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JP2019102372A - Luminaire, backlight device and front light device - Google Patents

Luminaire, backlight device and front light device Download PDF

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JP2019102372A
JP2019102372A JP2017234908A JP2017234908A JP2019102372A JP 2019102372 A JP2019102372 A JP 2019102372A JP 2017234908 A JP2017234908 A JP 2017234908A JP 2017234908 A JP2017234908 A JP 2017234908A JP 2019102372 A JP2019102372 A JP 2019102372A
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Japan
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light
lens
optical system
reflection
liquid crystal
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Application number
JP2017234908A
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Japanese (ja)
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鈴木 芳人
Yoshito Suzuki
芳人 鈴木
川上 徹
Toru Kawakami
徹 川上
江原 克典
Katsunori Ebara
克典 江原
むつみ 篠井
Mutsumi Shinoi
むつみ 篠井
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Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
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Abstract

【課題】面光源の出射光を最大限に利用し、必要な所だけ照明でき、装置の薄型化が容易に達成でき、しかも低コスト化が可能である照明装置を提供する。【解決手段】面光源10から出射した光束L0のほぼ全てをメニスカスレンズ21と凸レンズ22からなる集光光学系20で取り込み、出射角度α=19°〜30°の光束L1とする。これを、2個以上4個以下のレンズ31、32・・・からなるコリメート光学系30で拡がり角度β=5.0°以下の光束Lとする。これを、凹面反射ミラー15で斜め方向に反射させ、さらに反射型プリズムシート14でその厚み方向に反射させて、最終的に平行光束Lrを出射する。【選択図】図1[Problem] To provide an illumination device that can make the most of the light emitted from a surface light source, illuminate only where it is needed, easily achieve a slim device design, and reduce costs. [Solution] Almost all of the light beam L0 emitted from a surface light source 10 is captured by a focusing optical system 20 consisting of a meniscus lens 21 and a convex lens 22, and is converted into a light beam L1 with an emission angle α of 19° to 30°. This is converted into a light beam L with a spread angle β of 5.0° or less by a collimating optical system 30 consisting of two to four lenses 31, 32, .... This is reflected in an oblique direction by a concave reflecting mirror 15, and further reflected in the thickness direction by a reflective prism sheet 14, and finally emits a parallel light beam Lr. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、均一な明るさで平行な光を出射する照明装置、ならびに該照明装置からなるバックライト装置およびフロントライト装置、さらには、前記バックライト装置を具備した液晶ディスプレイ、および前記フロントライト装置を具備した反射型液晶ディスプレイに関する。   The present invention provides a lighting device that emits parallel light with uniform brightness, a backlight device and a front light device comprising the lighting device, a liquid crystal display equipped with the backlight device, and the front light device The present invention relates to a reflective liquid crystal display provided with

照明とは、一般に「光源から出射する光で、特定の場所をほぼ均一に明るくする行為や機能のこと」と定義されている。現在、青色LED(LEDとは発光ダイオードの略号である。)の開発とその発光効率の飛躍的な向上により、照明装置の光源としてLEDは広く用いられるようになり、既に従来の電球や蛍光灯を凌ぐまでに普及が進んでいる。ただし、現状のLED照明装置でも、従来の電球や蛍光灯のように、光源から放出される強い光を広い角度で拡散させそれらの拡散光を交ぜ合わせることで照度の均一性を実現しているので、特定の場所だけを均一に明るくできる技術には至っていない。また、特定の場所以外に放出される光は、無駄なエネルギーであり、この無駄なエネルギーを低減することにより、現状のLED照明装置よりも更に省電力化が図れる照明装置を実現できる。   Lighting is generally defined as "the light emitted from a light source that acts or functions to brighten a specific place substantially uniformly." At present, with the development of blue LED (LED is an abbreviation of light emitting diode) and the drastic improvement of its luminous efficiency, LED has become widely used as a light source of the lighting device, and conventional light bulbs and fluorescent lamps have already been used. It is spreading by the time it goes. However, even with current LED lighting devices, as with conventional light bulbs and fluorescent lamps, the uniformity of illuminance is realized by diffusing the strong light emitted from the light source at a wide angle and combining these diffused lights. Therefore, it has not reached the technology which can brighten only a specific place uniformly. In addition, light emitted to a place other than a specific place is useless energy, and by reducing this useless energy, it is possible to realize a lighting device that can achieve more power saving than the current LED lighting device.

平板面を照明する場合、通常は図11(b)に示すように、反射板51付きの円柱形照明手段50(蛍光灯や直管型LEDランプ等を総称していう。)を、平板52の上部に、円柱形照明手段50の長手方向を平板面の上縁と平行とし、かつ円柱形照明手段50の主光軸(中心)が平板面に当たるように反射板51を傾けて、平板面の上縁と下縁の明るさの差が小さくなるように調整して設置してなる照明装置が用いられている。しかしながら、図11(b)の照明装置では、照度は照明装置から平板面までの距離の2乗に反比例して減少するので、上縁は明るく下縁は暗くなり、輝度の均一性が実現できない。   In the case of illuminating a flat surface, generally, as shown in FIG. 11 (b), a cylindrical illumination means 50 with a reflecting plate 51 (referred to collectively as a fluorescent lamp or a straight tube LED lamp etc.) is of the flat plate 52. In the upper part, the reflector 51 is inclined such that the longitudinal direction of the cylindrical illumination means 50 is parallel to the upper edge of the flat plate surface and the main optical axis (center) of the cylindrical illumination means 50 hits the flat plate surface. A lighting device is used which is adjusted and installed so that the difference in brightness between the upper edge and the lower edge is reduced. However, in the lighting device shown in FIG. 11 (b), the illuminance decreases in inverse proportion to the square of the distance from the lighting device to the flat surface, so the upper edge is bright and the lower edge is dark, and uniformity of luminance can not be realized. .

一方、図11(a)のように、出射強度が(例えば出射強度の平均値±10%以内と)ほぼ等しく、出射方向が(例えば基準方向となす出射方向の角度の平均値±10°以内と)ほぼ等しい、平行光を出射するほぼ理想的な平行光照明手段60を、照明光が平板面の上縁と下縁に当たるように、平板に傾けて上縁に設置してなる照明装置を用いれば、平板面の上縁、中央、及び下縁の照度をほぼ等しくできる。さらに、平板面以外に照射される無駄な光はないので、照明装置から放射される光の利用効率がほぼ100%を実現でき、図11(b)の照明装置に比べ大幅な省エネルギー効果が期待できる。   On the other hand, as shown in FIG. 11A, the emission intensity is almost equal (for example, within ± 10% of the average value of emission intensity), and the emission direction is within ± 10 ° of the average of angles of the emission direction (for example, the reference direction). And) approximately equal, nearly ideal collimated light illumination means 60 emitting collimated light is installed on the upper edge of the flat plate with the illumination light falling on the upper and lower edges of the flat surface. If used, the illuminance at the upper edge, center and lower edge of the flat surface can be made approximately equal. Furthermore, since there is no useless light to be irradiated to other than the flat surface, the utilization efficiency of the light emitted from the lighting device can be realized almost 100%, and a significant energy saving effect is expected compared to the lighting device of FIG. it can.

図11(a)と機構的に類する照明装置として、特許文献1および特許文献2には、均一な明るさで平行な光を出射する照明装置が開示されている。これらは、LEDチップから出射される光を、ロッドライクインテグレーターなどのホモジェナイザーに通すことによりその出口で輝度均一な小面積の面光源とし、その面光源を焦点距離f1のレンズ(f1レンズ)と焦点距離f2の球面反射ミラー(f2球面反射ミラー)および反射型プリズムシート(反射プリズム)により輝度均一を保持したまま反射プリズム面に拡大し、この反射プリズム面に拡大された面光源の全ての光が、反射プリズムの反射面によりその法線方向に向きを変えて出射されるものである。   Patent Documents 1 and 2 disclose a lighting device that emits parallel light with uniform brightness as a lighting device that is structurally similar to FIG. 11 (a). The light emitted from the LED chip is passed through a homogenizer such as a rod-like integrator to make a small area surface light source with uniform brightness at the exit, and the surface light source is a lens with a focal length f1 (f1 lens) And a focal length f2 of a spherical reflection mirror (f2 spherical reflection mirror) and a reflection type prism sheet (reflection prism) to expand the surface to a reflection prism surface while maintaining uniform brightness, all of the surface light source expanded to this reflection prism surface The light is emitted with its direction being changed in the normal direction by the reflecting surface of the reflecting prism.

一方、特許文献3には、メニスカスレンズと凸レンズとを用い、両レンズに特定の条件で面光源の虚像を形成させることにより、面光源からの光をほぼ全部入射させ、光軸位置および光軸から外れた位置からの入射光をほぼ同じ角度で出射できる構成とし、照射光強度の均一性を高めた照明装置が開示されており、また、照射光の照射角度を調整できるとしている。   On the other hand, Patent Document 3 uses a meniscus lens and a convex lens to form a virtual image of a surface light source under specific conditions on both lenses, thereby causing almost all light from the surface light source to be incident, the optical axis position and the optical axis An illumination device is disclosed in which incident light from a position deviated from can be emitted at substantially the same angle, and uniformity of the irradiation light intensity is enhanced, and it is also possible to adjust the irradiation angle of the irradiation light.

特開2015−198054号公報JP, 2015-198054, A 特開2017−098084号公報JP 2017-098084 A 特許第5901037号公報Patent No. 5901037

しかしながら、特許文献1、2のいずれにおいても、LEDチップから出射される光は、光出射面の法線方向に対し、法線方向の角度±90°の角度範囲内に分布する出射角度をもって放出され、ホモジェナイザーとして用いられるロッドライクインテグレーターの光入射面は通常平面であるので、LEDチップから出射される光のほとんど全てを入射させることはできない。例えば、LEDチップの光出射面とロッドライクインテグレーターの光入射面の距離を、ほぼゼロとして設置したとしても、光入射面で全反射してしまう光があるので、全ての光を利用することはできない。例えば、LEDチップからの全出射光の70%程度は利用できない、という問題が生じ得る。   However, in both of the patent documents 1 and 2, the light emitted from the LED chip is emitted at an emission angle distributed within an angle range of ± 90 ° of the normal direction with respect to the normal direction of the light emission surface Since the light incident surface of a rod-like integrator used as a homogenizer is generally flat, almost all of the light emitted from the LED chip can not be incident. For example, even if the distance between the light emitting surface of the LED chip and the light incident surface of the rod-like integrator is set to almost zero, there is light that is totally reflected by the light incident surface. Can not. For example, the problem that about 70% of the total emitted light from a LED chip can not be used may arise.

また、ロッドライクインテグレーターの代わりに図15に示すようなコリメート光学系70を用いて、LEDチップ71から出射される光のほとんど全てを利用できるようにすることも考えられる。図15では、メニスカスレンズ72と非球面レンズ74からなるコリメート光学系70の焦点位置にLEDチップ71を配置する構成となっている。しかし、この構成では、メニスカスレンズ72とLEDチップ71が物理的に離れているため、LEDチップ71から大きな角度で出射される光がメニスカスレンズ72に入射されないことになる。   It is also conceivable to use collimated optical system 70 as shown in FIG. 15 instead of the rod-like integrator so that almost all of the light emitted from the LED chip 71 can be used. In FIG. 15, the LED chip 71 is disposed at the focal position of the collimating optical system 70 composed of the meniscus lens 72 and the aspheric lens 74. However, in this configuration, since the meniscus lens 72 and the LED chip 71 are physically separated, light emitted from the LED chip 71 at a large angle will not be incident on the meniscus lens 72.

また、特許文献3の照明装置は、照射光の照射角度を調整できるとしているが、照明光を平行光として出射するには別途高価な非球面レンズを5個以上必要とし、低コスト化が困難である。   In addition, the lighting device of Patent Document 3 can adjust the irradiation angle of the irradiation light, but in order to emit the illumination light as parallel light, five or more expensive aspheric lenses are required separately, which makes cost reduction difficult. It is.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、均一な明るさで平行な光を出射する照明装置のメリットを生かしつつ、その光の利用効率を向上させることにより、光源の使用を必要最小限にして、低消費電力化を図ることができ、かつ、観察対象面が大である照明型看板、ポスターや絵画用照明、面均一輝度の反射型液晶ディスプレイやEインクディスプレイ、および一般の照明への適用を図る際に、面光源の出射光を最大限に利用し、必要な所だけ照明でき、装置の薄型化が容易に達成でき、しかも低コスト化が可能である照明装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to improve the utilization efficiency of light while making use of the merits of a lighting device that emits parallel light with uniform brightness. An illumination-type signboard, a poster or a picture illumination, a reflective liquid crystal display with uniform surface brightness, and an illumination type signboard that can reduce power consumption by minimizing the use of a light source and achieve a large observation target surface. When applied to ink displays and general lighting, it is possible to make maximum use of the emitted light of the surface light source, to illuminate only where it is needed, to easily achieve thinning of the device, and to achieve cost reduction. And providing a lighting device.

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、
(1) 光出射面を有する面光源と、
前記面光源から出射される光束のほぼ全てを、前記面光源を覆うメニスカスレンズである第1レンズで取り込み前記第1レンズの光出射面側の直後に光軸が一致するように配置された凸レンズである第2レンズへ入射させ、前記第2レンズの光出射面側から出射される光束の出射角度αが光軸に対し、光束の拡がる側にα=19°〜30°となる集光光学系と、
前記集光光学系から光軸に対し前記出射角度で出射される光束を、光軸に対し、光束の拡がる側にβ=5.0°以下の拡がり角度βでコリメートする、2個以上4個以下のレンズからなるコリメート光学系と、
前記コリメート光学系から出射される光束を、平行光束となるように反射する、焦点距離fの凹面反射ミラーからなり、
前記焦点距離fは、前記コリメート光学系の光出射面から前記凹面反射ミラーの反射面までの距離Mに対して、0.9M<f<1.1M、の条件を満たす、反射光学系と、
さらに、光路変更手段と、
を備えた照明装置であって、
前記反射光学系から反射した光束の反射方向が、前記集光光学系と前記コリメート光学系を通過した光束の光軸に対して傾斜し、
さらに、前記光路変更手段は、前記反射光学系から反射した光束の光路を変更する反射型プリズムシートからなる、
ことを特徴とする。
(2) 本発明に係る照明装置は、上記(1)の発明において、前記集光光学系の第1レンズと第2レンズとが、光入射面と光出射面の双方ともレンズ面として円弧を母線とした回転面からなる、球面レンズであることを特徴とする。
(3) 本発明に係る照明装置は、上記(1)または(2)の発明において、前記集光光学系の第1レンズと第2レンズとが、樹脂により一体成型されていることを特徴とする。
(4) 本発明に係る照明装置は、上記(1)〜(3)のいずれかの発明において、前記コリメート光学系をなす2個以上4個以下のレンズの、前記集光光学系側のレンズ径と前記反射光学系側のレンズ径とでは、後者の方が大であることを特徴とする。
(5) 本発明に係る照明装置は、上記(1)〜(4)のいずれかの発明において、前記コリメート光学系が、2個の平凸レンズからなることを特徴とする。
(6) 本発明に係る照明装置は、上記(1)〜(5)のいずれかの発明において、前記コリメート光学系が、2個のフレネルレンズからなることを特徴とする。
(7) 本発明に係る照明装置は、上記(1)〜(6)のいずれかの発明において、前記凹面反射ミラーは、その反射面が前記反射型プリズムシートの下面側である光入射面側に向き、前記反射型プリズムシートの厚み方向に対して傾斜角度θ=1.0°〜5.0°で傾斜していることを特徴とする。
(8) 本発明に係る照明装置は、上記(1)〜(7)のいずれかの発明において、前記反射型プリズムシートの反射凸部の幅方向中心線が円弧状であることを特徴とする。
(9) 本発明に係る照明装置は、上記(1)〜(8)のいずれかの発明において、前記反射型プリズムシートの、前記凹面反射ミラーから反射した光束が反射する各々の反射面の傾きを、リニアフレネルレンズのように、各々異なる傾きとしたことを特徴とする。
(10) 本発明に係るバックライト装置は、上記(1)〜(9)のいずれかの発明による照明装置からなることを特徴とする。
(11) 本発明に係る液晶ディスプレイは、上記(10)の発明によるバックライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、
前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの背面に対して入射させることを特徴とする。ここで、液晶パネルの背面とは、液晶パネルの観察者側とは反対側の面を意味する。
(12) 本発明に係るフロントライト装置は、上記(1)〜(9)のいずれかの発明による照明装置からなることを特徴とする。
(13) 本発明に係る反射型液晶ディスプレイは、上記(12)の発明によるフロントライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の反射型液晶パネルと、を備え、
前記フロントライト装置から出射される光束を、前記反射型液晶パネルの正面に対して入射させることを特徴とする。ここで、反射型液晶パネルの正面とは、反射型液晶パネルの観察者側の面を意味する。
In order to solve the problems described above and achieve the above object, a lighting device according to the present invention is:
(1) A surface light source having a light exit surface,
A convex lens placed so that the optical axis is aligned immediately after the light emitting surface side of the first lens by taking in substantially all of the light flux emitted from the surface light source with the first lens which is a meniscus lens covering the surface light source A condensing optical system in which the light emission angle α of the light beam emitted from the light emission surface side of the second lens is α = 19 ° to 30 ° on the side where the light beam spreads with respect to the optical axis. System,
The light flux emitted from the light collection optical system at the emission angle with respect to the optical axis is collimated at a spread angle β of not more than 5.0 ° with respect to the light axis, at least two A collimating optical system comprising the following lenses,
It consists of a concave reflecting mirror with a focal length f, which reflects the light beam emitted from the collimating optical system into a parallel light beam,
The reflective optical system satisfying the condition of 0.9 M <f <1.1 M with respect to the distance M from the light emitting surface of the collimating optical system to the reflecting surface of the concave reflecting mirror;
Furthermore, an optical path changing means,
A lighting device provided with
The reflection direction of the light flux reflected from the reflection optical system is inclined with respect to the optical axis of the light flux passing through the light collection optical system and the collimating optical system,
Furthermore, the optical path changing means is formed of a reflective prism sheet that changes the optical path of the light beam reflected from the reflective optical system.
It is characterized by
(2) In the illumination device according to the present invention, in the invention of (1), the first lens and the second lens of the focusing optical system have arcs as lens surfaces on both the light incident surface and the light output surface. It is characterized in that it is a spherical lens consisting of a rotational surface used as a generatrix.
(3) The illumination device according to the present invention is characterized in that, in the invention of the above (1) or (2), the first lens and the second lens of the focusing optical system are integrally molded of resin. Do.
(4) The illumination device according to the present invention is, in the invention according to any one of the above (1) to (3), a lens on the condensing optical system side of 2 or more and 4 or less lenses forming the collimating optical system. The latter is larger in the diameter and the lens diameter on the side of the reflection optical system.
(5) The illumination device according to the present invention is characterized in that in the invention according to any one of the above (1) to (4), the collimating optical system comprises two plano-convex lenses.
(6) The illumination device according to the present invention is characterized in that in the invention according to any one of the above (1) to (5), the collimating optical system is composed of two Fresnel lenses.
(7) In the illumination device according to the present invention, in the invention according to any one of the above (1) to (6), the concave reflection mirror has a light incident surface side whose reflection surface is the lower surface side of the reflection type prism sheet , And inclined at an inclination angle θ of 1.0 ° to 5.0 ° with respect to the thickness direction of the reflective prism sheet.
(8) The illumination device according to the present invention is characterized in that, in the invention according to any one of the above (1) to (7), the width direction center line of the reflection convex portion of the reflection type prism sheet is arc-shaped. .
(9) The illumination device according to the present invention is, in the invention according to any one of the above (1) to (8), an inclination of each reflection surface of the reflection type prism sheet on which the light flux reflected from the concave reflection mirror is reflected. As in the linear Fresnel lens, they have different inclinations.
(10) A backlight device according to the present invention is characterized by comprising the lighting device according to the invention of any one of the above (1) to (9).
(11) A liquid crystal display according to the present invention comprises the backlight device according to the invention of (10) above, and a flat plate-like liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched by a plurality of light distribution layers,
A luminous flux emitted from the backlight device may be made incident on the back surface of the liquid crystal panel. Here, the back surface of the liquid crystal panel means the surface of the liquid crystal panel on the side opposite to the viewer side.
(12) A front light device according to the present invention is characterized by comprising the lighting device according to the invention of any of the above (1) to (9).
(13) A reflective liquid crystal display according to the present invention comprises the front light device according to the invention of (12) and a flat plate reflective liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched between a plurality of light distribution layers. ,
The luminous flux emitted from the front light device may be made to be incident on the front of the reflective liquid crystal panel. Here, the front of the reflective liquid crystal panel means the surface on the viewer's side of the reflective liquid crystal panel.

本発明によれば、面光源の出射光を最大限に利用し、均一な明るさで平行な光を出射し、必要な場所だけ照明でき、照射対象面が大画面であっても装置の薄型化が容易に達成でき、しかも低コスト化が可能である照明装置が実現するという優れた効果を奏する。   According to the present invention, the light emitted from the surface light source can be used to the maximum, parallel light can be emitted with uniform brightness, and illumination can be performed only at a necessary place, and the thinness of the device can be achieved even if the irradiation target surface is a large screen. It is possible to achieve an excellent effect of realizing a lighting device which can be easily achieved and whose cost can be reduced.

本発明の第1の実施形態による照明装置を模式的に示す側面図である。It is a side view showing typically the lighting installation by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態による集光光学系の形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the form of the condensing optical system by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態による集光光学系の形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the form of the condensing optical system by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態によるコリメート光学系の形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the form of the collimating optical system by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態によるコリメート光学系の形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the form of the collimating optical system by the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態によるコリメート光学系の形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the form of the collimating optical system by the 6th Embodiment of this invention. 図1中の反射型プリズムシートの部分的なYZ断面図である。It is a partial YZ sectional view of the reflection type prism sheet in FIG. 本発明の第8の実施形態による反射型プリズムシートの形態を模式的に示す(a)底面図、(b)側面図及び(c)正面図である。(A) Bottom view, (b) Side view, and (c) Front view schematically showing the form of a reflective prism sheet according to the eighth embodiment of the present invention. 本発明の第10の実施形態によるバックライト装置の配置形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the arrangement | positioning form of the backlight apparatus by the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施形態によるフロントライト装置の配置形態を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the arrangement | positioning form of the front light apparatus by 12th Embodiment of this invention. 平板面を照射する照明装置を示す模式図であり、(a)はほぼ理想的な平行光照明手段を用いた場合、(b)は通常の円柱形照明手段を用いた場合を示す。It is a schematic diagram which shows the illuminating device which irradiates a flat surface, (a) shows the case where a normal cylindrical illumination means is used, when (b) substantially parallel light illumination means is used. 実施例として光学シミュレーションにより第1の実施形態の1例におけるα、βの限定条件を満たす設計条件を求めた照明装置を模式的に示し、(a)は側面図、(b)は正面図である。As an example, an illumination device for which a design condition satisfying the limitation conditions of α and β in one example of the first embodiment is obtained by optical simulation is schematically shown, (a) is a side view, (b) is a front view. is there. 実施例における照射対象面のY方向の1次元強度分布を示す線図である。It is a diagram which shows the one-dimensional intensity distribution of the Y direction of the surface for irradiation in an Example. 実施例における照射対象面のZ方向の1次元強度分布を示す線図であるIt is a diagram which shows the one-dimensional intensity distribution of the Z direction of the irradiation object surface in an Example. コリメート光学系の前側焦点位置にLEDチップを設置した照明装置を示す模式的に示す側面図である。It is a side view showing typically the lighting installation which installed the LED chip in the front focus position of a collimating optical system.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略し、さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by the following embodiments. Further, in the drawings, the same or corresponding elements are given the same reference numerals as appropriate, and the redundant description is appropriately omitted. Further, the drawings are schematic, and the relationship between dimensions of each element is a reality. It should be noted that it may be different from In addition, parts having different dimensional relationships and ratios may be included among the drawings.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態として、(1)の発明に係る照明装置について説明する。図1は、この第1の実施形態による照明装置の構成を示すX方向から見た側面図である。なお、図1においてXY平面に対して直角の方向をZ方向とする。
図1に示すように、この第1の実施形態による照明装置1は、光出射面を有する例えばLEDチップからなる面光源10、集光光学系20、コリメート光学系30、焦点距離fの凹面反射ミラー15からなる反射光学系、および反射型プリズムシート14からなる光路変更手段を有して構成されている。なお、面光源10の光出射面の法線方向をZ方向とした。
First Embodiment
First, a lighting apparatus according to the invention of (1) will be described as a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a side view seen from the X direction showing the configuration of the lighting device according to the first embodiment. The direction perpendicular to the XY plane in FIG. 1 is taken as the Z direction.
As shown in FIG. 1, the illumination device 1 according to the first embodiment includes a surface light source 10 having a light emitting surface, for example, an LED chip, a condensing optical system 20, a collimating optical system 30, and concave reflection of a focal distance f. It is configured to have a reflection optical system consisting of a mirror 15 and an optical path changing means consisting of a reflection type prism sheet 14. The normal direction of the light exit surface of the surface light source 10 is taken as the Z direction.

面光源10は、光出射面を有する発光体であり、例えばLEDチップが挙げられる。なお、光出射面を有する発光体であれば、LEDチップに限定されるものではない。
集光光学系20は、面光源10を覆うメニスカスレンズである第1レンズ21と、第1レンズ21の出射面側の直後に光軸が一致するように配置された凸レンズからなる第2レンズ22とを備え、面光源10から出射される光束Lのほぼ全て、例えば95%以上、が第1レンズ21で取り込まれて、第2レンズ22へ入射し、第2レンズ22の光出射面側から出射する光束Lの出射角度αが光軸(Z方向)に対し、光束の拡がる側にα=19°〜30°となるよう構成されている。なお、好ましくは、α=22°〜28°である。また、好ましくは、第1レンズ21と第2レンズ22の間に、第2レンズ22への外光の入射を阻止する遮光板(図1では図示せず、後掲の図2で遮光板25として図示した。)を設置してもよい。
The surface light source 10 is a light emitting body having a light emitting surface, and examples thereof include an LED chip. In addition, if it is a light-emitting body which has a light emission surface, it will not be limited to a LED chip.
The condensing optical system 20 includes a first lens 21 which is a meniscus lens covering the surface light source 10, and a second lens 22 which is a convex lens disposed so that the optical axis coincides immediately after the exit surface side of the first lens 21. And substantially all, for example, 95% or more of the light flux L 0 emitted from the surface light source 10 is taken in by the first lens 21 and is incident on the second lens 22, and the light exit surface side of the second lens 22 is exit angle alpha of the light beam L 1 emitted optical axis with respect to (Z-direction), and is configured such that the side extending the light beam becomes α = 19 ° ~30 ° from. Preferably, α is 22 ° to 28 °. In addition, preferably, a light blocking plate (not shown in FIG. 1 and a light blocking plate 25 in FIG. 2 described later) that blocks the incidence of external light to the second lens 22 between the first lens 21 and the second lens 22. ) May be installed.

コリメート光学系30は、4個以下のレンズ、例えば2個のレンズ31、32で、集光光学系20からα=19°〜30°の出射角度αで出射された光束Lを、光軸に対し、光束の拡がる側にβ=5.0°以下の拡がり角度βでコリメートする。 The collimating optical system 30 has a light beam L 1 emitted from the condensing optical system 20 at an emission angle α of α = 19 ° to 30 ° by four or less lenses, for example, two lenses 31 and 32 as an optical axis On the other hand, collimation is performed at a spread angle β of not more than β = 5.0 ° on the spread side of the light flux.

焦点距離fの凹面反射ミラー15は、コリメート光学系30から出射される光束Lを、光束内の光線の放射方向(延在方向)がほぼ等しい光束である、平行光束となるように反射する。ここで、光束内の光線の放射方向がほぼ等しいとは、光束内のいずれか1本の光線と、残り全部の光線の各1本ずつとのなす角度が0°以上10°以下であることを意味する。すなわち、平行光束とは、光束をなす複数の光線のいずれか1本と、残り全部の各1本ずつとのなす角度が0°以上10°以下である光束のことである。   The concave reflecting mirror 15 having the focal length f reflects the light beam L emitted from the collimating optical system 30 so as to be a parallel light beam, which is a light beam having substantially the same emission direction (extension direction) of light rays in the light beam. Here, that the radiation directions of the light rays in the light flux are substantially the same is that the angle between any one light ray in the light flux and each one of all the remaining light rays is 0 ° or more and 10 ° or less Means That is, the parallel luminous flux is a luminous flux in which an angle between any one of a plurality of light rays forming the luminous flux and each one of the remaining ones is 0 ° or more and 10 ° or less.

凹面反射ミラー15の焦点距離fは、コリメート光学系30の光出射面から凹面反射ミラー15の反射面までの距離Mに対して、0.9M<f<1.1M、の条件を満たす。凹面反射ミラー15から反射した光束Lの反射方向は、集光光学系20とコリメート光学系30を通過した光束Lの光軸に対して2θの角度で傾斜する。この角度2θは、凹面反射ミラー15の中心軸がZ方向となす角度θの2倍である。すなわち、凹面反射ミラー15の中心軸を法線とする平面の、反射型プリズムシート14の厚み方向に対する傾斜角度θの2倍である。 The focal length f of the concave reflecting mirror 15 satisfies the condition of 0.9 M <f <1.1 M with respect to the distance M from the light emitting surface of the collimating optical system 30 to the reflecting surface of the concave reflecting mirror 15. The reflection direction of the light flux L R reflected from the concave reflection mirror 15 is inclined at an angle of 2θ with respect to the optical axis of the light flux L which has passed through the condensing optical system 20 and the collimating optical system 30. The angle 2θ is twice the angle θ that the central axis of the concave reflecting mirror 15 makes with the Z direction. That is, it is twice the inclination angle θ with respect to the thickness direction of the reflective prism sheet 14 with respect to the plane normal to the central axis of the concave reflection mirror 15.

反射型プリズムシート14は、凹面反射ミラー15から平行光として反射した光束L(平行光束Lともいう。)を例えばY方向の反対方向に平行光として光路変更して、光束Lr(平行光束Lrともいう。)として出射する。 The reflection type prism sheet 14 changes the light path of the light flux L R (also referred to as parallel light flux L R ) reflected as parallel light from the concave reflection mirror 15 as parallel light in the opposite direction of the Y direction, for example, It emits as Lr.).

図7は、反射型プリズムシート14の部分的なYZ断面図である。図7に示すように、反射型プリズムシート14の照射対象面側の反射プリズム面上に、X方向に平行、すなわちY方向から見た平行光束LRの光路方向に対して直角の方向に延びた複数の反射凸部14aが設けられている。反射凸部14aはたとえば、YZ断面が幅l0で高さt0の三角形状を有するとともに、間隔l1を隔てて設けられている。また、反射凸部14aの少なくとも凹面反射ミラー15側の表面は、平行光束LRを反射可能な鏡面から構成される。そして、反射凸部14aにおける三角形状の底辺の幅l0または高さt0や隣り合う反射凸部14a間の間隔l1を調整することによって、凹面反射ミラー15からの平行光束LRを、反射凸部14aの間の反射型プリズムシート14の表面に到達させないようにできる。そのため、凹面反射ミラー15からの平行光束LRを反射凸部14aの鏡面からなる斜面にのみ到達させ、この斜面によって平行光束LRを反射させることが可能になる。これにより、反射型プリズムシート14の表面に到達して所望の方向とは異なる方向に散乱される光束を最小限にできるので、光の利用効率を向上できる。さらに、反射凸部14aの、コリメート光学系30側の斜面へ、コリメート光学系30からの出射光の一部を、凹面反射ミラー15を経由させず、直接入射させ反射させて平行光束(図示せず)として出射させることも可能である。 FIG. 7 is a partial YZ sectional view of the reflective prism sheet 14. As shown in FIG. 7, it extends parallel to the X direction, that is, in a direction perpendicular to the optical path direction of the parallel light beam L R viewed from the Y direction, on the reflection prism surface on the irradiation target surface side of the reflection type prism sheet 14 A plurality of reflecting convex portions 14a are provided. Reflecting projection 14a, for example, with YZ section has a height t 0 triangular width l 0, is provided at a distance l 1. Further, the surface of at least the concave reflection mirror 15 side of the reflection convex portion 14 a is configured by a mirror surface capable of reflecting the parallel light beam L R. Then, the parallel light flux L R from the concave reflection mirror 15 is obtained by adjusting the width l 0 or height t 0 of the base of the triangular shape in the reflection convex part 14 a or the distance l 1 between the adjacent reflection convex parts 14 a The surface of the reflective prism sheet 14 between the reflective protrusions 14 a can be prevented from reaching the surface. Therefore, it is possible to make the parallel light beam L R from the concave reflection mirror 15 reach only the slope formed by the mirror surface of the reflection convex portion 14 a, and to reflect the parallel light beam L R by this slope. As a result, the light flux reaching the surface of the reflective prism sheet 14 and scattered in a direction different from the desired direction can be minimized, so that the light utilization efficiency can be improved. Furthermore, a part of the light emitted from the collimating optical system 30 is directly incident on the slope of the reflecting convex portion 14 a on the side of the collimating optical system 30 without passing through the concave reflecting mirror 15 and reflected to be parallel light flux (shown It is also possible to emit it as

また、これらの反射型プリズムシート14および反射凸部14aの形状やZ方向に対してなす傾斜角度を、凹面反射ミラー15からの平行光束LRの光路に応じて調整することによって、平行光束LRを所定の面内強度分布で維持しつつ、所望の方向に反射させることが可能になる。 Further, the parallel light flux L is adjusted by adjusting the shapes of the reflection type prism sheet 14 and the reflection convex portion 14 a and the inclination angle formed with respect to the Z direction according to the optical path of the parallel light flux L R from the concave reflection mirror 15. It is possible to reflect in a desired direction while maintaining R at a predetermined in-plane intensity distribution.

本発明では、図1に示すように、コリメート光学系30のレンズを2個以上4個以下としたことで、低コスト化を達成できる。コリメート光学系30のレンズ個数が5個以上では低コスト化を図ることができない。また、コリメート光学系30のレンズ個数が1個では、β=5.0°以下を満足するのが困難である。よって、コリメート光学系のレンズ個数は2〜4個とした。なかでも、2個が最も低コスト化を図ることができるので好ましい。   In the present invention, as shown in FIG. 1, cost reduction can be achieved by setting the number of lenses of the collimating optical system 30 to two or more and four or less. If the number of lenses in the collimating optical system 30 is five or more, cost reduction can not be achieved. Further, if the number of lenses of the collimating optical system 30 is one, it is difficult to satisfy β = 5.0 ° or less. Therefore, the number of lenses of the collimating optical system is two to four. Among them, two are preferable because the cost can be reduced most.

また、コリメート光学系30の光出射面から出射側に距離Mの位置に、0.9M<f<1.1Mの条件を満たす焦点距離fの凹面反射ミラー15の反射面を、該反射面から反射した光束Lの反射方向が集光光学系20とコリメート光学系30を通過した光束Lの光軸(Z方向)に対して角度2θをなすように、XY面に対し傾けて(傾斜角度θ)、配置し、かつ平行光束Lを、反射型プリズムシート14にて光路変更して、平行光束Lrとするようにした。このことで、コリメート光学系30のレンズが2個以上4個以下であっても、必要な場所だけ照明でき、照射対象面が例えば100インチサイズ以上の表示画面相当の大画面であっても装置の薄型化が容易に達成できる。 In addition, a reflecting surface of the concave reflecting mirror 15 having a focal length f satisfying the condition of 0.9 M <f <1.1 M is provided at the position of the distance M from the light emitting surface of the collimating optical system 30 to the emitting side. Inclining with respect to the XY plane so that the reflection direction of the reflected light flux L R makes an angle 2θ with the optical axis (Z direction) of the light flux L that has passed through the focusing optical system 20 and the collimating optical system 30 θ), and the collimated luminous flux L R is changed its optical path by the reflection type prism sheet 14 so as to be collimated luminous flux Lr. By this, even if the number of lenses of the collimating optical system 30 is two or more and four or less, only necessary places can be illuminated, and even if the irradiation target surface is a large screen equivalent to a display screen of 100 inches or more, for example Can be easily achieved.

そして、面光源10から出射される光束Lのほぼ全て、例えば95%以上、を第1レンズ21で取り込み第2レンズ22へ出射し、第2レンズ22から出射する光束Lの出射角度αが、α=19°〜30°となるように、第1レンズ21および第2レンズ22の材質および寸法の条件を設定し、かつ、光束Lを入射し4個以下のレンズでコリメートして出射するコリメート光学系30から出射する光束Lの拡がり角度βが、β=5.0°以下となるように、コリメート光学系30のレンズの材質および寸法の条件を設定し、コリメート光学系30から出射する光束Lを凹面反射ミラー15の反射面へ入射させることで、面光源の出射光を最大限に利用し、凹面反射ミラー15で反射させた平行光束Lを、反射型プリズムシート14で光路変更しで平行光束Lrとし、平行光束Lrの照射対象面の明るさを、例えば照射対象面内で最も明るい箇所の輝度に対する最も暗い箇所の輝度の比率で20%以上と、均一にすることができる。 Then, almost all of the light beam L 0 emitted from the surface light source 10, such as 95% or more, the emission by the first lens 21 to capture the second lens 22, the emission angle of the light beam L 1 emitted from the second lens 22 alpha but so that the α = 19 ° ~30 °, set the conditions for the material and dimensions of the first lens 21 and second lens 22, and then a light beam L 1 is collimated by four or less lens The conditions of the material and dimensions of the lens of the collimating optical system 30 are set so that the spread angle β of the luminous flux L emitted from the collimating optical system 30 to be emitted becomes β = 5.0 ° or less, and from the collimating optical system 30 The incident light beam L is made incident on the reflection surface of the concave reflection mirror 15 so that the emitted light of the surface light source is maximally utilized and the parallel light beam L R reflected by the concave reflection mirror 15 is reflected by the reflection type prism sheet 14 light The brightness of the irradiation target surface of the parallel luminous flux Lr may be equalized to, for example, 20% or more by the ratio of the luminance of the darkest part to the luminance of the brightest part in the irradiation target surface. it can.

βが5.0°超となると、平行光束Lおよび平行光束Lrを得るのが困難である。なお、本発明では面光源を用いるが、点光源の場合と違って面光源の場合は、βを0°とすることは困難である。
また、αが19°未満の範囲は、メニスカスレンズ(第1レンズ21)と凸レンズ(第2レンズ22)による実現が困難であり、一方、αが30°超の範囲では、レンズ個数が4個以下のコリメート光学系30によるβ=5.0°以下の実現が困難である。
よって、本発明によれば、面光源の出射光を最大限に利用し、均一な明るさで平行な光を出射し、必要な所だけ照明でき、照射対象面が大画面であっても装置の薄型化が容易に達成でき、しかも低コスト化が可能である照明装置が実現する。
When β is more than 5.0 °, it is difficult to obtain the parallel luminous flux L R and the parallel luminous flux Lr. Although a surface light source is used in the present invention, it is difficult to set β to 0 ° in the case of a surface light source unlike in the case of a point light source.
Further, in the range where α is less than 19 °, it is difficult to realize by the meniscus lens (first lens 21) and the convex lens (second lens 22), while in the range where α is greater than 30 °, the number of lenses is four. It is difficult to realize β = 5.0 ° or less by the following collimating optical system 30.
Therefore, according to the present invention, it is possible to use the light emitted from the surface light source as much as possible, emit parallel light with uniform brightness, and illuminate only where it is needed, even if the irradiation target surface is a large screen Thus, it is possible to realize a lighting device which can easily achieve the thinning of the device and can reduce the cost.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態として、(2)の発明に係る照明装置について図2に基づいて説明する。図2は、(2)の発明に係る照明装置が、(1)の発明において、集光光学系20の第1レンズ21と第2レンズ22とを、例えば図2に示すように、光入射面と光出射面の双方ともレンズ面として円弧を母線とした回転面からなる球面レンズ(球面レンズ)とした形態であることを示している。本発明では、非球面レンズに比べて格段に安価で入手できる球面レンズを集光光学系の第1レンズおよび第2レンズとして用いても、α=19°〜30°を実現できるので、第2の実施形態によれば、さらなる低コスト化が達成される。なお、図2の例では、好適形態として、第1レンズ21と第2レンズ22との間に、第2レンズ22への外光の入射を阻止する遮光板25を設けた。
Second Embodiment
Next, as a second embodiment, a lighting device according to the invention of (2) will be described based on FIG. FIG. 2 shows the illumination device according to the invention of (2), in which the first lens 21 and the second lens 22 of the condensing optical system 20 are shown in FIG. 2 as in the invention of (1). It is shown that both the surface and the light emitting surface are in the form of a spherical lens (spherical lens) composed of a rotational surface having an arc as a generatrix as a lens surface. In the present invention, α = 19 ° to 30 ° can be realized even if spherical lenses which are significantly cheaper than aspheric lenses are available as the first and second lenses of the focusing optical system. According to the embodiment of the present invention, further cost reduction is achieved. In the example of FIG. 2, as a preferred embodiment, a light shielding plate 25 is provided between the first lens 21 and the second lens 22 for blocking the incidence of external light on the second lens 22.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態として、(3)の発明に係る照明装置について図3に基づいて説明する。図3は、(3)の発明に係る照明装置が、(1)または(2)の発明において、集光光学系20の第1レンズ21と第2レンズ22とを、樹脂により一体成型(詳しくは、レンズ界面の一部が一体的に形成されるように)した形態であることを示している。樹脂としてはPMMA(ポリメチルメタクリレート)、PC(ポリカーボネート)が挙げられる。このように集光光学系20の第1レンズ21と第2レンズ22が二体であったのを樹脂により一体成型して一体とすることで、面光源10と集光光学系20との位置合わせおよび固定を簡単に行うことができる。また、第1レンズ21と第2レンズ22を成型する際の成型回数を2回(二体の場合)から1回(一体の場合)に減らすことができるため、製造コストのさらなる低下を図ることができる。
Third Embodiment
Next, as a third embodiment, a lighting device according to the invention of (3) will be described based on FIG. In FIG. 3, in the illumination device according to the invention (3), in the invention (1) or (2), the first lens 21 and the second lens 22 of the focusing optical system 20 are integrally molded of resin (in detail Indicates that a part of the lens interface is integrally formed). Examples of the resin include PMMA (polymethyl methacrylate) and PC (polycarbonate). As described above, the positions of the surface light source 10 and the condensing optical system 20 are integrated by integrally molding the first lens 21 and the second lens 22 of the condensing optical system 20 into two. It can be easily fitted and fixed. In addition, since the number of times of molding when molding the first lens 21 and the second lens 22 can be reduced from two times (in the case of two bodies) to one time (in the case of one body), the manufacturing cost can be further reduced. Can.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態として、(4)の発明に係る照明装置について図4に基づいて説明する。図4は、(4)の発明に係る照明装置が、(1)〜(3)のいずれかの発明において、コリメート光学系30をなす2個以上4個以下のレンズ(図4ではレンズ31とレンズ32の計2個の場合を示した。)からなり、これらレンズの、集光光学系20側のレンズ径(以下、入射側レンズ径という。)、例えばレンズ31のレンズ径と、反射光学系側(凹面反射ミラー15側、図1参照)のレンズ径(以下、出射側レンズ径という。)、例えばレンズ32のレンズ径とでは、後者の方が大であるとした形態であることを示している。
Fourth Embodiment
Next, as a fourth embodiment, a lighting device according to the invention of (4) will be described based on FIG. FIG. 4 shows that the illumination device according to the invention of (4) comprises two or more and four or less lenses forming the collimating optical system 30 (the lens 31 and FIG. 4 in any of the inventions of (1) to (3)). A total of two lenses 32 are shown.) The lens diameter (hereinafter referred to as the incident side lens diameter) of these lenses on the condensing optical system 20 side, for example, the lens diameter of the lens 31 and the reflection optical The lens diameter on the system side (concave reflection mirror 15 side, see FIG. 1) (hereinafter referred to as the exit side lens diameter), for example, the lens diameter of the lens 32, the latter is larger. It shows.

レンズ31からの出射光束と光軸直交面との交差領域の径が、レンズ31から出射側に離れるほど小さくなるようにレンズ31を設計するのは困難であるため、出射側レンズ径(レンズ32のレンズ径)が入射側レンズ径(レンズ31のレンズ径)以下である場合は、レンズ31からの出射光束を全てレンズ32へ入射させるのが困難である。これに対し、出射側レンズ径(レンズ32のレンズ径)が入射側レンズ径(レンズ31のレンズ径)より大である第4の実施形態では、レンズ31からの出射光束を全てレンズ32へ入射させ、光の利用効率をさらに向上させることが容易となる。   It is difficult to design the lens 31 so that the diameter of the intersection area between the light beam emitted from the lens 31 and the plane orthogonal to the optical axis decreases as the distance from the lens 31 to the light emission side increases. If the lens diameter of the lens is smaller than or equal to the lens diameter of the incident side (the lens diameter of the lens 31), it is difficult to make all light beams emitted from the lens 31 incident on the lens 32. On the other hand, in the fourth embodiment in which the exit side lens diameter (the lens diameter of the lens 32) is larger than the entrance side lens diameter (the lens diameter of the lens 31), all the emitted light flux from the lens 31 is incident on the lens 32 It becomes easy to further improve the utilization efficiency of light.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態として、(5)の発明に係る照明装置について図5に基づいて説明する。図5は、(5)の発明に係る照明装置が、(1)〜(4)のいずれかの発明において、コリメート光学系30のレンズ個数を、2〜4個のうちでも好ましい2個とし、これら2個のレンズ31、32を、平凸レンズからなるものとした形態であることを示している。
Fifth Embodiment
Next, as a fifth embodiment, a lighting apparatus according to the invention of (5) will be described based on FIG. In the illumination device according to the invention of (5) in FIG. 5, in the invention of any of (1) to (4), the number of lenses of the collimating optical system 30 is preferably two among two to four. It is shown that the two lenses 31 and 32 are in the form of a plano-convex lens.

平凸レンズは、レンズ両面の一方が凸面、他方が平面であり、レンズ両面の双方が曲面である場合と比べて、低コストで製造できる。そのため、コリメート光学系を2個の平凸レンズで構成した第5の実施形態によれば、コリメート光学系にレンズ両面が曲面であるレンズが含まれる場合に比べて、さらなる低コスト化が達成できる。
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態として、(6)の発明に係る照明装置について図6に基づいて説明する。図6は、(6)の発明に係る照明装置が、(1)〜(5)のいずれかの発明において、例えば図6に示すように、コリメート光学系30のレンズ個数を、2〜4個のうちでも好ましい2個とし、これら2個のレンズ31、32を、フレネルレンズからなるものとした形態であることを示している。
フレネルレンズは、レンズ面に段差の無い原形レンズを光軸直交面で複数のレンズ片に分断し、各レンズ片を原形レンズの光軸方向に平行移動して同一平面上に配置した形状(ただし、重なり部は融合したものとする。)を有するから、原形レンズと同等の光学特性をもたせながらレンズ厚みを、例えば原型レンズのレンズ厚みの30%以下と、大幅に薄くすることができ、本発明に係る照明装置の軽量化を図ることができる。
The plano-convex lens can be manufactured at low cost as compared with the case where one of the lens surfaces is convex and the other is flat and both lens surfaces are curved. Therefore, according to the fifth embodiment in which the collimating optical system is configured of two plano-convex lenses, cost reduction can be further achieved as compared to the case where the collimating optical system includes a lens having curved surfaces on both sides of the lens.
Sixth Embodiment
Next, as a sixth embodiment, a lighting apparatus according to the invention of (6) will be described based on FIG. In the illumination device according to the invention of (6), as shown in FIG. 6, in the invention of any of (1) to (5), for example, as shown in FIG. Among the two lenses 31, 32, among these lenses 31, 32 are shown to be formed of Fresnel lenses.
A Fresnel lens is a shape in which an original lens without steps on the lens surface is divided into a plurality of lens pieces in a plane orthogonal to the optical axis, and each lens piece is parallelly moved in the optical axis direction of the original lens and arranged on the same plane Since the overlapping portion is fused, the lens thickness can be significantly reduced, for example, to 30% or less of the lens thickness of the prototype lens while providing optical characteristics equivalent to that of the original lens. Weight reduction of the illuminating device which concerns on invention can be achieved.

(第7の実施形態)
次に第7の実施形態として、(7)の発明に係る照明装置について図1および図7に基づいて説明する。図1は、(7)の発明に係る照明装置が、(1)〜(6)のいずれかの発明において、凹面反射ミラー15が、その反射面を反射型プリズムシート14の下面側である光入射面側に向け、反射型プリズムシート14の厚み方向(Y方向)に対して傾斜していることを示し、図7は、その傾斜角度θを1.0°〜5.0°とした形態を示している。θが1.0°未満では凹面反射ミラー15からの反射光がコリメート光学系30へ戻ってしまう。一方、θが5.0°超では、照射対象面が大きくなると凹面反射ミラー15を大型化する必要が生じ、照明装置全体の小型化が困難となる。
Seventh Embodiment
Next, as a seventh embodiment, a lighting apparatus according to the invention of (7) will be described based on FIGS. 1 and 7. FIG. 1 shows an illumination device according to the invention of (7), wherein in the invention of any of (1) to (6), the concave reflection mirror 15 has light whose reflection surface is the lower surface side of the reflection type prism sheet 14 It shows that it inclines with respect to the thickness direction (Y direction) of the reflection type prism sheet 14 toward the entrance plane side, and FIG. 7 shows an embodiment in which the inclination angle θ is 1.0 ° to 5.0 °. Is shown. If θ is less than 1.0 °, the reflected light from the concave reflection mirror 15 returns to the collimating optical system 30. On the other hand, if θ exceeds 5.0 °, it becomes necessary to increase the size of the concave reflection mirror 15 as the irradiation target surface becomes larger, which makes it difficult to miniaturize the entire illumination device.

(第8の実施形態)
次に第8の実施形態として、(8)の発明に係る照明装置について図8に基づいて説明する。(8)の発明に係る照明装置は、(1)〜(7)のいずれかの発明において、前記反射型プリズムシートの反射凸部の幅方向中心線が円弧状であることを特徴とする。
この第8の実施形態は、第1〜第7の実施形態において、反射型プリズムシートの反射凸部14aの幅方向中心線が直線状である形態の反射型プリズムシート14としていたのに代えて、反射型プリズムシートの反射凸部14aの幅方向中心線14cが円弧状である形態の反射型プリズムシート14Aとした。この円弧の曲率中心は凹面反射ミラー15からの平行光束Lが入射する側に位置するものとする。図8は、本発明の第8の実施形態による反射型プリズムシート14Aの形態を模式的に示す(a)底面図、(b)側面図及び(c)正面図である。これによれば、凹面反射ミラー15から反射型プリズムシート14Aへ入射してきた平行光束Lは、反射凸部14aで反射されるが、図8(a)、(b)に示すように、幅方向中心線14cが円弧状である反射凸部14aは焦点pを有するため、図8の反射光束Lrは、平行光束とはならず、焦点pに集光したのち拡散する。この第8の実施形態においては、円弧状の幅方向中心線14cの曲率半径を変えることで反射光束Lrの拡散角度φを変更し、照射領域のX方向サイズを容易に変更できるから、第1〜第7の実施形態と比べ、同じ装置厚さでも、より大面積の照射対象面への適用が容易である。もっとも、照射領域のX方向端部ではX方向中央部と比べ、光強度が低下する。
Eighth Embodiment
Next, as an eighth embodiment, a lighting apparatus according to the invention of (8) will be described based on FIG. The illumination device according to the invention of (8) is characterized in that, in the invention of any one of (1) to (7), the width direction center line of the reflection convex portion of the reflection type prism sheet is in an arc shape.
In the eighth embodiment, in place of the reflective prism sheet 14 according to the first to seventh embodiments, the center line in the width direction of the reflective convex portion 14 a of the reflective prism sheet is linear. The reflection type prism sheet 14A has a form in which the widthwise center line 14c of the reflection convex portion 14a of the reflection type prism sheet is arc-shaped. The center of curvature of this arc is located on the side where the parallel light beam L R from the concave reflection mirror 15 is incident. FIG. 8A is a bottom view, FIG. 8B is a side view, and FIG. 8C is a front view schematically showing the configuration of a reflection type prism sheet 14A according to the eighth embodiment of the present invention. According to this, the parallel light beam L R incident from the concave reflection mirror 15 to the reflection type prism sheet 14A is reflected by the reflection convex part 14a, but as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the width since the reflective protrusion 14a-direction center line 14c is arc-shaped having a focal p, the reflected light beam Lr 1 in FIG. 8, not the parallel light beam is diffused after condensed into a focus p. In this eighth embodiment, by changing the diffusion angle φ reflected light beam Lr 1 by changing the radius of curvature of the arcuate widthwise center line 14c, since it easily change the X-direction size of the irradiation region, the Compared with the first to seventh embodiments, application to an irradiation target surface having a larger area is easy even with the same device thickness. However, the light intensity is reduced at the end in the X direction of the irradiation area as compared with the central part in the X direction.

(第9の実施形態)
次に、第9の実施形態として、(9)の発明に係る照明装置について説明する。(9)の発明に係る照明装置は、(1)〜(8)のいずれかの発明において、前記反射型プリズムシートの、前記凹面反射ミラーから反射した光束が反射する各々の反射面の傾きを、リニアフレネルレンズのように、各々異なる傾きとした形態(図示せず)である。これによれば、任意の線状照明や円形照明への適用も容易となる。
Ninth Embodiment
Next, a lighting apparatus according to the invention of (9) will be described as a ninth embodiment. The illuminating device which concerns on invention of (9) is an invention in any one of (1)-(8) WHEREIN: The inclination of each reflective surface which the light beam reflected from the said concave reflective mirror of the said reflection type prism sheet reflects is made As in the case of a linear Fresnel lens, they have different forms (not shown). According to this, application to arbitrary linear illumination and circular illumination also becomes easy.

(第10の実施形態)
次に、第10の実施形態として、(10)の発明に係る、(1)〜(9)のいずれかの発明による照明装置1からなるバックライト装置1B(図9参照)について説明する。例えば図9(a)に示すように、バックライト装置1Bは、板面を例えば垂直面とした光透過性の表示板53の観察者側とは反対側の面である背面を矩形の照射対象面53BSとして、斜め上方から前記平行光束Lr(図7参照)を過不足無く照射する配置形態をとっている。この配置形態では、バックライト装置1Bの光出射口の長手方向(Z方向)の長さを照射対象面53BSの例えば上辺の長さに合わせておき、バックライト装置1Bの長手方向範囲が照射対象面53BSの上辺長さ範囲と平行でかつ過不足無く重なるようにバックライト装置1Bを照射対象面53BSの例えば上端側に配置した。そして、前記光出射口からの平行光束Lrの照射対象面53BSへの入射角の余角になる角度θ1Bが、照射対象面53BSの高さ方向長さHと、前記光出射口のX方向長さX1Bとの幾何学的関係式:(X1B/H)=sinθ1B、を満たすように、バックライト装置1BのXZ面を水平面から傾けて配置した。
Tenth Embodiment
Next, as a tenth embodiment, a backlight device 1B (see FIG. 9) including the illumination device 1 according to the invention of (1) to (9) according to the invention of (10) will be described. For example, as shown in FIG. 9A, in the backlight device 1B, the back surface of the light-transmissive display plate 53 whose surface is the vertical surface, for example, the surface opposite to the viewer side has a rectangular irradiation target As the surface 53BS, the parallel light flux Lr (see FIG. 7) is irradiated from an oblique upper side without excess and deficiency. In this arrangement form, the length in the longitudinal direction (Z direction) of the light emission port of the backlight device 1B is adjusted to the length of, for example, the upper side of the irradiation target surface 53BS, and the longitudinal direction range of the backlight device 1B is the irradiation target The backlight device 1B is disposed, for example, on the upper end side of the irradiation target surface 53BS so as to be parallel to the upper side length range of the surface 53BS and overlap without excess. The angle θ 1 B, which is the extra angle of the incident angle of the collimated light beam Lr from the light exit to the illumination target surface 53 BS, is the height H of the illumination target surface 53 BS and the X direction of the light exit The XZ plane of the backlight device 1B was arranged to be inclined from the horizontal surface so as to satisfy the geometrical relationship with the length X 1B : (X 1B / H) = sin θ 1B .

例えばX1B=60mm、θ1B=0.7°〜10°とした場合、H=X1B/sinθ1B、より、照射対象面53BSの高さ方向長さHは、現状の大抵の照射対象面サイズを含む約346〜4911mmであり、したがって、現状の大抵の広さの照射対象面を光の無駄なく均一な明るさとなるように照明できる。なお、照射対象面内の、均一な明るさで照明できる範囲がどの程度の広さとなるかは、光学シミュレーションで照射対象面内の光強度の分布を算出することにより、求めることができる。 For example X 1B = 60 mm, when the θ 1B = 0.7 ° ~10 °, H = X 1B / sinθ 1B, more height direction length H of the illuminated target surface 53BS, the irradiation target surface of most current It is about 346 to 4911 mm, including its size, so it can illuminate most current areas of the illuminated surface with uniform brightness without wasting light. In addition, it can be determined by calculating the distribution of the light intensity in the surface to be irradiated by optical simulation as to how wide the range which can be illuminated with uniform brightness in the surface to be irradiated becomes.

また、例えば図9(b)に示すように光透過性の表示板53の背面側に、この背面へほぼ垂直に入射(例えば入射角=0°±10°以内で入射)するように平行光束Lrを光路変更する光路変更手段としてプリズムシート54を設置してもよい。なお、「反射型」を冠せずに単に「プリズムシート」と記した単語は、屈折型プリズムシートを指す。
なお、図9の例では、バックライト装置1Bが、前記平行光束Lrを出射する反射型プリズムシート14(図7参照)を具備した場合を示す。
Further, for example, as shown in FIG. 9B, the parallel luminous flux is incident on the back surface side of the light-transmissive display plate 53 substantially perpendicularly (for example, incident angle within 0 ° ± 10 °). A prism sheet 54 may be provided as an optical path changing means for changing the optical path of Lr. In addition, the word simply described as "prism sheet" without bearing "reflection type" refers to a refraction type prism sheet.
The example of FIG. 9 shows the case where the backlight device 1B is provided with the reflective prism sheet 14 (see FIG. 7) for emitting the parallel light beam Lr.

(第11の実施形態)
次に、第11の実施形態として、(11)の発明に係る液晶ディスプレイについて説明する。第11の実施形態は、(10)の発明によるバックライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの観察者側と反対側の面である背面に対して入射させる形態(図示せず)である。この第11の実施形態は、図9(a)、(b)に示した第10の実施形態(例えば図9(a)、(b)のいずれか)において、光透過性の表示板53に代えて、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルとした形態に該当する(図示せず)。なお、冠詞を付さず単に「液晶ディスプレイ」、「液晶パネル」と記した単語は、それぞれ「透過型」のものを指す。
第11の実施形態に用いる、上述の、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルとしては、例えば、偏光フィルター、ガラス基板、配光層に挟持された液晶、および拡散板などを積層した積層体から構成される従来公知の液晶パネル(図示せず)が使用できる。
Eleventh Embodiment
Next, a liquid crystal display according to the invention of (11) will be described as an eleventh embodiment. The eleventh embodiment comprises the backlight device according to the invention of (10) and a flat plate-like liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched between a plurality of light distribution layers, and emitted from the backlight device. It is a form (not shown) which makes a light beam enter with respect to the back surface which is a surface on the opposite side to the observer side of the said liquid crystal panel. In this eleventh embodiment, in the tenth embodiment shown in FIGS. 9A and 9B (for example, any of FIGS. 9A and 9B), the light transmitting display plate 53 is used. Instead, it corresponds to a flat plate-like liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched by a plurality of light distribution layers (not shown). The words “liquid crystal display” and “liquid crystal panel” simply without an article are referred to as “transmission type”.
Examples of the flat plate-like liquid crystal panel having at least the liquid crystal sandwiched between the plurality of light distribution layers described in the eleventh embodiment include, for example, a polarizing filter, a glass substrate, and a liquid crystal sandwiched between the light distribution layers. A conventionally known liquid crystal panel (not shown) can be used which is formed of a laminate in which a diffusion plate and the like are laminated.

(第12の実施形態)
次に、第12の実施形態として、(12)の発明に係る、(1)〜(9)のいずれかの発明による照明装置1からなるフロントライト装置1F(図10参照)について説明する。例えば図10(a)に示すように、フロントライト装置1Fは、板面を例えば垂直面とした光不透過性の表示板55の観察者側の面である正面を矩形の照射対象面55FSとして、斜め下方から前記平行光束Lr(図7参照)を過不足無く照射する配置形態をとっている。この配置形態では、フロントライト装置1Fの光出射口の長手方向(Z方向)の長さを照射対象面55FSの例えば下辺の長さに合わせておき、フロントライト装置1Fの長手方向範囲が照射対象面53FSの下辺長さ範囲と平行でかつ過不足無く重なるようにフロントライト装置1Fを照射対象面55FSの例えば下端側に配置した。そして、前記光出射口からの平行光束Lrの照射対象面55FSへの入射角の余角になる角度θ1Fが、照射対象面55FSの高さ方向長さHと、前記光出射口のX方向長さX1Fとの幾何学的関係式:(X1F/H)=sinθ1F、を満たすように、フロントライト装置1FのXZ面を水平面から傾けて配置した。
Twelfth Embodiment
Next, as a twelfth embodiment, a front light apparatus 1F (see FIG. 10) including the illumination apparatus 1 according to the invention of (1) to (9) according to the invention of (12) will be described. For example, as shown in FIG. 10A, in the front light device 1F, the front surface, which is the surface on the viewer side of the light-impermeable display plate 55 having the plate surface as the vertical surface, for example, is rectangular The configuration is such that the collimated light beam Lr (see FIG. 7) is emitted from the obliquely lower side without excess or deficiency. In this arrangement form, the length in the longitudinal direction (Z direction) of the light emission port of the front light device 1F is made equal to the length of the lower side of the irradiation target surface 55FS, for example. The front light device 1F is disposed, for example, on the lower end side of the irradiation target surface 55FS so as to overlap with the lower side length range of the surface 53FS in parallel and without excess and deficiency. Then, the angle θ 1 F, which is the extra angle of the incident angle of the collimated light beam Lr from the light emission port to the irradiation target surface 55 FS, is the height direction length H of the irradiation target surface 55 FS and the X direction of the light emission port The XZ plane of the front light device 1F was arranged to be inclined from the horizontal surface so as to satisfy the geometrical relationship with the length X 1F : (X 1F / H) = sin θ 1F .

例えばX1F=60mm、θ1F=0.7°〜10°とした場合、H=X1F/sinθ1F、より、照射対象面55FSの高さ方向長さHは、現状の大抵の照射対象面サイズを含む約346〜4911mmであり、したがって、現状の大抵の広さの照射対象面を光の無駄なく均一な明るさとなるように照明できる。なお、照射対象面内の、均一な明るさで照明できる範囲がどの程度の広さとなるかは、光学シミュレーションで照射対象面内の光強度の分布を算出することにより、求めることができる。 For example X 1F = 60 mm, when a θ 1F = 0.7 ° ~10 °, H = X 1F / sinθ 1F, more height direction length H of the illuminated target surface 55FS is irradiated target surface of most current It is about 346 to 4911 mm, including its size, so it can illuminate most current areas of the illuminated surface with uniform brightness without wasting light. In addition, it can be determined by calculating the distribution of the light intensity in the surface to be irradiated by optical simulation as to how wide the range which can be illuminated with uniform brightness in the surface to be irradiated becomes.

また、例えば図10(b)に示すように光不透過性の表示板55の正面側に、この正面へほぼ垂直に入射(例えば入射角=0°±10°以内で入射)するように平行光束Lrを光路変更する光路変更手段として、プリズムシート54を設置してもよい。
なお、図10の例では、フロントライト装置1Fが、前記平行光束Lrを出射する反射型プリズムシート14(図7参照)を具備した場合を示す。
Further, for example, as shown in FIG. 10 (b), parallel to the front side of the light impermeable display plate 55, the light is incident almost perpendicularly (for example, incident angle within 0 ° ± 10 °). A prism sheet 54 may be provided as an optical path changing means for changing the optical path of the light flux Lr.
In the example of FIG. 10, the front light device 1F includes the reflective prism sheet 14 (see FIG. 7) for emitting the parallel light flux Lr.

(第13の実施形態)
次に、第13の実施形態として、(13)の発明に係る反射型液晶ディスプレイについて説明する。第13の実施形態は、(12)の発明によるフロントライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の反射型液晶パネルと、を備え、前記フロントライト装置から出射される光束を、前記反射型液晶パネルの観察者側の面である正面に対して入射させる形態(図示せず)である。この第13の実施形態は、第10の実施形態(例えば図10(a)、(b)のいずれか)において、光不透過性の表示板55に代えて、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の反射型液晶パネルとした形態に該当する(図示せず)。
Thirteenth Embodiment
Next, a reflective liquid crystal display according to the invention of (13) will be described as a thirteenth embodiment. The thirteenth embodiment comprises the front light device according to the invention of (12), and a flat plate-like reflective liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched by a plurality of light distribution layers, and the light is emitted from the front light device. It is a form (not shown) which makes the light beam made incident into the front which is the surface by the side of the observer of the said reflection type liquid crystal panel. In the thirteenth embodiment (for example, any of FIGS. 10A and 10B), the light-impermeable display plate 55 is replaced with a plurality of light distribution layers in the tenth embodiment (for example, either of FIGS. 10A and 10B). This corresponds to a flat plate-like reflective liquid crystal panel having at least the liquid crystal (not shown).

第13の実施形態に用いる、上述の、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の反射型液晶パネルとしては、例えば、偏光フィルター、ガラス基板、配光層、液晶、および拡散板などを、観察者側を反射面とする反射板上に積層した積層体から構成される従来公知の反射型液晶パネルが使用できる。   Examples of the flat plate-like reflection-type liquid crystal panel having at least the liquid crystal sandwiched by the plurality of light distribution layers described in the thirteenth embodiment include a polarizing filter, a glass substrate, a light distribution layer, liquid crystal, and A conventionally known reflective liquid crystal panel can be used which is formed of a laminate in which a diffusion plate or the like is laminated on a reflection plate whose reflection surface is on the viewer side.

実施例を図12に基づいて説明する。LEDチップからなる面光源10の光出射面のサイズを1.4mm×1.4mmとした。また、前記凹面反射ミラーの焦点距離fおよび前記コリメート光学系の光出射面から前記凹面反射ミラーの反射面までの距離M(図1参照)は、f=M=514.5mmとした。また、コリメート光学系30は、レンズ個数を2個とした。また、反射型プリズムシート14は図7の形態(反射凸部の幅方向中心線は直線状、かつ、反射凹部のZ方向配列は等間隔)とし、そのZ方向長さを500mmとした。また、面光源10の光出射面の中心を通る法線を集光光学系20およびコリメート光学系30の光軸とし、この光軸から反射型プリズムシート14までの距離を30mmとした(図12(b))。また、凹面反射ミラー15のX方向長さを70mm、Y方向長さを70mmとした。なお、凹面反射ミラー15の前記傾斜角度θ(図1参照)は、θ=3°とした。   An embodiment will be described based on FIG. The size of the light emitting surface of the surface light source 10 made of an LED chip was 1.4 mm × 1.4 mm. The focal length f of the concave reflecting mirror and the distance M (see FIG. 1) from the light emitting surface of the collimating optical system to the reflecting surface of the concave reflecting mirror are f = M = 514.5 mm. The collimating optical system 30 has two lenses. Further, the reflection type prism sheet 14 has a form shown in FIG. 7 (the center line in the width direction of the reflection convex portion is linear, and the Z direction arrangement of the reflection concaves is equidistant), and the length in the Z direction is 500 mm. The normal to the center of the light exit surface of the surface light source 10 is taken as the optical axis of the condensing optical system 20 and the collimating optical system 30, and the distance from this optical axis to the reflective prism sheet 14 is 30 mm (FIG. 12). (B). Further, the length of the concave reflecting mirror 15 in the X direction is 70 mm, and the length in the Y direction is 70 mm. The inclination angle θ (see FIG. 1) of the concave reflection mirror 15 was set to θ = 3 °.

上記実施例において、集光光学系20が面光源10からの出射光束L(図1参照)を95%以上取り込み、その全てを前記αの条件[α=19°〜30°]を満たす光束L(図1参照)としてコリメート光学系30へ出射し、出射された光束の全てをコリメート光学系30が前記βの条件[β=5.0°以下]を満たす光束L(図1参照)として、凹面反射ミラー15へ入射させるに十分な、面光源10からコリメート光学系30までの光学系の設計条件を、光学シミュレーションにより求め、以下のとおりとした。
(a) 面光源10と集光光学系20のメニスカスレンズ(第1レンズ21)との光軸方向の間隔は2.5mmとした。
(b) 集光光学系20の2つのレンズのうちレンズ径が大きい方の第2レンズ22のレンズ径である、集光光学系20の最大レンズ径は、10mmとし、第1レンズ21と第2レンズ22はレンズ面を光入射側、光出射側とも球面とし、第1レンズ21と第2レンズ22の焦点距離は、それぞれ16.3mm、29.7mmとした。
(c) コリメート光学系30は、光入射側から順に配置した2個のレンズ31、32とも平凸レンズとし、その凸側のレンズ面は球面とし、レンズ31のレンズ径、焦点距離は、それぞれ34mm、83.1mmとし、レンズ32のレンズ径、焦点距離は、それぞれ36mm、125.8mmとした。
(d) 面光源10の光出射面からコリメート光学系30のレンズ32の光出射面までの距離(Mと記す)は、M=46.8mmとした。
In the above embodiment, the condensing optical system 20 takes in 95% or more of the emitted light flux L 0 (see FIG. 1) from the surface light source 10, and all the light flux satisfying the condition α of 19 ° to 30 °. The light beam L is emitted to the collimating optical system 30 as L 1 (refer to FIG. 1), and the light beam L satisfying the condition [β = 5.0 ° or less] of the light beam L (refer to FIG. 1) The design conditions of the optical system from the surface light source 10 to the collimating optical system 30 which are sufficient to allow the light to enter the concave reflection mirror 15 are determined by optical simulation as follows.
(A) The distance between the surface light source 10 and the meniscus lens (first lens 21) of the focusing optical system 20 in the optical axis direction is 2.5 mm.
(B) The maximum lens diameter of the focusing optical system 20, which is the lens diameter of the second lens 22 having the larger lens diameter among the two lenses of the focusing optical system 20, is 10 mm. The two lenses 22 had spherical lens surfaces on both the light incident side and the light output side, and the focal lengths of the first lens 21 and the second lens 22 were 16.3 mm and 29.7 mm, respectively.
(C) In the collimating optical system 30, both of the two lenses 31 and 32 arranged in order from the light incident side are plano-convex lenses, the lens surface of the convex side is spherical, and the lens diameter of the lens 31 and focal length are 34 mm. The lens diameter and focal length of the lens 32 are 36 mm and 125.8 mm, respectively.
Distance from the light exit surface of (d) the surface light source 10 to the light exit surface of the lens 32 of the collimating optical system 30 (referred to as M 1) was set to M 1 = 46.8 mm.

実施例の照明装置1の反射型プリズムシート14から出射した平行光束Lrが、入射角=90°−θ=82°で入射する照射対象面58(図12(b))を想定し、この照射対象面58内の光強度の分布を、面光源10から出力される光の電力が1Wであるとした場合について、光学シミュレーションにより求めた。図13は、照射対象面58のY方向の光強度の分布、すなわち照射対象面58内のC点(図12(b))を原点としたY座標値(=C点からのY方向距離[mm]×Y方向の換算係数[mm−1];Y方向の換算係数=1)と光強度の関係を示している。また、図14は、照射対象面58のZ方向の光強度の分布、すなわち照射対象面58内のC点(図12(b))を原点としたZ座標値(=C点からのZ方向距離[mm]×Z方向の換算係数[mm−1];Z方向の換算係数=1)と光強度の関係を示している。なお、図13、図14において、縦軸の目盛り数値の「(数値1)E−(数値2)」は、「(数値1)×10−(数値2)」を意味する。 Assuming a surface 58 to be irradiated (FIG. 12B) on which the parallel light beam Lr emitted from the reflection type prism sheet 14 of the illumination device 1 of the embodiment is incident at an incident angle = 90 ° −θ 1 = 82 °. The distribution of the light intensity in the irradiation target surface 58 was obtained by optical simulation in the case where the power of light output from the surface light source 10 was 1 W. 13 shows the distribution of light intensity in the Y direction of the irradiation target surface 58, that is, the Y coordinate value (= the distance in the Y direction from the point C with the point C (FIG. 12B) in the irradiation target surface 58 as the origin. mm] × Y direction conversion coefficient [mm- 1 ]; Y direction conversion coefficient = 1) shows the relationship between the light intensity. Further, FIG. 14 shows the distribution of light intensity in the Z direction of the irradiation target surface 58, that is, the Z coordinate value (= Z direction from the point C with the point C (FIG. 12B) in the irradiation target surface 58 as the origin. The relationship between the distance [mm] x conversion factor in the Z direction [mm- 1 ]; conversion factor in the Z direction = 1) and the light intensity is shown. In FIG. 13 and FIG. 14, “(numerical value 1) E− (numerical value 2)” on the vertical axis represents “(numerical value 1) × 10 − (numerical value 2) ”.

図13から、照射対象面58のY方向の、Y座標値が約−210〜約260になる、Y方向長さが約470mmの広い範囲で、約(4〜9)×10−6W・cm−2の十分かつ均一な光強度(輝度)が得られることが分かる。また、図14から、照射対象面58のZ方向の、Z座標値が約−180〜約180になる、Z方向長さが約360mmの広い範囲で、約(4〜9)×10−6W・cm−2の十分かつ均一な光強度(輝度)が得られることが分かる。 From FIG. 13, the Y coordinate value of the irradiation target surface 58 in the Y direction is about −210 to about 260, and the length in the Y direction is about 470 mm in a wide range of about (4 to 9) × 10 −6 W. It can be seen that a sufficient and uniform light intensity (brightness) of cm −2 can be obtained. Further, from FIG. 14, the Z coordinate value of the irradiation target surface 58 in the Z direction is about −180 to about 180, and the length in the Z direction is about 360 mm in a wide range of about (4 to 9) × 10 −6. It can be seen that a sufficient and uniform light intensity (brightness) of W · cm −2 can be obtained.

1 照明装置
1B バックライト装置
1F フロントライト装置
10 面光源
14、14A 反射型プリズムシート
15 凹面反射ミラー
20 集光光学系
21 第1レンズ(メニスカスレンズ)
22 第2レンズ(凸レンズ)
30 コリメート光学系
31、32 レンズ(コリメート光学系のレンズ)
53 光透過性の表示板
53BS バックライト装置1Bの照射対象面
54 プリズムシート
55 光不透過性の表示板
55FS フロントライト装置1Fの照射対象面
58 照射対象面
H 照射対象面53BSまたは照射対象面55FSの高さ方向長さ
Lr 平行光束
1B バックライト装置1Bの光出射口のX方向長さ
1F フロントライト装置1Fの光出射口のX方向長さ
f 凹面反射ミラーの焦点距離
M コリメート光学系の光出射面から凹面反射ミラーの反射面までの距離M
面光源の光出射面からコリメート光学系の光出射側のレンズの光出射面までの距離
α 第2レンズの光出射面側から出射される光束の、光軸に対する、光束の拡がる側への出射角度
β コリメート光学系によりコリメートされた光束の、光軸に対する、光束の拡がる側への拡がり角度
θ 凹面反射ミラーの傾斜角度
θ1B バックライト装置1Bの光出射口からの平行光束Lrの照射対象面53BSへの入射角の余角になる角度
θ1F フロントライト装置1Fの光出射口からの平行光束Lrの照射対象面55FSへの入射角の余角になる角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 illumination apparatus 1B back light apparatus 1F front light apparatus 10 surface light source 14 and 14A reflective prism sheet 15 concave reflective mirror 20 condensing optical system 21 1st lens (meniscus lens)
22 Second lens (convex lens)
30 Collimated optics 31, 32 lenses (lenses of collimated optics)
53 Light transmitting display plate 53BS Illumination target surface 54 of backlight device 1B Prism sheet 55 Light opaque display plate 55FS Illumination target surface 58 of front light device 1F Irradiation target surface H Irradiation target surface 53BS or irradiation target surface 55FS focal length M collimating optical system of the X-direction length f concave reflecting mirror in the height direction length Lr parallel beam X 1B back X-direction of the light exit opening of the light device 1B length X 1F front light device 1F of the light emitting window Distance M from the light exit surface to the reflecting surface of the concave reflecting mirror
Distance α from the light exit surface of the M 1 surface light source to the light exit surface of the lens on the light exit side of the collimating optical system α to the light flux spreading side of the light flux emitted from the light exit surface side of the second lens Of the light beam collimated by the collimating optical system with respect to the optical axis, the spread angle θ of the light beam to the spreading side, the inclination angle θ of the concave reflecting mirror 1B illumination of the parallel light beam Lr from the light exit of the backlight device 1B Angle θ 1 which is a complementary angle of the incident angle to the target surface 53BS Angle θ 1F which is a complementary angle of the incident angle to the irradiation target surface 55FS of the parallel beam Lr from the light exit of the front light device 1F

Claims (13)

光出射面を有する面光源と、
前記面光源から出射される光束のほぼ全てを、前記面光源を覆うメニスカスレンズである第1レンズで取り込み前記第1レンズの光出射面側の直後に光軸が一致するように配置された凸レンズである第2レンズへ入射させ、前記第2レンズの光出射面側から出射される光束の出射角度αが光軸に対し、光束の拡がる側にα=19°〜30°となる集光光学系と、
前記集光光学系から光軸に対し前記出射角度で出射される光束を、光軸に対し、光束の拡がる側にβ=5.0°以下の拡がり角度βでコリメートする、2個以上4個以下のレンズからなるコリメート光学系と、
前記コリメート光学系から出射される光束を、平行光束となるように反射する、焦点距離fの凹面反射ミラーからなり、
前記焦点距離fは、前記コリメート光学系の光出射面から前記凹面反射ミラーの反射面までの距離Mに対して、0.9M<f<1.1M、の条件を満たす、反射光学系と、
さらに、光路変更手段と、
を備えた照明装置であって、
前記反射光学系から反射した光束の反射方向が、前記集光光学系と前記コリメート光学系を通過した光束の光軸に対して傾斜し、
さらに、前記光路変更手段は、前記反射光学系から反射した光束の光路を変更する反射型プリズムシートからなる、
ことを特徴とする照明装置。
A surface light source having a light emitting surface;
A convex lens placed so that the optical axis is aligned immediately after the light emitting surface side of the first lens by taking in substantially all of the light flux emitted from the surface light source with the first lens which is a meniscus lens covering the surface light source A condensing optical system in which the light emission angle α of the light beam emitted from the light emission surface side of the second lens is α = 19 ° to 30 ° on the side where the light beam spreads with respect to the optical axis. System,
The light flux emitted from the light collection optical system at the emission angle with respect to the optical axis is collimated at a spread angle β of not more than 5.0 ° with respect to the light axis, at least two A collimating optical system comprising the following lenses,
It consists of a concave reflecting mirror with a focal length f, which reflects the light beam emitted from the collimating optical system into a parallel light beam,
The reflective optical system satisfying the condition of 0.9 M <f <1.1 M with respect to the distance M from the light emitting surface of the collimating optical system to the reflecting surface of the concave reflecting mirror;
Furthermore, an optical path changing means,
A lighting device provided with
The reflection direction of the light flux reflected from the reflection optical system is inclined with respect to the optical axis of the light flux passing through the light collection optical system and the collimating optical system,
Furthermore, the optical path changing means is formed of a reflective prism sheet that changes the optical path of the light beam reflected from the reflective optical system.
A lighting device characterized by
前記集光光学系の第1レンズと第2レンズとが、光入射面と光出射面の双方ともレンズ面として円弧を母線とした回転面からなる、球面レンズであることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。   The first lens and the second lens of the light collecting optical system are spherical lenses each having a light incident surface and a light emitting surface as lens surfaces and a rotation surface having an arc as a generatrix. The lighting device according to 1. 前記集光光学系の第1レンズと第2レンズとが、樹脂により一体成型されていることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。   The illumination device according to claim 1, wherein the first lens and the second lens of the focusing optical system are integrally molded of a resin. 前記コリメート光学系をなす2個以上4個以下のレンズの、前記集光光学系側のレンズ径と前記反射光学系側のレンズ径とでは、後者の方が大であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明装置。   The latter is larger in the lens diameter on the condensing optical system side and the lens diameter on the reflective optical system side of the two or more and four or less lenses forming the collimating optical system. The lighting device according to any one of Items 1 to 3. 前記コリメート光学系が、2個の平凸レンズからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明装置。   The illumination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the collimating optical system comprises two plano-convex lenses. 前記コリメート光学系が、2個のフレネルレンズからなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明装置。   The said collimating optical system consists of two Fresnel lenses, The illuminating device of any one of the Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記凹面反射ミラーは、その反射面が前記反射型プリズムシートの下面側である光入射面側に向き、前記反射型プリズムシートの厚み方向に対して傾斜角度θ=1.0°〜5.0°で傾斜していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の照明装置。   The concave reflection mirror has its reflection surface directed to the light incident surface side which is the lower surface side of the reflection type prism sheet, and the inclination angle θ = 1.0 ° to 5.0 with respect to the thickness direction of the reflection type prism sheet The lighting device according to any one of claims 1 to 6, which is inclined at an angle of °. 前記反射型プリズムシートの反射凸部の幅方向中心線が円弧状であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の照明装置。   The illumination apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a center line in a width direction of the reflection convex portion of the reflection type prism sheet has an arc shape. 前記反射型プリズムシートの、前記凹面反射ミラーから反射した光束が反射する各々の反射面の傾きを、リニアフレネルレンズのように、各々異なる傾きとしたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の照明装置。   The inclination of each of the reflection surfaces of the reflection-type prism sheet, on which the light flux reflected from the concave reflection mirror is reflected, is different from each other like a linear Fresnel lens. A lighting device according to any one of the preceding claims. 請求項1〜9のいずれか1項に記載された照明装置からなることを特徴とするバックライト装置。   A backlight device comprising the lighting device according to any one of claims 1 to 9. 請求項10に記載されたバックライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の液晶パネルと、を備え、
前記バックライト装置から出射される光束を、前記液晶パネルの背面に対して入射させることを特徴とする液晶ディスプレイ。
A backlight device according to claim 10, and a flat plate-like liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched between a plurality of light distribution layers.
A liquid crystal display characterized in that a light flux emitted from the backlight device is made incident on the back surface of the liquid crystal panel.
請求項1〜9のいずれか1項に記載された照明装置からなることを特徴とするフロントライト装置。   A front light device comprising the lighting device according to any one of claims 1 to 9. 請求項12に記載されたフロントライト装置と、複数の配光層に挟持された液晶を少なくとも有する平面板状の反射型液晶パネルと、を備え、
前記フロントライト装置から出射される光束を、前記反射型液晶パネルの正面に対して入射させることを特徴とする反射型液晶ディスプレイ。
A front light device according to claim 12, and a flat plate-like reflective liquid crystal panel having at least a liquid crystal sandwiched between a plurality of light distribution layers.
A reflective liquid crystal display characterized in that a light flux emitted from the front light device is made incident on the front of the reflective liquid crystal panel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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