係る光学レンズ５０を説明するために示す図である。 実施形態５に係る光学レンズ６０を説明するために示す図である。 実施形態６に係る光学レンズ７０を説明するために示す図である。 実施形態７に係る光学レンズ８０を説明するために示す図である。 実験例に係る光学レンズ９０ａによる光の分布を説明するために示す図である。 実験例に係る光学レンズ９０ｂによる光の分布を説明するために示す図である。 実験例に係る光学レンズ９０ｃによる光の分布を説明するために示す図である。 従来の光学レンズ９１０の断面図である。

以下、本発明の光学レンズ、光学モジュール、バックライト組立体及び表示装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。なお、以下の説明において「内径」というときは内周端の直径のことをいい、「外径」というときは外周端の直径のことをいう。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る光学レンズ１０を説明するために示す図である。図１（ａ）は光学レンズ１０の斜視図であり、図１（ｂ）は光学レンズ１０の断面図である。図１（ａ）においては、直接見えない輪郭線について破線で表示している。これは、後述する図５（ａ）〜図１０（ａ）においても同様である。
図２は、実施形態１に係る光学モジュール１００を説明するために示す図である。図２（ａ）は光学モジュール１００の分解斜視図であり、図２（ｂ）は光学モジュール１００の断面図である。図２の矢印は、射出面で反射された光が辿る経路を簡易的に表したものである。なお、図２（ｂ）に符号２１０で表したのは後述するバックライト組立体２００の回路基板であり、光学モジュール１００の構成要素ではない。
図３は、実施形態１に係るバックライト組立体２００を説明するために示す斜視図である。
図４は、実施形態１に係る表示装置１０００を説明するために示す分解斜視図である。

実施形態１に係る光学レンズ１０は、図１に示すように、光源２０（後述）の射出側に配置した状態で用いることにより、光源２０から射出される光の照明範囲を拡大する光学レンズであって、脚部１１と、入射面１２と、射出面１４と、底面１６とを備える光学レンズである。光学レンズ１０は、回転対称の形状を有する。光学レンズ１０は、例えば、アクリル系の樹脂からなる。なお、本発明の光学レンズは、アクリル系の樹脂以外の材料（例えば、ポリカーボネート系の樹脂、エポキシ系の樹脂、光学ガラス等。）からなるものであってもよい。
光学レンズ１０の直径は１４．９６ｍｍであり、脚部１１を含めた厚さは５．１５ｍｍであり、脚部を含めない厚さは５．１０ｍｍである。

脚部１１は、基板２４に光学レンズ１０を固定するためのものである。脚部１１は合計３本あり、直径は、例えば、全て１．００ｍｍである。
入射面１２は、光学レンズ１０を光源２０の射出側に配置したとき、光源２０を囲う凹面形状を有し、所定の第１外径を有する（図１（ｂ）参照。）。実施形態１においては、第１外径は４．２０ｍｍである。入射面１２は、回転対称の非球面からなる。
射出面１４は、凸面形状を有し、第１外径よりも大きい第２外径を有する。実施形態１においては、第２外径は１４．９６ｍｍである。射出面１８は、回転対称の非球面からなる。

底面１６は、入射面１２の外周端から射出面１４の外周端までの領域に位置し、第１平面部１７、傾斜部１８及び第２平面部１９を有する。第１平面部１７、傾斜部１８及び第２平面部１９は、表面が粗面（光学レンズ１０においては梨地）からなり、第１平面部１７については深さ平均値が８４μｍ〜８９μｍ、最低必要抜き勾配９．５°で、傾斜部１８については深さ平均値が８μｍ〜１２μｍ、最低必要抜き勾配２°で、第２平面部１９については深さ平均値が９μｍ〜１２μｍ、最低必要抜き勾配１．５°で梨地処理がなされている。

第１平面部１７は、入射面１２の外周端に接し、光学レンズ１０の光軸に対して垂直な平面からなる。第１平面部１７を光軸を中心とする環状領域として見たとき、第１平面部１７の内径は４．２０ｍｍであり、第１平面部１７の外径は６．００ｍｍである。
第２平面部１９は、射出面１４の外周端に接し、光学レンズ１０の光軸に対して垂直な平面からなる。第２平面部１９を光軸を中心とする環状領域として見たとき、第２平面部１９の内径は１２．７６ｍｍであり、第２平面部１９の外径は１４．９６ｍｍである。

傾斜部１８は、光学レンズ１０の光軸と平行な方向であって、射出面１４から入射面１２に向かう方向を第１方向とするとき、光学レンズ１０の光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する。傾斜部１８は、第１平面部１７と第２平面部１９との間に位置する。傾斜部１８を光軸を中心とする環状領域として見たとき、傾斜部１８の内径は６．００ｍｍであり、傾斜部１８の外径は１２．７６ｍｍである。また、傾斜部１８の厚みは０．５０ｍｍである。
光学レンズ１０の光軸を含む所定の平面（例えば、図１（ｂ）参照。）において、傾斜部１８は、直線からなる。傾斜部１８の傾斜角度は光学レンズの光軸に垂直な平面に対して５°〜３０°の範囲内にあり、例えば、約８．４°にある。

なお、入射面１２、射出面１４及び底面１６（第１平面部１７、傾斜部１８及び第２平面部１９）の面形状は、例えば、コンピューターによるシミュレーションにより決定することができる（後述する実験例参照。）。

実施形態１に係る光学モジュール１００は、図２に示すように、光を射出する光源２０と、実施形態１に係る光学レンズ１０とを備える。
光源２０は、白色発光ダイオードからなる。光源２０は、詳細な説明は省略するが、基板２２上に配設された発光部を蛍光体入り樹脂で封止したものである。なお、実施形態２以降の各光学レンズは、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様に、上記した光源２０に対応するように設計されている。

実施形態１に係るバックライト組立体２００は、図３に示すように、回路基板２１０と、回路基板２１０上に配置される光学モジュール１００とを備える。光学モジュールの配置形状、配置間隔、個数等は、バックライト組立体の規模（あるいは、バックライト組立体を用いる表示装置の規模）により任意に決定することができる。実施形態１においては、光学モジュール１００の配置間隔は３５ｍｍ〜５０ｍｍであり、配置形状は２６行１５列の長方形状であり、個数は３９０個である。なお、図３及び図４においては、光学モジュール１００の数や回路基板２１０の行数を少なく表示している。

実施形態１に係る表示装置１０００は、図４に示すように、バックライト組立体２００と、バックライト組立体２００からの光を導光する導光部材３００と、導光部材３００からの光を拡散して光の均一性をさらに高くする拡散部材４００と、バックライト組立体２００から供給される光を用いて画像を表示する表示パネル５００と、全体としての覆いであるトップシャーシ６００とを備える。表示パネル５００は、表示パネル５００を駆動する表示パネル駆動回路５１０を有する。
表示装置１０００における空間距離は、例えば、１０ｍｍ〜２７ｍｍである。
なお、表示装置全体としての構成は広く知られているため、本明細書においては、光学関連の構成要素を簡単に取り上げるに留める。

次に、実施形態１に係る光学レンズ１０、光学モジュール１００、バックライト組立体２００及び表示装置１０００の効果を説明する。

実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、底面１６が光学レンズの光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する傾斜部１８を有するため、射出面で反射された光が上記した特定の領域に集中してしまうのを緩和することが可能となり、その結果、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、凹面形状を有し所定の第１外径を有する入射面１２と、凸面形状を有し第１外径よりも大きい第２外径を有する射出面１４とを備えるため、従来の光学レンズと同様に、光源から射出される光の照明範囲を拡大し、単位面積当たりに必要な光源の数を減らすことが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、光の照明範囲を一層拡大しようとする場合に増加する光についても特定の領域に集中してしまうのを緩和することが可能であるため、均一性の高い光としたまま、空間距離を短くし、かつ、単位面積当たりに必要な光源の数を一層減らすことが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、底面１６は、入射面１２の外周端に接し、光学レンズ１０の光軸に対して垂直な平面からなる第１平面部１７と、射出面１４の外周端に接し、光学レンズ１０の光軸に対して垂直な平面からなる第２平面部１９とをさらに有し、傾斜部１８は、第１平面部１７と第２平面部１９との間に位置するため、射出面で反射される反射光が比較的多いと考えられる外周側に傾斜部が位置することとなり、かつ、最外周が平面からなる第２平面部であるため、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して一層均一性の高い光を供給することが可能となり、かつ、基板等に設置しやすい光学レンズとすることが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、光学レンズ１０は回転対称の形状を有し、光学レンズ１０の光軸を含む所定の平面において、傾斜部１８は直線からなるため、傾斜部が角度変化しながら傾斜している場合よりも、設計や加工を簡易なものとすることが可能となり、光学レンズのコストを低減することが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、傾斜部１８の傾斜角度は、光学レンズ１０の光軸に垂直な平面に対して５°〜３０°の範囲内にあるため、光が特定の領域に集中してしまうのを十分に緩和することが可能となり、かつ、上面視したときにおける傾斜部の面積割合を十分に広く取ることが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、入射面１２が回転対称の非球面からなるため、光軸を基準として回転対称に光を拡げることが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、射出面１４が回転対称の非球面からなるため、光軸を基準として回転対称に光を拡げることが可能となる。

また、実施形態１に係る光学レンズ１０によれば、傾斜部１８の表面が粗面からなるため、傾斜部で反射される光を散らすことが可能となり、その結果、従来の光学レンズよりも、光学モジュールとしたときに後段の光学要素に対してより一層均一な光を供給することが可能となる。

実施形態１に係る光学モジュール１００によれば、実施形態１に係る光学レンズ１０を備えるため、後段の光学要素に対して、従来の光学レンズを用いる光学モジュールよりも、均一性の高い光を供給することが可能となる。

また、実施形態１に係る光学モジュール１００によれば、光源２０が発光ダイオードからなるため、一層の低消費電力化を達成することが可能となる。また、実施形態１に係る光学レンズ１０は発光ダイオードからなる光源２０とともに用いることに適する光学レンズであるため、このような場合にも、一層均一性の高い光を供給することが可能となる。

実施形態１に係るバックライト組立体２００によれば、回路基板２１０上に配置される光学モジュールであって、実施形態１に係る光学モジュール１００を備えるため、品質の良い光を供給することが可能となる。

実施形態１に係る表示装置は、実施形態１に係るバックライト組立体２００を備えるため、品質の良い光を用いて美麗な画像を表示することが可能となる。

［実施形態２〜５］
図５は、実施形態２に係る光学レンズ３０を説明するために示す図である。
図６は、実施形態３に係る光学レンズ４０を説明するために示す図である。
図７は、実施形態４に係る光学レンズ５０を説明するために示す図である。
図８は、実施形態５に係る光学レンズ６０を説明するために示す図である。

実施形態２〜５に係る光学レンズ３０〜６０は、基本的には実施形態１に係る光学レンズ１０と同様の構成を有するが、各面の構成（パラメーター）が実施形態１に係る光学レンズ１０の場合とは異なる。

光学レンズ３０は、図５に示すように、脚部３１と、入射面３２と、射出面３４と、底面３６（第１平面部３７、傾斜部３８、第２傾斜部３９）とを備える光学レンズである。
光学レンズ４０は、図６に示すように、脚部４１と、入射面４２と、射出面４４と、底面４６（第１平面部４７、傾斜部４８、第２傾斜部４９）とを備える光学レンズである。
光学レンズ５０は、図７に示すように、脚部５１と、入射面５２と、射出面５４と、底面５６（第１平面部５７、傾斜部５８、第２傾斜部５９）とを備える光学レンズである。
光学レンズ６０は、図８に示すように、脚部６１と、入射面６２と、射出面６４と、底面６６（第１平面部６７、傾斜部６８、第２傾斜部６９）とを備える光学レンズである。

以下、実施形態１に係る光学レンズ１０との差異がある点について、表にして記載する。なお、記載を省略するが、傾斜角度以外の項目における単位は「ｍｍ」であり、傾斜角度における単位は「°」である。

光学レンズ ３０ ４０ ５０ ６０
直径 １５．５０ １５．５０ １５．５０ １９．７０
厚さ（脚部含む） ５．１０ ５．１０ ５．１０ ５．７０
厚さ（脚部含まず） ５．０５ ５．０５ ５．０５ ５．６２
脚部直径 １．００ １．００ １．００ １．６７
第１外径 ４．２１ ４．２２ ４．４０ ２．８６
第２外径 １５．５０ １５．５０ １５．５０ １９．７０
第１平面部の内径 ４．２１ ４．２２ ４．４０ ２．８６
第１平面部の外径 １０．５０ １０．５０ １０．５０ １２．５５
傾斜部の内径 １０．５０ １０．５０ １０．５０ １２．５５
傾斜部の外径 １３．３０ １３．３０ １３．３０ １８．７０
第２平面部の内径 １３．３０ １３．３０ １３．３０ １８．７０
第２平面部の外径 １５．５０ １５．５０ １５．５０ １９．７０
傾斜部の厚み ０．５０ ０．５０ ０．５０ ０．９０
傾斜角度 ２０．０ ２０．０ ２０．０ １４．９

なお、実施形態２〜４に係る光学レンズ３０〜５０の底面については、実施形態１の底面１６と同様に粗面からなり、梨地加工がなされている。
一方、実施形態５に係る光学レンズ６０の底面６６は、平滑面からなる。

実施形態２〜５に係る光学レンズ３０〜６０は、各面の構成（パラメーター）が実施形態１に係る光学レンズ１０とは異なるが、底面が光学レンズの光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する傾斜部を有するため、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様に、射出面で反射された光が上記した特定の領域に集中してしまうのを緩和することが可能となり、その結果、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

なお、実施形態２〜５に係る光学レンズ３０〜６０は、各面の構成（パラメーター）以外の点においては、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光学レンズ１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実施形態６］
図９は、実施形態６に係る光学レンズ７０を説明するために示す図である。

実施形態６に係る光学レンズ７０は、基本的には実施形態１に係る光学レンズ１０と同様の構成を有するが、底面が１つの平面部と傾斜部とを有する点で実施形態１に係る光学レンズ１０の場合とは異なる。

光学レンズ７０は、図９に示すように、脚部７１と、入射面７２と、射出面７４と、底面７６と、外周面７９とを備える光学レンズである。底面７６は、入射面７２の外周端に接し、光学レンズ７０の光軸に対して垂直な平面からなる平面部７７と、平面部７７の外周側に位置する傾斜部７８とを有する。
外周面７９は、射出面７４の外周端と傾斜部７８の外周端との間に設けられている曲面である。外周面７９は、表面が粗面（光学レンズ７０においては梨地）からなり、深さ平均値が９μｍ〜１２μｍ、最低必要抜き勾配１．５°で梨地処理がなされている。
以下、実施形態１に係る光学レンズ１０との差異がある点についてのみ記載する。

光学レンズ７０全体としての直径は１８．０１ｍｍであり、脚部７１を含めた厚さは５．８１ｍｍである。
脚部７１の直径は、２．０５ｍｍである。
実施形態６においては、第１外径は２．８７ｍｍである。
実施形態６においては、第２外径は１８．０１ｍｍである。
平面部７７及び傾斜部８８は、表面が粗面（光学レンズ７０においては梨地）からなり、平面部７７については深さ平均値が８４μｍ〜８９μｍ、最低必要抜き勾配９．５°で、傾斜部７８については深さ平均値が８μｍ〜１２μｍ、最低必要抜き勾配２°で梨地処理がなされている。

平面部７７を光軸を中心とする環状領域として見たとき、平面部７７の内径は２．８７ｍｍであり、平面部７７の外径は９．００ｍｍである。
傾斜部７８を光軸を中心とする環状領域として見たとき、傾斜部７８の内径は９．００ｍｍであり、傾斜部７８の外径は１７．５４ｍｍである。また、傾斜部７８の厚みは０．７５ｍｍである。
傾斜部７８の傾斜角度は光学レンズの光軸に垂直な平面に対して５°〜３０°の範囲内にあり、例えば、約９．９°にある。

実施形態６に係る光学レンズ７０は、底面が１つの平面部と傾斜部とを有する点が実施形態１に係る光学レンズ１０とは異なるが、底面７６は、光学レンズ７０の光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する傾斜部７８を有するため、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様に、射出面で反射された光を特定の場所以外へ向けて反射することが可能となり、その結果、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

また、実施形態６に係る光学レンズ７０によれば、底面７６は、入射面７２の外周端に接し、光学レンズ７０の光軸に対して垂直な平面からなる平面部７７を有し、傾斜部７８は、平面部７７の外周側に位置するため、射出面で反射される光が比較的多いと考えられる外周側に傾斜部が位置することとなるため、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して一層均一性の高い光を供給することが可能となる。

なお、実施形態６に係る光学レンズ７０は、底面が１つの平面部と傾斜部とを有する点以外の点においては、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光学レンズ１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実施形態７］
図１０は、実施形態７に係る光学レンズ８０を説明するために示す図である。

実施形態７に係る光学レンズ８０は、基本的には実施形態１に係る光学レンズ１０と同様の構成を有するが、底面が傾斜部のみを有する（平面部を有しない）点が実施形態１に係る光学レンズ１０の場合とは異なる。

光学レンズ８０は、図１０に示すように、脚部８１と、入射面８２と、射出面８４と、底面８６とを備える光学レンズである。底面８６は、入射面８２の外周端及び射出面８４の外周端の両方に接している傾斜部８８を有する。なお、傾斜部８８の外周端と射出面８４の外周端との間には、段差８７及び外周面８９が存在するが、これらは光学レンズの設置の都合上存在するものであり、傾斜部８８は射出面８４の外周端と実質的に（段差８７及び外周面８９を介して）接しているといえる。
以下、実施形態１に係る光学レンズ１０との差異がある点についてのみ記載する。

光学レンズ８０全体としての直径は１８．００ｍｍであり、脚部８１を含めた厚さは５．７５ｍｍである。
脚部８１の直径は、１．６７ｍｍである。
実施形態７においては、第１外径は２．８６ｍｍである。
実施形態７においては、第２外径は１８．００ｍｍである。
傾斜部８８は、表面が平滑面からなる。なお、表面が粗面からなる傾斜部としてもよい。

傾斜部８８を光軸を中心とする環状領域として見たとき、傾斜部８８の内径は２．８６ｍｍであり、傾斜部８８の外径は１７．５４ｍｍである。また、傾斜部８８の厚みは０．７５ｍｍである。
傾斜部８８の傾斜角度は光学レンズの光軸に垂直な平面に対して５°〜３０°の範囲内にあり、例えば、約５．００°にある。

実施形態７に係る光学レンズ８０は、底面が傾斜部のみを有する点が実施形態１に係る光学レンズ１０とは異なるが、底面８６は、光学レンズ８０の光軸から離れるに従って第１方向側に向かって傾斜する傾斜部８８を有するため、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様に、射出面で反射された光を特定の場所以外へ向けて反射することが可能となり、その結果、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

また、実施形態７に係る光学レンズ８０によれば、傾斜部８８は、入射面８２の外周端及び射出面８４の外周端の両方に接しているため、底面における傾斜部が占める割合が多くなることから、多くの光を光軸から離れる方向に反射することが可能となるため、光学モジュールとしたときに、従来の光学レンズよりも、後段の光学要素に対して一層均一性の高い光を供給することが可能となる。

なお、実施形態７に係る光学レンズ８０は、底面が傾斜部のみを有する点以外の点においては、実施形態１に係る光学レンズ１０と同様の構成を有するため、実施形態１に係る光学レンズ１０が有する効果のうち該当する効果をそのまま有する。

［実験例］
図１１は、実験例に係る光学レンズ９０ａによる光の分布を説明するために示す図である。図１１（ａ）は光学レンズ９０ａの断面図であり、図１１（ｂ）は照明対象における光の分布を示す図であり、図１１（ｃ）は光軸を中心として光の分布をグラフ化したものである。図１１（ｂ）においては、白色に近い領域ほど後段の光学要素に光が多く入射する領域であることを示し、これは、後述する図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）においても同様である。
なお、図１１（ｃ）におけるグラフにおいては、縦軸が輝度（単位：ｃｄ）、横軸が角度のグラフとなっている。これは、光源（光学モジュール）のレンズ表面と照度計の表面との距離が１ｍとなるように配置し、その状態で光源のレンズ表面を回転中心として光源を回転させ、各角度における輝度を計測したものである。後述する図１２（ｃ）及び図１３（ｃ）においても同様である。
図１１（ｃ）〜図１３（ｃ）のグラフにおいては、正面付近の輝度が低く、８０度付近の輝度が高くなっているが、これは、実際に光学モジュールを用いる場合において、後段の光学要素が平面であるため、後段の光学要素との距離が近い正面付近にはあまり強い光を射出する必要がなく、後段の光学要素との距離が遠い斜め方向には光の拡散を考慮して強い光を射出する必要があるためである。

図１２は、実験例に係る光学レンズ９０ｂによる光の分布を説明するために示す図である。図１２（ａ）は光学レンズ９０ｂの断面図であり、図１２（ｂ）は照明対象における光の分布を示す図であり、図１２（ｃ）は光軸を中心として光の分布をグラフ化したものである。
図１３は、実験例に係る光学レンズ９０ｃによる光の分布を説明するために示す図である。図１３（ａ）は光学レンズ９０ｃの断面図であり、図１３（ｂ）は照明対象における光の分布を示す図であり、図１３（ｃ）は光軸を中心として光の分布をグラフ化したものである。

なお、図１１（ｂ）〜図１３（ｂ）及び図１１（ｃ）〜図１３（ｃ）においては、光学レンズ９０ａに関する実験において、多くの光が入射した、光軸を中心とするリング状の狭い領域に相当する部分を図１１においては「ａ」、図１２においては「ｂ」、図１３においては「ｃ」で表示している。

実験例においては、実験例に係る光学レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃについて、後段の光学要素（光学レンズの直近後段にある透過部材）における光の様子を観察した。なお、当該実験例は、全てコンピューターでのシミュレーションにより行ったものである。

なお、光学レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃのうち、光学レンズ９０ａが従来の光学レンズに相当するものであり、光学レンズ９０ｂ，９０ｃが本発明の光学レンズに相当するものである。すなわち、光学レンズ９０ａの底面９６ａ（符号を図示せず。）は平面からなり、光学レンズ９０ｂ，９０ｃの底面９６ｂ，９６ｃ（符号を図示せず。）は傾斜部９８ｂ，９８ｃ（符号を図示せず。）を有する。なお、光学レンズ９０ａの底面９６ａは平面からなり、光学レンズ９０ａにおける傾斜部９８ｂの傾斜角度は９．９°であり、光学レンズ９０ｃにおける傾斜部９８ｃの傾斜角度は２０°であり、各傾斜部及び各平面部が平滑面からなることを除いては、光学レンズ９０ａ，９０ｂ，９０ｃの構成は実施形態７に係る光学レンズ８０と同様であるため、詳細な説明を省略する。
なお、光源における基板の上面から透過部材までの距離は１０ｍｍとした。

その結果、従来の光学レンズに相当する光学レンズ９０ａにおいては、後段の光学要素に不均一に光が入射し（多くの光が光軸を中心とするリング状の狭い領域に入射した。）、後段の光学要素に対して均一な光を供給することが困難であることがわかった（図１１参照。）。一方、本発明の光学レンズである光学レンズ９０ｂ，９０ｃにおいては、不均一に光が入射する部分（リング状の領域）が広くなるか、あるいは消散することが確認できた（図１２及び図１３参照。）。なお、傾斜部の表面が粗面からなる場合には、傾斜部で反射される光を散らすことができるため、不均一に光が入射する部分をぼやかしたり、完全に消散させることが可能となると考えられる。なお、光学レンズ９０ｂ（図１２（ｂ））においては、一見リング状の領域が広くなっており、後段の光学要素に入射する光の不均一さが増大してしまったように見えるが、上記のように粗面（梨地）で光を散らすことを考えた場合、リング状の領域が広い方が、リング状の領域が狭いよりも後段の光学要素に対して均一性の高い光を供給することが可能となる。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の様態において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記各実施形態において記載した各構成要素の寸法、個数、材質及び形状は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）上記実施形態１においては、「白色光として用いることができる光」を射出する光源を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。「白色光として用いることができる光」以外の光（例えば、赤色光、緑色光及び青色光といった単色光や、特定の色光成分を多く含む光）を射出する光源を用いてもよい。

（３）上記各実施形態１においては、表示装置に用いることを前提とする光学レンズを用いて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、照明装置に用いることを前提とする光学レンズとしてもよい。

１０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０ａ，９０ｂ，９０ｃ，９１０…光学レンズ、１１，３１，４１，５１，６１，７１，８１…脚部、１２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９１２…入射面、１４，３４，４４，５４，６４，７４，８４，９１４…射出面、１６，３６，４６，５６，６６，７６，８６，９１６…底面、１７，３７，４７，５７，６７，９１７…第１平面部、１８，３８，４８，５８，６８，７８，８８…傾斜部、１９，３９，４９，５９，６９，９１８…第２平面部、２０，９２０…光源、２２，９２２…基板、７７…平面部、１００，９００…光学モジュール、２００…バックライト組立体、２１０，９２４…回路基板、３００…導光部材、４００…拡散部材、５００…表示パネル、５１０…表示パネル駆動回路、６００…トップシャーシ、１０００…表示装置

Claims (13)

1. 光源の射出側に配置した状態で用いることにより、前記光源から射出される光の照明範囲を拡大する光学レンズであって、
   前記光学レンズを前記光源の射出側に配置したとき、前記光源を囲う凹面形状を有し、所定の第１外径を有する入射面と、
   凸面形状を有し、前記第１外径よりも大きい第２外径を有する射出面と、
   前記入射面の外周端から前記射出面の外周端までの所定の領域に位置する底面とを備え、
   前記光学レンズの光軸と平行な方向であって、前記射出面から前記入射面へ向かう方向を第１方向とするとき、
   前記底面は、前記光学レンズの光軸から離れるに従って前記第１方向側に向かって傾斜する傾斜部を有することを特徴とする光学レンズ。
2. 請求項１に記載の光学レンズにおいて、
   前記底面は、前記入射面の外周端に接し、前記光学レンズの光軸に対して垂直な平面からなる平面部をさらに有し、
   前記傾斜部は、前記平面部の外周側に位置することを特徴とする光学レンズ。
3. 請求項１に記載の光学レンズにおいて、
   前記傾斜部は、前記入射面の外周端及び前記射出面の外周端の両方に接していることを特徴とする光学レンズ。
4. 請求項１に記載の光学レンズにおいて、
   前記底面は、前記入射面の外周端に接し、前記光学レンズの光軸に対して垂直な平面からなる第１平面部と、前記射出面の外周端に接し、前記光学レンズの光軸に対して垂直な平面からなる第２平面部とをさらに有し、
   前記傾斜部は、前記第１平面部と前記第２平面部との間に位置することを特徴とする光学レンズ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の光学レンズにおいて、
   前記光学レンズは回転対称の形状を有し、
   前記光学レンズの光軸を含む所定の平面において、前記傾斜部の表面は、直線からなることを特徴とする光学レンズ。
6. 請求項５に記載の光学レンズにおいて、
   前記傾斜部の傾斜角度は、前記光学レンズの光軸に垂直な平面に対して５°〜３０°の範囲内にあることを特徴とする光学レンズ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学レンズにおいて、
   前記入射面は、回転対称の非球面からなることを特徴とする光学レンズ。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の光学レンズにおいて、
   前記射出面は、回転対称の非球面からなることを特徴とする光学レンズ。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の光学レンズにおいて、
   前記傾斜部の表面は、粗面からなることを特徴とする光学レンズ。
10. 光を射出する光源と、
    請求項１〜９のいずれかに記載の光学レンズとを備えることを特徴とする光学モジュール。
11. 請求項１０に記載の光学モジュールにおいて、
    前記光源は、発光ダイオードからなることを特徴とする光学モジュール。
12. 前記回路基板上に配置される光学モジュールであって、請求項１０又は１１に記載の光学モジュールとを備えることを特徴とするバックライト組立体。
13. 請求項１２に記載のバックライト組立体と、
    前記バックライト組立体から供給される光を用いて画像を表示する表示パネルとを備えることを特徴とする表示装置。

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