(57)【要約】【課題】  表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制することができる拡散レンズを提供する。【解決手段】  本発明に係るレンズ４は平面視円形状を呈し、この円形の中心を通る中心軸Ｘに対して表面６及び裏面８のそれぞれが略対称に形成され、裏面８の中心部には、中心軸Ｘと光軸が合致するように配置されるＬＥＤ２からの光が入射する凹状の入射部９が設けられ、裏面８は、入射部９の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されている。【選択図】  図４
2018194566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視円形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、
前記裏面の中心部には、前記中心軸と光軸が合致するように配置される光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、
前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする拡散レンズ。
【請求項２】
前記所定の角度は、前記中心軸を法線とする平面に対して２．５度以上６度以下であることを特徴とする請求項１に記載の拡散レンズ。
【請求項３】
光源と、該光源の発光を拡散させる拡散レンズとを備え、
前記拡散レンズは、平面視円形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、
前記裏面の中心部には、前記中心軸と光軸が合致するように配置される前記光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、
前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
前記所定の角度は、前記中心軸を法線とする平面に対して２．５度以上６度以下であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置のバックライトに用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光を拡散させる拡散レンズと、この拡散レンズを備える発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の発光素子では、その光軸付近に光量が集中する特性があり、例えば液晶テレビ等の画像表示装置のバックライトに用いられるＬＥＤについては、輝度ムラを抑制するために、その発光を拡散させる拡散レンズが使用されている。
【０００３】
このような拡散レンズとして、従来、特許文献１に記載された発光装置のレンズが知られている。同文献に記載されたレンズは、裏面側に配置されたＬＥＤの発光を拡散させるもので、その表面（出射面）の中心部に、光軸を法線とする平面に対して傾斜の緩い透過屈折面と傾斜の急な反射面が交互に階段状に形成された第１の領域が設けられ、この第１の領域の外周に、連続した曲面で形成された第２の領域が設けられている。そして、第１の領域において、反射面により光線の一部が反射されることによって、光軸付近に強度の高い出射光が集中することによる輝度ムラの発生が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−３４７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された拡散レンズでは、特に第１の領域の形状が複雑であることから、その設計と成形が容易ではなく製造コストが嵩み、また、第１の領域の成形に伴いレンズの表面側に凹みができることから、レンズの表面形状の設計の自由度が失われるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制することができる拡散レンズと、このような拡散レンズを備える発光装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る拡散レンズは、平面視円形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、前記裏面の中心部には、前記中心軸と光軸が合致するように配置される光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る発光装置は、光源と、該光源の発光を拡散させる拡散レンズとを備え、前記拡散レンズは、平面視円形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、前記裏面の中心部には、前記中心軸と光軸が合致するように配置される前記光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る拡散レンズ及び発光装置においては、拡散レンズの裏面が入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることにより、光源が光軸付近に光量が集中する特性を有する場合であっても光軸付近のピーク光量が減少し、その分、光軸から離れたところの光量が増大して輝度ムラが抑制される。すなわち、この効果は、拡散レンズの表面を複雑な形状に加工することなく裏面を所定の角度でテーパー状に形成するだけで得られるから、本発明によれば、拡散レンズを、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制可能なものとすることができる。
【００１０】
また、裏面がテーパー状に形成されることにより、入射部付近に籠りがちな光源の熱が裏面の下方空間から放散されやすくなり、放熱効果を向上させることができる。
【００１１】
前記所定の角度は、前記中心軸を法線とする平面に対して２．５度以上６度以下であることが望ましく、これにより、ピーク光量を大幅に減少させて輝度ムラを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、拡散レンズを、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制可能なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】発明を実施するための形態に係る発光装置の断面図である。
【図２】図１の発光装置のレンズの表面側を示す斜視図である。
【図３】図１の発光装置のレンズの裏面側を示す斜視図である。
【図４】図１の発光装置において、ＬＥＤの出射光の経路を例示する説明図である。
【図５】図１の発光装置において、レンズの裏面の傾斜角度を変化させたときのピーク光量の変化を示す説明図である。
【図６】図１の発光装置について、（ａ）はレンズの裏面の傾斜角度が０度のときの照射面における照度分布を示す説明図、（ｂ）はレンズの裏面の傾斜角度が４．５度のときの照射面における照度分布を示す説明図である。
【図７】図１の発光装置について、レンズの裏面の傾斜角度が０度と３度のときの照射面における光線分布を示す説明図である。
【図８】発明を実施するための形態に係る他の発光装置において、ＬＥＤの出射光の経路を例示する説明図である。
【図９】図８の発光装置について、レンズの裏面の傾斜角度が０度と３度のときの照射面における光線分布を示す説明図である。
【図１０】発明を実施するための形態に係るさらに他の発光装置において、ＬＥＤの出射光の経路を例示する説明図である。
【図１１】図１０の発光装置について、レンズの裏面の傾斜角度が０度と３度のときの照射面における光線分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本形態に係る拡散レンズを備えた発光装置を示す。この発光装置１は、液晶テレビ等の画像表示装置のバックライトに使用することが可能で、ＬＥＤ２と、基板３と、レンズ４とを有する。
【００１６】
ＬＥＤ２は、図示を略す電源に駆動されて白色の光を出射する。
【００１７】
基板３は、平面視長方形状を呈し、その上面５には反射コーティングが施されるとともに、長手方向に沿ってＬＥＤ２が複数設けられている。ＬＥＤ２は、光軸が基板３の法線と平行するように基板３に固着され、上方に向けて（基板３と反対側に向けて）発光する。
【００１８】
レンズ４は、ここでは透過率９５パーセント以上、屈折率約１．５のＰＭＭＡ樹脂により一体成形され、図２に示すように、平面視円形を呈する。この円形の中心を通る中心軸ＸがＬＥＤ２の光軸と合致するように、レンズ４はＬＥＤ２の上方に設けられている。
【００１９】
レンズ４の表面６は、頂部に凸部７が形成されたドーム状を呈し、中心軸Ｘを含む任意の断面における表面６の形状は、中心軸Ｘに対して略対称である。
【００２０】
レンズの裏面８の中心部には、ＬＥＤ２からの光が入射する凹状の入射部９が設けられ、中心軸Ｘを含む任意の断面における入射部９の形状は、中心軸Ｘに対して略対称である。
【００２１】
また、裏面８は、入射部９の側から見て所定の角度θ（図１参照）で上方に傾斜したテーパー状に形成され、中心軸Ｘを含む任意の断面における裏面８の形状も、中心軸Ｘに対して略対称である。
【００２２】
図３に示すように、入射部９の外側には、底面視円形の３つの脚部１０が中心軸Ｘから等距離に位置するように、かつ、互いに等距離で離間するように形成され、レンズ４は、脚部１０により、基板３上に固定される。
【００２３】
この発光装置１では、図４に示すように、ＬＥＤ２からの光はレンズ４の入射部９に入射して屈折し、その一部が表面６で反射され、残部が表面６を透過して出射する。表面６で反射された光は、その一部が裏面８を透過して残部が裏面８で反射され、裏面８を透過した光は、基板３の上面５で反射され、裏面８からレンズ４に再度入射する。裏面８で反射された光や上面５で反射された光も、最終的には表面６を透過して出射し、照明に供する。
【００２４】
このとき、裏面８が入射部９の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることにより、ＬＥＤ２の光軸付近（レンズ４の中心軸Ｘ付近）のピーク光量が減少し、その分、光軸から離れたところの光量が増大する。図５に示すように、テーパー面（裏面８）と中心軸Ｘを法線とする平面とのなす傾斜角度を０．５度ずつ変化させると、ピーク光量は４．５度付近で最小値となり、とりわけ傾斜角度が２．５度以上６度以下である場合には、裏面がテーパー状でない場合に比べてピーク光量が５パーセント以上カットされ、図６に示すように、ピーク光量に起因する輝点（図６（ａ）における中心の白い点）が観察されなくなる。
【００２５】
傾斜角度を０度、３度としたときの照射面における光線分布を見ても、図７に示すように、３度のときの照射範囲（分布範囲）Ｌ１の方が７度のときの照射範囲Ｌ２よりも広範で、光量が分散していることがわかる。
【００２６】
要するに、本形態では、レンズ４の裏面８が入射部９の側から見て所定の角度（傾斜角度）で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることにより、ＬＥＤ２の光軸付近のピーク光量が減少し、その分、光軸から離れたところの光量が増大して輝度ムラが抑制される。この効果は、レンズ４の表面を複雑な形状に加工することなく裏面８を所定の角度でテーパー状に形成するだけで得られるから、本実施例によれば、レンズ４を、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制可能なものとすることができる。
【００２７】
また、裏面８がテーパー状に形成されることにより、入射部９付近に籠りがちなＬＥＤ２の熱が裏面８の下方空間（裏面８と基板３の上面５との間の空間）から放散されやすくなり、放熱効果を向上させることができる。
【００２８】
上記所定の角度は、２．５度以上６度以下であることが望ましく、これにより、ピーク光量を大幅に減少させて輝度ムラを効果的に抑制することができる。
【００２９】
図８は、本発明に係る拡散レンズを備えた発光装置の他の例を示す。この発光装置１１は、表面６の頂部に凸部７が形成されていない点以外は、実施例１に係る発光装置１と同様であり、図７に対応する光線分布は、図９に示すようになる。
【００３０】
図１０は、本発明に係る拡散レンズを備えた発光装置のさらに他の例を示す。この発光装置１２は、表面６の頂部に凸部７が形成されずに凹部１３が形成されている点以外は、実施例１に係る発光装置１と同様であり、図７に対応する光線分布は、図１１に示すようになる。
【００３１】
以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。
【００３２】
例えば、上記形態ではＬＥＤ２は白色の光を出射するとしたが、赤色や緑色、青色等の光を出射するものでもよい。
【００３３】
また、レンズ４もＰＭＭＡ樹脂により一体成形したものでなくてもよく、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＣ（ポリカーボネート）その他の透明材料を用いてもかまわない。
【００３４】
さらに、レンズの表面形状も実施例１乃至３に示したものに限られず、平面視形状が円形ではない方形、楕円形等のレンズに対して裏面をテーパー状とすることも考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、大画面の画像表示装置のバックライトを少ない発光素子で構成する場合等に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１１，１２    発光装置
２                ＬＥＤ（光源）
３                基板
４                レンズ（拡散レンズ）
６                表面
８                裏面
９                入射部
Ｘ                中心軸
【図１】
2018194566.tif 000003
【図２】
2018194566.tif 000004
【図３】
2018194566.tif 000005
【図４】
2018194566.tif 000006
【図５】
2018194566.tif 000007
【図６】
2018194566.tif 000008
【図７】
2018194566.tif 000009
【図８】
2018194566.tif 000010
【図９】
2018194566.tif 000011
【図１０】
2018194566.tif 000012
【図１１】
2018194566.tif 000013