JP2019102372A - Luminaire, backlight device and front light device - Google Patents
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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
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。
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.
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
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
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.
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
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L0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L1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
The condensing
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L1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
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
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LR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
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LR(平行光束LR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
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
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
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
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LR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LR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
そして、面光源10から出射される光束L0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L1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L1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LR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LR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
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
(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
(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
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
(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
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
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
(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LR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LR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Lr1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Lr1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
(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
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 =
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-
The example of FIG. 9 shows the case where the
(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
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
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 =
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
In the example of FIG. 10, the front
(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-
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
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L0(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L1(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(M1と記す)は、M1=46.8mmとした。
In the above embodiment, the condensing
(A) The distance between the
(B) The maximum lens diameter of the focusing
(C) In the collimating
Distance from the light exit surface of (d) the
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°−θ1=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
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
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
X1B バックライト装置1Bの光出射口のX方向長さ
X1F 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
M1 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
22 Second lens (convex lens)
30
53 Light transmitting display plate 53BS
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
Claims (13)
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.
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017234908A JP2019102372A (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Luminaire, backlight device and front light device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017234908A JP2019102372A (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Luminaire, backlight device and front light device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019102372A true JP2019102372A (en) | 2019-06-24 |
Family
ID=66974027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2017234908A Pending JP2019102372A (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Luminaire, backlight device and front light device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019102372A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7495702B2 (en) | 2020-06-18 | 2024-06-05 | 国立大学法人東北大学 | Lighting equipment |
-
2017
- 2017-12-07 JP JP2017234908A patent/JP2019102372A/en active Pending
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