專利名稱：照明用透鏡、發(fā)光裝置、面光源和液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使例如發(fā)光二極管等的光源的指向性擴(kuò)展的照明用透鏡、和使用該照 明用透鏡的照明裝置。此外，本發(fā)明還涉及具有多個(gè)照明裝置的面光源、和使該面光源作為 背光源配置在液晶面板后方的液晶顯示裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的大型液晶顯示裝置的背光源中，冷陰極管被大多配置在液晶面板正下 方，這些冷陰極管與擴(kuò)散板或反射板等的部件一起使用。近年來，發(fā)光二極管被作為背光源 的光源使用。發(fā)光二極管近年來效率提高，作為取代熒光燈的消耗功率少的光源值得期待。 另外作為液晶顯示裝置用光源，能夠根據(jù)映像控制發(fā)光二極管的明暗，從而降低液晶顯示 裝置的消耗功率。在液晶顯示裝置的以發(fā)光二極管作為光源的背光源中，配置大量的發(fā)光二極管替 代冷陰極管。通過使用大量的發(fā)光二極管，能夠在背光源表面得到均勻的亮度，但大量需要 發(fā)光二極管則存在不能確保價(jià)格低廉的問題。于是試圖加大一個(gè)發(fā)光二極管的輸出功率以 減少發(fā)光二極管的使用個(gè)數(shù)，例如在專利文獻(xiàn)1中提出有一種透鏡，其中即使在少量個(gè)數(shù) 的發(fā)光二極管下也能夠得到均勻的面光源。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 專利第3875247號(hào)為了在少量個(gè)數(shù)的發(fā)光二極管下得到均勻的面光源，需要使一個(gè)發(fā)光二極管照明 的被照明區(qū)域加大。即，需要將自發(fā)光二極管的光進(jìn)行擴(kuò)張以擴(kuò)展其指向性。為此在專利 文獻(xiàn)1中，將用于控制芯片狀的發(fā)光二極管的指向性且在平面視為圓形的透鏡配置在發(fā)光 二極管之上。該透鏡的形狀為，使光出射的出射面中的光軸附近部分為凹面、且其外側(cè)部分 為與凹面接連的凸面。發(fā)光二極管中，在發(fā)光二極管的芯片的正面方向上發(fā)出最多的光，在專利文獻(xiàn)1 所公開的透鏡中，由光軸附近的凹面通過使來自芯片的朝向正面方向的光折射而使其發(fā) 散。由此，能夠抑制被照射面中的光軸附近的照度，達(dá)到有一定擴(kuò)展的照度分布。但是，在專利文獻(xiàn)1的透鏡中，由于存在使來自光源的光折射的必要性，所以需要 將凹面和凸面之間的高低差抑制得小到某程度，在擴(kuò)展光源的指向性上就存在局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可以進(jìn)一步擴(kuò)展光源的指向性的照明用透鏡，并且 提供包含該照明用透鏡的發(fā)光裝置、面光源和液晶顯示裝置。為了達(dá)成所述目的，本發(fā)明的發(fā)明者認(rèn)為，如何使發(fā)光二極管的在芯片的正面方 向上行進(jìn)的強(qiáng)光在周圍配光，這在用于進(jìn)一步擴(kuò)展指向性上很重要。構(gòu)想出通過有系統(tǒng)地 使用全反射而使發(fā)光二極管的沿其芯片的正面方向行進(jìn)的光在周圍配光。本發(fā)明從這一觀點(diǎn)出發(fā)而達(dá)成。S卩，本發(fā)明提供一種照明用透鏡，是將來自光源的光擴(kuò)張并照射到被照射面的照 明用透鏡，其中，該照明用透鏡具有來自光源的光入射的入射面、和使入射的光出射的且 相對(duì)于光軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的出射面，所述出射面具有朝向所述光軸上的點(diǎn)凹陷的第一出射 面、和從該第一出射面的周緣部向外側(cè)擴(kuò)展且形成凸面的第二出射面，所述第一出射面包 括如下區(qū)域在以所述光軸上的所述光源的位置為基點(diǎn)時(shí)，使從所述基點(diǎn)放射并到達(dá)該第 一出射面的放射光之中的、與所述光軸的角度低于規(guī)定角度的放射光透過的透過區(qū)域；使 從所述基點(diǎn)放射并達(dá)到該第一出射面的放射光之中的、與所述光軸的角度在所述規(guī)定角度 以上的放射光全反射的全反射區(qū)域，所述第二出射面具有使從所述基點(diǎn)放射并到達(dá)該第 二出射面的放射光大體總量透過的形狀。在此，所述“大體總量”是指總量的90%以上，可以是總量，也可以是比總量稍少一
點(diǎn)的量。另外，本發(fā)明還提供一種發(fā)光裝置，其具有使光放射的發(fā)光二極管、和將自所述發(fā) 光二極管的光擴(kuò)張并照射到被照射面的照明用透鏡，其中，所述照明用透鏡是上述的照明 用透鏡。此外，本發(fā)明提供一種面光源，其具有平面配置的多個(gè)發(fā)光裝置、和擴(kuò)散板，該擴(kuò) 散板以覆蓋所述多個(gè)發(fā)光裝置的方式配置，使從所述多個(gè)發(fā)光裝置照射到其一個(gè)面上的光 以從其另一個(gè)面擴(kuò)散的狀態(tài)放射，所述多個(gè)發(fā)光裝置分別為上述發(fā)光裝置。另外，本發(fā)明提供一種液晶顯示裝置，其具有液晶面板和在所述液晶面板的背面 側(cè)所配置的上述面光源。根據(jù)上述構(gòu)造，從光源出射、且到達(dá)位于第一出射面的中心側(cè)的透過區(qū)域的光之 大部分，由透過區(qū)域折射并照射到被照射面中的以透鏡的光軸為中心的區(qū)域。另一方面，從 光源出射、且到達(dá)位于第一出射面的外周側(cè)的全反射區(qū)域的光之大部分，會(huì)由全反射區(qū)域 進(jìn)行全反射，且當(dāng)例如照明用透鏡的入射面?zhèn)扰湓O(shè)有反射板時(shí)，會(huì)最終被照射到被照射面 中的從透鏡的光軸遠(yuǎn)離的區(qū)域。此外，從光源出射并到達(dá)第二出射面的光之大部分，由第二 出射面折射而被照射到被照射面中的從透鏡的光軸遠(yuǎn)離的區(qū)域。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以進(jìn) 一步擴(kuò)展光源的指向性。因此，與以凹面僅進(jìn)行折射的現(xiàn)有的透鏡相比，也可以進(jìn)一步減小 透鏡的外徑。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1的照明用透鏡的構(gòu)造圖。圖2是圖1的要部放大圖。圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的構(gòu)造圖。圖4是到達(dá)本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的第一出射面的透過區(qū)域的光線的光 路圖。圖5是到達(dá)本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的第一出射面的全反射區(qū)域的光線的 光路圖。圖6是從本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的第二出射面所出射的光線的光路圖。圖7是變形例的照明用透鏡的構(gòu)造圖。
圖8是圖7的要部放大圖。圖9是說明本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例1 3的構(gòu)造圖。圖10表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例1的出射面形狀，是表示θ i 與sagY的關(guān)系的曲線圖(將表1圖形化)。圖11表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例2的出射面形狀，是表示θ i 與sagY的關(guān)系的曲線圖(將表2圖形化)。圖12表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例3的出射面形狀，是表示θ i 與sagY的關(guān)系的曲線圖(將表3圖形化)。圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例1的r/R與θ 系的曲線圖。圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例2的r/R與θ 系的曲線圖。圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例3的r/R與θ 系的曲線圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例1的照度分布。圖17是本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例2的照度分布。圖18是本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置的實(shí)施例3的照度分布。圖19是用于確認(rèn)實(shí)施例1 3的效果的僅發(fā)光二極管的照度分布。圖20是本發(fā)明的實(shí)施方式3的面光源的構(gòu)造圖。圖21是本發(fā)明的實(shí)施方式3的面光源的部分性剖面圖。圖22是在本發(fā)明的實(shí)施方式3的面光源中使用實(shí)施例1的發(fā)光裝置時(shí)的照度分 布。圖23是在本發(fā)明的實(shí)施方式3的面光源中使用實(shí)施例2的發(fā)光裝置時(shí)的照度分布。圖24是在本發(fā)明的實(shí)施方式3的面光源中使用實(shí)施例3的發(fā)光裝置時(shí)的照度分布。圖25是用于確認(rèn)實(shí)施例1 3的效果的僅以發(fā)光二極管構(gòu)成發(fā)光裝置時(shí)的面光 源的照度分布。圖26是本發(fā)明的實(shí)施方式4的液晶顯示裝置的構(gòu)造圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施方式1)一邊參照附圖，一邊對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式1的照明用透鏡進(jìn)行說明。圖1是實(shí)施 方式1的照明用透鏡1的構(gòu)造圖。照明用透鏡1配置在具有指向性的光源(圖1中省略) 與被照射面3之間，將來自光源的光擴(kuò)張并照射到被照射面3上。S卩，通過照明用透鏡1將 光源的指向性擴(kuò)展。被照射面3的照度分布在照明用透鏡1的設(shè)計(jì)上的中心線即光軸A上 達(dá)到最大、越向周圍行進(jìn)就越大致單調(diào)地減少。還有，光源和照明用透鏡1按照彼此的光軸 一致的方式配置。具體來說，照明用透鏡1具有來自光源的光入射的入射面11、和使入射的光出射
i- θ η的關(guān) i- θ η的關(guān) i- θ η的關(guān)的出射面12。另外，照明用透鏡1具有在入射面11的周圍朝向與出射面12反對(duì)側(cè)的底面 13。此外，照明用透鏡1在出射面12的外側(cè)具有連接出射面12的周邊(周緣)和底面13 的外周邊(外周緣)的外周面14。入射面11不需要相對(duì)于光軸A為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。在本實(shí)施方式中，入射面11比包圍 該入射面11的環(huán)狀的底面13更靠近出射面12，在由它們的級(jí)差形成的凹陷中使光源嵌入。 但是，入射面11也可以與底面13位于同一平面上。這種情況下，與光源光學(xué)性地接合的區(qū) 域?yàn)槿肷涿?1。還有，入射面11未必需要與光源直接接合，例如也可以在與光源之間形成 空氣層而凹陷成半球狀。出射面12相對(duì)于光軸A旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。出射面12是對(duì)光源的光量的規(guī)定量(例如 90% )以上的光進(jìn)行控制的區(qū)域(自圖1所示的點(diǎn)B內(nèi)側(cè)的區(qū)域)，出射面12從光軸方向 觀看時(shí)的直徑是照明用透鏡1的有效直徑。外周面14在本實(shí)施方式中形成與出射面12接連的曲面，但是也可以為截面直線 狀的錐面。或者雖然圖示省略，也可以在照明用透鏡上設(shè)置從出射面12的周邊遍及全周而 突出的環(huán)部，該環(huán)部的端面成為外周面14。另外，外周面14不需要相對(duì)于光軸A為旋轉(zhuǎn)對(duì) 稱，例如外周面14也可以具有以夾隔光軸A的方式相互平行的一對(duì)平面部，照明用透鏡1 從光軸方向觀看時(shí)為橢圓形。來自光源的光從入射面11入射到照明用透鏡1內(nèi)后，從出射面12出射，到達(dá)被照 射面3。從光源放射的光在出射面12的作用下被擴(kuò)張，就可到達(dá)被照射面3的較寬的范圍。作為光源，例如能夠采用發(fā)光二極管。發(fā)光二極管大多是矩形板狀的芯片。作為 優(yōu)選，照明用透鏡1的入射面11也按照與發(fā)光二極管密接的方式為與發(fā)光二極管的形狀匹 配的形狀。發(fā)光二極管經(jīng)由接合劑與照明用透鏡1的入射面11相接，與入射面11光學(xué)性 地接合。雖然發(fā)光二極管通常以不與空氣接觸的方式由封閉樹脂覆蓋，但由于照明用透鏡1 起到了密封樹脂的作用，因此不需要另行配置密封樹脂。作為現(xiàn)有的發(fā)光二極管的密封樹 脂，使用環(huán)氧樹脂或硅橡膠等。照明用透鏡1由具有規(guī)定的折射率的透明材料構(gòu)成。透明材料的折射率例如從 1. 4至1. 5左右。作為這樣的透明材料，能夠使用環(huán)氧樹脂、硅樹脂、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯 等的樹脂，或者硅橡膠等的橡膠。其中，優(yōu)選使用作為發(fā)光二極管的密封樹脂所使用的環(huán)氧 樹脂或硅橡膠等。出射面12由第一出射面121和第二出射面122構(gòu)成，第一出射面121朝向光軸A 上的點(diǎn)凹陷，第二出射面122從該第一出射面121的周緣部向外側(cè)擴(kuò)展且形成凸面。從入 射面11入射到照明用透鏡1的內(nèi)部的光具有大的角度范圍。與光軸A的角度較小的光到 達(dá)第一出射面121，與光軸A的角度較大的光到達(dá)第二出射面122。接著，對(duì)于第一出射面121和第二出射面122的形狀進(jìn)行說明。為此，首先規(guī)定基 點(diǎn)Q，假定放射光從該基點(diǎn)Q放射。在此，所謂基點(diǎn)Q是光軸A上的光源的位置，當(dāng)作為光源 采用發(fā)光二極管時(shí)就是光軸A和發(fā)光二極管的正面即出射面之交點(diǎn)。S卩，基點(diǎn)Q從入射面 11隔離開上述的接合劑的厚度部分。然后，從基點(diǎn)Q放射的放射光，在將第一出射面121與 第二出射面122的邊界和基點(diǎn)Q連接之連接線和光軸A所形成的夾角θ b為界的前提下， 分別到達(dá)第一出射面121和第二出射面122。如圖2所示，第一出射面121由透過區(qū)域123和全反射區(qū)域124構(gòu)成，透過區(qū)域123使從基點(diǎn)Q放射并到達(dá)該第一出射面121的放射光之中的、與光軸A的角度低于規(guī)定角 度θ ρ的放射光透過，全反射區(qū)域124使從基點(diǎn)Q放射并到達(dá)該第一出射面121的放射光 之中的、與光軸A的角度在規(guī)定角度θ ρ以上的放射光全反射。g卩，θ ρ是在透過區(qū)域123 和全反射區(qū)域124的邊界上的點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)P時(shí)、連接點(diǎn)P和基點(diǎn)Q之直線與光軸A所形成的夾角。另一方面，第二出射面122具有使從基點(diǎn)Q放射并到達(dá)該第二出射面122的放射 光大體總量透過的形狀。越是趨于第二出射面122的外側(cè)，來自基點(diǎn)Q的放射光與光軸A的 角度就越大，但是，相對(duì)于放射光到達(dá)第二出射面122的點(diǎn)的法線的、放射線的光線角度， 是對(duì)第二出射面122的入射角，若入射角變得過大則發(fā)生全反射。為了不發(fā)生全反射，需要 使入射角不要太大，于是第二出射面122的形狀就為隨著從光軸A遠(yuǎn)離而法線與光軸A的 角度增大這樣的形狀、即為凸面。還有，第二出射面122不一定要使從基點(diǎn)Q放射的放射光在遍及整個(gè)面的范圍透 過(即，使總量透過)，其也可以具有使從基點(diǎn)Q放射的放射光的一部分全反射而使其余透 過的形狀。如果是以上這種照明用透鏡1，則從光源出射且到達(dá)第一出射面121的位于中心 側(cè)的透過區(qū)域123的光之大部分，由透過區(qū)域123折射并被照射到被照射面3中的以透鏡 的光軸A為中心的區(qū)域。另一方面，從光源出射到達(dá)第一出射面121的位于外周側(cè)的全反 射區(qū)域124的光之大部分，被全反射區(qū)域124全反射，當(dāng)例如在照明用透鏡1的入射面11 側(cè)配設(shè)有反射板時(shí)，最終會(huì)被照射到被照射面3中的從透鏡的光軸A遠(yuǎn)離的區(qū)域。此外，從 光源出射且到達(dá)第二出射面122的光之大部分，由第二出射面122折射而被照射到被照射 面3中的從透鏡的光軸A遠(yuǎn)離的區(qū)域。因此，根據(jù)本實(shí)施方式的照明用透鏡1，可以進(jìn)一步 擴(kuò)展光源的指向性。因此，與由凹面僅折射的現(xiàn)有的透鏡相比，也可以進(jìn)一步減小透鏡的外 徑。以上，對(duì)于本實(shí)施方式的照明用透鏡1的基本的形態(tài)進(jìn)行了說明，以下對(duì)于本實(shí) 施方式的照明用透鏡1的優(yōu)選形態(tài)進(jìn)行說明。前述的將第一出射面121和第二出射面122的邊界與基點(diǎn)Q連接的直線同光軸A 的夾角θ b(參照?qǐng)D1)優(yōu)選滿足下式(1)。20° < θ b < 40° ... (1)式(1)是規(guī)定第一出射面121的范圍的公式，第一出射面121的范圍由與基點(diǎn)Q的 角度(極坐標(biāo))來定義，賦予能夠?qū)⒃诒徽丈涿?中的以透鏡的光軸A為中心的區(qū)域(以下 稱為“光軸附近”。)所照射的光和在被照射面3中的從透鏡的光軸A遠(yuǎn)離的區(qū)域(以下稱 為“外周區(qū)域”。)所照射的光進(jìn)行適量分割的范圍。若θ b達(dá)到40°以上，則第一出射面 121的范圍變大，由于來自光源的光軸附近的光向外側(cè)被過多地分配，因此被照射面3的光 軸附近的照度不足發(fā)生，而產(chǎn)生照度不均勻。另外，若9b在20°以下，則第一出射面121 的范圍變小，照射到被照射面3中的光軸附近的的光就變多，另一方面，照射到外周區(qū)域的 光不足，因此不僅產(chǎn)生照度不均勻，而且還使指向性狹窄。另外，如圖2所示，設(shè)第一出射面121與光軸A相交的點(diǎn)為點(diǎn)C，此外設(shè)點(diǎn)C與基點(diǎn) Q之間的距離為d，連接點(diǎn)C與前述的點(diǎn)P的直線的長度為a時(shí)，優(yōu)選滿足下式(2)。1. 10 < a/(dXtan θ ρ) < 1. 30 ... (2)
式(2)是規(guī)定第一出射面121中的透過區(qū)域123的范圍的公式，是表示照射到被 照射面3中的光軸附近的光的量之式子。若式(2)中的“a/(dXtan θ ρ) ”達(dá)到1. 30以上， 則在透過區(qū)域123透過的光的量過多，被照射面3中的光軸附近的照度變高，產(chǎn)生照度不均 勻。反之，若式(2)中的“a/(dXtanep)”在1.10以下，則在透過區(qū)域123透過的光的量 過度減少，被照射面3中的光軸附近的照度變低，產(chǎn)生照度不均勻。此外，如圖2所示，設(shè)光軸A上的照明用透鏡1的厚度(即，從點(diǎn)C到入射面11的 距離)為d’，設(shè)照明用透鏡1的最外徑為R時(shí)，優(yōu)選滿足下式(3)，d，/2R < 0. 25 ... (3)并且，在經(jīng)由照明用透鏡1對(duì)被照射面3進(jìn)行照明的情況下的、以光軸中心照度為 1而被標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的在被照射面3上的照度分布曲線中的照度0. 2以上的分布寬度設(shè)為δ L, 在僅由光源對(duì)被照射面3進(jìn)行照明的情況下的、以光軸中心照度為1而被標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的被照 射面3上的照度分布曲線中的照度0. 2以上的分布寬度設(shè)為δ s時(shí)，優(yōu)選滿足下式(4)。2. 0 < δ L/ δ s < 4. 0 ... (4)若式(3)中的“d’ /2R”達(dá)到0.25以上而不滿足式(3)時(shí)，則出射面12中的第一 出射面121和第二出射面122的平衡破壞，發(fā)生照度不均勻。式(4)中的“”表示照明用透鏡的有無所引起的照度分布的比，若其達(dá)到 4.0以上，則指向性變寬，但照明范圍過寬，發(fā)生照度不足。反之，若在2.0以下，則透鏡自身 變大，小型性和性價(jià)比變差。指向性變得狹窄。還有，本發(fā)明的照明用透鏡也可以適用于發(fā)光二極管以外的光源(例如激光或有 機(jī) EL)。(變形例)接下來，參照?qǐng)D7和圖8，說明變形例的照明用透鏡1’。還有，對(duì)與上述的照明用 透鏡1相同的構(gòu)成部分賦予相同的符號(hào)。在該照明用透鏡1’中，第一出射光121具有由反射層126覆蓋的正反射區(qū)域125， 以之取代全反射區(qū)域124(參照?qǐng)D2)。因此，從基點(diǎn)Q放射并到達(dá)該第一出射面121的放射 光之中的、與光軸A的角度為規(guī)定角度θ ρ以上的放射光被反射層126正反射。還有，被正 反射的放射光的光路與全反射的情況相同。反射層126可以由在正反射區(qū)域125涂布反射 性的材料并使之硬化的反射膜構(gòu)成，也可以由貼附在正反射區(qū)域125上的反射片構(gòu)成。在如本變形例利用正反射時(shí)，與利用全反射的情況相比，能夠緩和第一出射面121 的角度，能夠加大透鏡形狀的設(shè)計(jì)的自由度。還有，正反射區(qū)域125也可以具有與全反射區(qū) 域124相同的形狀。即，正反射區(qū)域125在沒有反射層126時(shí)也可以成為如下形狀從基點(diǎn) Q放射并到達(dá)第一出射面121的放射光之中的、與光軸A的角度在規(guī)定角度θ ρ以上的放射 光被全反射。(實(shí)施方式2)圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式2的發(fā)光裝置7的構(gòu)造圖。該發(fā)光裝置7具有使光放射 的發(fā)光二極管2、和將自發(fā)光二極管2的光進(jìn)行擴(kuò)張并照射到被照射面3的實(shí)施方式1中說 明的照明用透鏡1。就發(fā)光二極管2而言，在照明用透鏡1的入射面11由接合劑密接地配置、且被光 學(xué)性地接合。從照明用透鏡1的出射面12出射的光到達(dá)被照射面3而對(duì)被照射面3進(jìn)行照明。發(fā)光二極管2內(nèi)的發(fā)光是不具有指向性的發(fā)光，但發(fā)光區(qū)域的折射率為2. 0以上， 若光侵入到折射率低的區(qū)域，則在界面的折射的影響下，在界面的法線方向上具有最大的 強(qiáng)度，從法線方向起角越變大，光的強(qiáng)度就越小。如此發(fā)光二極管2具有指向性，為了對(duì)寬 闊的范圍進(jìn)行照明，需要由照明用透鏡1將指向性擴(kuò)展。圖4是發(fā)光裝置7的光路圖。圖4中說明的是，來自光源的光之中的、以小角度出 射并到達(dá)第一出射面121的透過區(qū)域123 (參照?qǐng)D2)的光線的光路。從發(fā)光二極管2出射 的光透過入射面11且到達(dá)第一出射面121的透過區(qū)域123。所到達(dá)的光在第一出射面121 的透過區(qū)域折射且透過、然后到達(dá)被照射面3。圖5是發(fā)光裝置7的光路圖。圖5中說明的是，來自光源的光之中的、以小角度出 射并到達(dá)第一出射面121的全反射區(qū)域124(參照?qǐng)D2)的光線的光路。從發(fā)光二極管2出 射的光透過入射面11且到達(dá)第一出射面121的全反射區(qū)域124。通過第一出射面121的 全反射區(qū)域124使所到達(dá)的光發(fā)生全反射。與光軸A接近的光經(jīng)全反射而達(dá)到第二出射面 122后，在第二出射面122折射且透過。而且，在照明用透鏡1的入射面11側(cè)配設(shè)有反射板 時(shí)，在第二出射面122透過的光的大體總量都會(huì)到達(dá)被照射面3。另一方面，從光軸A離開 的光經(jīng)全反射到達(dá)第二出射面122后，在照明用透鏡1內(nèi)反射重復(fù)1次以上，由此在出射面 12折射且透過，到達(dá)被照射面3。圖6是發(fā)光裝置7的光路圖。圖6中說明的是，來自光源的光之中的、以大角度出 射而到達(dá)第二出射面122的光線的光路。從發(fā)光二極管2出射的光透過入射面11而到達(dá) 第二出射面122。所達(dá)到的光在第二出射面122不具有使一部分的光全反射的形狀時(shí)其大 體總量在第二出射面122折射且透過，其后到達(dá)被照射面3。以下，作為本發(fā)明的具體的數(shù)值例，表示實(shí)施例1 3。圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式2的實(shí)施例1 3的發(fā)光裝置的構(gòu)造圖。本實(shí)施例1是 以0.45mm角的發(fā)光二極管為光源、且以擴(kuò)展指向性為目的的設(shè)計(jì)例。圖9中的θ i是將光 軸A上的光源位置(基點(diǎn)Q)和出射面12上的任意的位置連接的直線與光軸A的角度。另 外，圖9中的θ n是所述出射面12上的任意的位置的出射面12的法線、換言之就是在從 光軸A上的光源位置(基點(diǎn)Q)起為θ i的角度方向上所放射的光到達(dá)出射面12位置的出 射面12的法線與光軸A所形成的夾角。此外，圖9中的sagY是從光軸A上的光源位置(基 點(diǎn)Q)到所述出射面12上的任意的位置為止在光軸方向上所測量的的距離。(實(shí)施例1)接下來將實(shí)施例1的具體的數(shù)值表示在表1中。[表 1]圖10是有關(guān)表1的ei和SagY被圖形化后的曲線圖。另外，圖13中表示r/R與 θ -θη的關(guān)系的曲線圖。在此，r/R是將從光軸A至所述出射面12上的任意的位置為止 的在與入射面11平行的方向上的距離由透鏡最外半徑被標(biāo)準(zhǔn)化后的值(r 從光軸A至所 述出射面12上的任意的位置為止的在與入射面11平行的方向上的距離，R 透鏡最外半徑 (參照?qǐng)D9))。θ i-θ η是相對(duì)于以θ i的角度放射的放射光到達(dá)出射面12的點(diǎn)的法線的、放 射線的光線的角度，表示對(duì)出射面12的入射角。就第一出射面121的全反射區(qū)域124的 條件而言，因?yàn)闃?gòu)成本實(shí)施例1的透鏡的透明材料的折射率為1. 41，所以是θ i- θ n為 45. 172°以上。因此圖13表示在本實(shí)施例1中第一出射面121的光軸附近的狹窄的范圍 為透過區(qū)域123、從光軸離開的寬闊范圍為全反射區(qū)域124。另外圖13還表示在本實(shí)施例 1中第二出射面122將從基點(diǎn)Q放射的放射光在遍及整體面的范圍進(jìn)行全反射。另外在本實(shí)施例1中，圖2所示的d為0. 485mm，θ ρ為4. 2°，a為0. 042mm。因 此，a/(dXtan θ ρ) = 1. 17，滿足上式(2)。此夕卜，在本實(shí)施例1中，圖2所示的d，為0. 48謹(jǐn)，R為1. 95謹(jǐn)。因此d，/2R = 0. 12，滿足上式(3)。圖16表示在配置實(shí)施例1的發(fā)光裝置(圖10的照明用透鏡和發(fā)光二極管)且在 從發(fā)光二極管離開8mm的位置配置被照射面的情況下的、通過計(jì)算所求得的被照射面的照 度分布。圖19表示在僅配置與圖16的情形相同的發(fā)光二極管且在從發(fā)光二極管離開8mm 的位置配置被照射面的情況下的、通過計(jì)算所求得的被照射面的照度分布。還有，圖16和 圖19表示以光軸中心照度為1而被標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的被照射面的照度分布曲線。若比較圖16和 圖19，則可知在照明用透鏡的效果下，能夠?qū)⒈徽丈涿鎸掗煹卣彰?。此外，圖16中的照度分布曲線中的照度0. 2以上的分布寬度δ ^為0. 48，圖19中
的照度分布曲線中的照度0.2以上的分布寬度Ss為0.2。因此，δ夕Ss = 2. 4，滿足上式 ⑷。(實(shí)施例2)
接下來將實(shí)施例2的具體的數(shù)值表示在表2中。[表 2]
從發(fā)光二極管離開8mm的位置配置被照射面的情況下的、通過計(jì)算所求得的被照射面的照 度分布。還有，圖18與圖16 —樣，表示以光軸中心照度為1而被標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的被照射面的照 度分布曲線。若比較圖18和圖19，則可知在照明用透鏡的效果下，能夠?qū)⒈徽丈涿鎸掗煹?照明。此外，圖18中的照度分布曲線中的照度0.2以上的分布寬度δ,為0.56。因此， δ L/ δ s = 2. 8，滿足上式(4)。(實(shí)施方式3)圖20是本發(fā)明的實(shí)施方式3的面光源8的構(gòu)造圖。該面光源8具有平面配置的 在實(shí)施方式2中說明的多個(gè)發(fā)光裝置7、和以覆蓋這些發(fā)光裝置7的方式被配置的擴(kuò)散板 4。還有，發(fā)光裝置7可以如圖20所示配置成矩陣狀，也可以配置成錯(cuò)列狀。另外，面光源8具有以夾隔發(fā)光裝置7的方式與擴(kuò)散板4對(duì)向的基板65。在基板 65上，如圖21所示，裝配有各發(fā)光裝置7的發(fā)光二極管2。在本實(shí)施方式中，在基板65上 配置反射板6，在避開發(fā)光二極管2的同時(shí)覆蓋基板65。還有，在本實(shí)施方式中，照明用透 鏡1的入射面11和其周圍的底面13位于同一平面上。發(fā)光裝置7對(duì)擴(kuò)散板4的一個(gè)面4a進(jìn)行光照射。即，擴(kuò)散板4的一個(gè)面4a成為 實(shí)施方式1和實(shí)施方式2中說明的被照射面3。擴(kuò)散板4將照射到一個(gè)面4a的光以從另一 個(gè)面4b擴(kuò)散的狀態(tài)放射。從各個(gè)發(fā)光裝置7對(duì)擴(kuò)散板4的一個(gè)面4a照射在寬闊范圍被均 一化的照度的光，該光由擴(kuò)散板4擴(kuò)散，由此能夠得到面內(nèi)的亮度不均勻少的面光源。來自發(fā)光裝置7的光被擴(kuò)散板4散射后，或返回到發(fā)光裝置側(cè)、或透過擴(kuò)散板4。 返回到發(fā)光裝置側(cè)并入射到反射板6的光，由反射板6反射，再次入射到擴(kuò)散板4。圖22表示在將由圖10的照明用透鏡和發(fā)光二極管構(gòu)成的實(shí)施例1的發(fā)光裝置 以20mm間距在一條直線上配置4個(gè)，在發(fā)光二極管離開8mm的位置配置擴(kuò)散板的情況下 的、通過計(jì)算所求得的擴(kuò)散板入射面(發(fā)光裝置側(cè)的一個(gè)面)的照度分布。照度分布上可 見細(xì)小的波動(dòng)，這是由于在進(jìn)行照度計(jì)算上所評(píng)價(jià)的光線數(shù)量不足。同樣求得的在使用實(shí) 施例2的發(fā)光裝置時(shí)的照度分布和在使用實(shí)施例3的發(fā)光裝置時(shí)的照度分布分別表示在圖 23和圖24中。圖25表示在僅將發(fā)光二極管以20mm間距在一條直線上配置4個(gè)且在從發(fā)光二 極管離開8mm的位置配置擴(kuò)散板的情況下的、通過計(jì)算所求得的擴(kuò)散板入射面上的照度分布。若比較圖22 圖24和圖25，則可知在照明用透鏡的效果下，能夠?qū)U(kuò)散板入射面 進(jìn)行均勻地照明。(實(shí)施方式4)圖26是本發(fā)明的實(shí)施方式4的液晶顯示裝置的構(gòu)造圖。該液晶顯示裝置具有液 晶面板5、和在液晶面板5的背面?zhèn)人渲玫膶?shí)施方式3中說明的面光源8。將由發(fā)光二極管2和照明用的透鏡1構(gòu)成的發(fā)光裝置7平面地配置多個(gè)，通過這 些發(fā)光裝置7使擴(kuò)散板4被照明。擴(kuò)散板4的背面(一個(gè)面)被照射有照度均勻化后的光， 該光被擴(kuò)散板4擴(kuò)散而使液晶面板5照明。還有，優(yōu)選在液晶面板5和面光源8之間配置擴(kuò)散片、棱鏡片等光學(xué)片。這時(shí)，透 過擴(kuò)散板4的光被光學(xué)板進(jìn)一步擴(kuò)散而照明液晶面板5。
權(quán)利要求
一種照明用透鏡，將自光源的光進(jìn)行擴(kuò)張并照射到被照射面，其中，該照明用透鏡具有來自光源的光入射的入射面、和使入射的光出射的且相對(duì)于光軸為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的出射面，所述出射面具有朝向所述光軸上的點(diǎn)凹陷的第一出射面、和從該第一出射面的周緣部向外側(cè)擴(kuò)展且形成凸面的第二出射面，所述第一出射面包括如下區(qū)域在以所述光軸上的所述光源的位置為基點(diǎn)時(shí)，使從所述基點(diǎn)放射并到達(dá)該第一出射面的放射光之中的、與所述光軸的角度低于規(guī)定角度的放射光透過的透過區(qū)域；使從所述基點(diǎn)放射并達(dá)到該第一出射面的放射光之中的、與所述光軸的角度在所述規(guī)定角度以上的放射光全反射的全反射區(qū)域，所述第二出射面具有使從所述基點(diǎn)放射并到達(dá)該第二出射面的放射光大體總量透過的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用透鏡，其中，在將所述第一出射面和所述第二出射面 的邊界與所述基點(diǎn)連接的直線同所述光軸所形成的夾角設(shè)為θ b時(shí)，滿足下式20° < θ b < 40°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用透鏡，其中，將所述第一出射面與所述光軸相交的點(diǎn) 設(shè)為點(diǎn)C，所述透過區(qū)域和所述全反射區(qū)域的邊界上的點(diǎn)設(shè)為點(diǎn)P，進(jìn)一步將所述點(diǎn)C與所 述基點(diǎn)之間的距離設(shè)為d，將所述點(diǎn)P和所述基點(diǎn)連接的直線同所述光軸所形成的夾角設(shè) 為θ P，將所述點(diǎn)C與所述點(diǎn)P連接的直線的長度設(shè)為a時(shí)，滿足下式1.10 < a/(dxtan θ ρ) < 1. 30。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用透鏡，其中，所述第二出射面使從所述基點(diǎn)所放射的 放射光在整個(gè)面范圍透過。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用透鏡，其中，所述第二出射面對(duì)從所述基點(diǎn)放射的放 射光的一部分進(jìn)行全反射，且使其余的透過。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明用透鏡，其中，將所述光軸上的所述照明用透鏡的厚度 設(shè)為d’，所述照明用透鏡的最外徑設(shè)為R時(shí)，滿足下式d，/2R < 0. 25并且，在經(jīng)由所述照明用透鏡對(duì)所述被照射面進(jìn)行照明的情況下的、以光軸中心照度 為1而被標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)的在所述被照射面上的照度分布曲線中的照度0. 2以上的分布幅寬設(shè) 為Sy在僅由所述光源對(duì)所述被照射面進(jìn)行照明的情況下的、以光軸中心照度為1而被標(biāo) 準(zhǔn)化時(shí)的在所述被照射面上的照度分布曲線中的照度0. 2以上的分布幅寬設(shè)為δ s，滿足下 式2.0 < δ L/ δ s < 4. 0。
7.一種照明用透鏡，將自光源的光擴(kuò)張并照射到被照射面，其中，該照明用透鏡具有來自光源的光入射的入射面、和使入射的光出射的且相對(duì)于光軸 為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的出射面，所述出射面具有朝向所述光軸上的點(diǎn)凹陷的第一出射面、和從該第一出射面的周緣 部向外側(cè)擴(kuò)展且形成凸面的第二出射面，所述第一出射面包括如下區(qū)域在以所述光軸上的所述光源的位置為基點(diǎn)時(shí)，使從所 述基點(diǎn)放射并到達(dá)該第一出射面的放射光之中的、與所述光軸的角度低于規(guī)定角度的放射光透過的透過區(qū)域；使從所述基點(diǎn)放射并達(dá)到該第一出射面的放射光之中的、與所述光軸 的角度在所述規(guī)定角度以上的放射光正反射的由反射層覆蓋的正反射區(qū)域，所述第二出射面具有使從所述基點(diǎn)放射并到達(dá)該第二出射面的放射光大體總量透過 的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明用透鏡，其中，所述正反射區(qū)域具有在沒有所述反射層 時(shí)可使從所述基點(diǎn)放射并到達(dá)所述第一出射面的放射光之中的、與所述光軸的角度在所述 規(guī)定角度以上的放射光全反射的形狀。
9.一種發(fā)光裝置，具有使光放射的發(fā)光二極管、和將自所述發(fā)光二極管的光進(jìn)行擴(kuò)張 并照射到被照射面的照明用透鏡，其中，所述照明用透鏡是權(quán)利要求1所述的照明用透鏡。
10.一種面光源，具有平面配置的多個(gè)發(fā)光裝置和擴(kuò)散板，該擴(kuò)散板以覆蓋所述多個(gè)發(fā) 光裝置的方式配置，使從所述多個(gè)發(fā)光裝置照射到其一個(gè)面上的光在從其另一個(gè)面擴(kuò)散的 狀態(tài)下放射，其中，所述多個(gè)發(fā)光裝置分別為權(quán)利要求9所述的發(fā)光裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的面光源，其中，還具有基板和反射板，所述基板按照夾著所 述多個(gè)發(fā)光裝置的方式與所述擴(kuò)散板對(duì)置，并且裝配有所述多個(gè)發(fā)光裝置各自的所述發(fā)光 二極管；所述反射板按照避開所述發(fā)光二極管且覆蓋所述基板的方式配置在所述基板上。
12.一種液晶顯示裝置，其中，具有液晶面板和在所述液晶面板的背面?zhèn)人渲玫臋?quán)利 要求10所述的面光源。
全文摘要
照明用透鏡(1)具有入射面(11)和出射面(12)。出射面(12)具有朝向所述光軸A上的點(diǎn)凹陷的第一出射面(121)、和從第一出射面(121)的周緣部向外側(cè)擴(kuò)展的第二出射面(122)。第一出射面(121)包括如下區(qū)域使從作為光軸A上的光源的位置的基點(diǎn)Q所放射的放射光之中的、與光軸A的角度低于規(guī)定角度的放射光透過的透過區(qū)域；使從基點(diǎn)Q所放射的放射光之中的、與光軸A的角度在所述規(guī)定角度以上的放射光全反射的全反射區(qū)域。
文檔編號(hào)F21V5/00GK101883994SQ20098010094
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者木村俊介, 松木大三郎, 飯山智子 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社