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WO2017057051A1 - 拡散レンズ、発光装置及び拡散レンズの射出成形用金型 - Google Patents

拡散レンズ、発光装置及び拡散レンズの射出成形用金型 Download PDF

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Publication number
WO2017057051A1
WO2017057051A1 PCT/JP2016/077424 JP2016077424W WO2017057051A1 WO 2017057051 A1 WO2017057051 A1 WO 2017057051A1 JP 2016077424 W JP2016077424 W JP 2016077424W WO 2017057051 A1 WO2017057051 A1 WO 2017057051A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
back surface
center
lens
emitting device
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/077424
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松本　浩一
北村　英二
雄一 田原
Original Assignee
ＩＰ Ｌａｂｏ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ＩＰ Ｌａｂｏ株式会社 filed Critical ＩＰ Ｌａｂｏ株式会社
Publication of WO2017057051A1 publication Critical patent/WO2017057051A1/ja

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the present invention relates to a diffusion lens for diffusing light such as a light emitting diode (LED) used for a backlight of an image display device, a light emitting device including the diffusion lens, and a mold used for injection molding of the diffusion lens.
  • a diffusion lens for diffusing light such as a light emitting diode (LED) used for a backlight of an image display device, a light emitting device including the diffusion lens, and a mold used for injection molding of the diffusion lens.
  • LED light emitting diode
  • a light emitting element such as an LED has a characteristic that the amount of light is concentrated in the vicinity of the optical axis.
  • an LED used for a backlight of an image display device such as a liquid crystal television diffuses light emission in order to suppress luminance unevenness.
  • a diffusing lens is used.
  • a lens of a light emitting device described in Patent Document 1 is conventionally known.
  • the lens described in this document diffuses the light emission of the LED arranged on the back side, and is transmitted at a slant with respect to a plane whose normal is the optical axis at the center of the front surface (outgoing surface).
  • a first region in which a refracting surface and a steep reflecting surface are alternately formed in a staircase shape is provided, and a second region formed by a continuous curved surface is provided on the outer periphery of the first region. Yes.
  • a part of the light beam is reflected by the reflecting surface, thereby suppressing the occurrence of luminance unevenness due to the concentrated emitted light having a high intensity near the optical axis.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high degree of freedom in designing the surface shape, a diffusing lens that can be easily designed and molded, and can suppress uneven brightness, and a light-emitting device including the diffusing lens. It is an object to provide a mold used for injection molding of the diffusion lens.
  • a diffusing lens according to the present invention has a circular shape in a plan view or a rectangular shape in a plan view, and has a surface and a center axis passing through the center of the circle or a centroid axis passing through the center of gravity of the rectangle.
  • Each of the back surfaces is formed substantially symmetrically, and a concave incident portion into which light from a light source arranged so that the optical axis coincides with the central axis or the center of gravity axis is provided at the center of the back surface.
  • the back surface is formed in a tapered shape inclined upward at a predetermined angle when viewed from the incident portion side.
  • a light-emitting device includes a light source and a diffusion lens that diffuses light emitted from the light source, and the diffusion lens has a circular shape in a plan view or a rectangular shape in a plan view, and a center that passes through the center of the circle.
  • Each of the front surface and the back surface is formed substantially symmetrically with respect to the axis of gravity or the center of gravity of the rectangle passing through the center of gravity of the rectangle, and the center axis or the center of gravity axis and the optical axis are arranged at the center of the back surface.
  • a concave incident portion for receiving light from the light source is provided, and the back surface is formed in a tapered shape inclined upward at a predetermined angle when viewed from the incident portion side.
  • the back surface of the diffusing lens is formed in a tapered shape that is inclined upward at a predetermined angle when viewed from the incident portion side, so that the light source is concentrated near the optical axis.
  • the peak light quantity near the optical axis is reduced, and the light quantity away from the optical axis is increased correspondingly, thereby suppressing uneven brightness.
  • this effect can be obtained simply by forming the back surface into a tapered shape at a predetermined angle without processing the surface of the diffusion lens into a complicated shape.
  • the degree of freedom is high, design and molding are easy, and luminance unevenness can be suppressed.
  • the back surface is formed in a tapered shape, the heat of the light source that tends to be scattered near the incident portion can be easily dissipated from the lower space of the back surface, and the heat dissipation effect can be improved.
  • the heat radiation effect is further enhanced by being placed on the substrate and forming a heat radiation pattern on the side of the light source on the substrate, or by placing the light source on the substrate via the heat radiation pattern. it can.
  • the predetermined angle is preferably 2.5 degrees or more and 6 degrees or less with respect to a plane having a central axis as a normal line, or 4 degrees or more and 6 degrees or less with respect to a plane having a normal axis as a center of gravity. Accordingly, the luminance unevenness can be effectively suppressed by greatly reducing the peak light quantity.
  • the diffusing lens is a plane whose normal is the central axis or the center of gravity axis and passes through the height of the upper edge of the back surface
  • the surface side block constituting the upper side of the divided surface When the back side block constituting the lower side is joined, the back side may be completely processed into a taper shape only by the back side block, so that the processing becomes easy.
  • an air layer and an adhesive layer are formed by the joint portion between the front surface side block and the back surface side block, further light diffusion can be achieved by this joint portion.
  • the diffusing lens has a rectangular shape in plan view, it is desirable that the incident portion has a rectangular tube concave shape, so that light diffusion can be spread to the four corners of the rectangular shape of the diffusing lens.
  • a diffusion lens injection molding die is the above-described diffusion lens injection molding die, which is provided in a cavity and is provided in a surface forming portion that forms the surface of the diffusion lens.
  • a large-diameter resin reservoir is provided in a part of the runner.
  • the diffusing lens can have a high degree of freedom in designing the surface shape, can be easily designed and molded, and can suppress uneven brightness.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a path of emitted light from an LED in the light emitting device of FIG. 1.
  • 1A is an explanatory diagram showing the illuminance distribution on the irradiated surface when the tilt angle of the back surface of the lens is 0 degree, and FIG.
  • FIG. 1B is a diagram when the tilt angle of the back surface of the lens is 4.5 degrees. It is explanatory drawing which shows the illumination intensity distribution in the irradiation surface.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the light distribution on the irradiated surface when the inclination angle of the back surface of the lens is 0 degree and 3 degrees for the light emitting device of FIG. 1. It is explanatory drawing which illustrates the path
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a light distribution on the irradiated surface when the inclination angle of the back surface of the lens is 0 degree and 3 degrees for the light emitting device of FIG. 8.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a light distribution on the irradiated surface when the inclination angle of the rear surface of the lens is 0 degree and 3 degrees for the light emitting device of FIG. 10. It is sectional drawing which shows further another light-emitting device based on the form for inventing, Comprising: A heat-radiation pattern is provided on the board
  • FIG. 14 It is sectional drawing which shows further another light-emitting device which concerns on the form for implementing invention, Comprising: LED is mounted on the board
  • FIG. 14 It is explanatory drawing which shows the change of the peak light quantity when changing the inclination-angle of the back surface of a lens.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating still another light-emitting device according to an embodiment for carrying out the invention, in which an incident portion of a lens of the light-emitting device in FIG. 14 exhibits a rectangular tube concave shape.
  • FIG. 1 shows a light emitting device provided with a diffusion lens according to this embodiment.
  • the light emitting device 1 can be used for a backlight of an image display device of a liquid crystal television, and includes an LED 2, a substrate 3, and a lens 4.
  • the LED 2 is driven by a power supply (not shown) and emits white light.
  • the substrate 3 has a rectangular shape in plan view, and the upper surface 5 is provided with a reflective coating, and a plurality of LEDs 2 are provided along the longitudinal direction.
  • the LED 2 is fixed to the substrate 3 so that its optical axis is parallel to the normal line of the substrate 3, and emits light upward (toward the side opposite to the substrate 3).
  • the lens 4 is integrally formed of PMMA resin having a transmittance of 95% or more and a refractive index of about 1.5, and has a circular shape in plan view as shown in FIG. As the central axis X 1 through this circular center (center position in plan view) matches the LED2 of the optical axis, the lens 4 is provided above the LED2.
  • Surface 6 of the lens 4 exhibits a domed convex portion 7 is formed on the top, the shape of the surface 6 at any cross section including the central axis X 1 is substantially symmetrical with respect to the central axis X 1.
  • bullet-shaped concave entrance portion 9 which light is incident is provided from the LED2, the shape of the incident portion 9 at an arbitrary section including the central axis X 1, the central axis X 1 Is substantially symmetrical.
  • the rear surface 8, as viewed from the side of the entrance portion 9 is formed at a predetermined angle ⁇ tapered inclined upward (see FIG. 1), the shape of the back surface 8 in any cross-section including the central axis X 1, it is substantially symmetrical with respect to the central axis X 1.
  • legs 10 are equidistant from the central axis X 1, and are formed so as to be spaced at equal distances from each other
  • the lens 4 is fixed on the substrate 3 by the legs 10.
  • the light from the LED 2 enters and refracts the incident part 9 of the lens 4, a part of which is reflected by the surface 6, and the remaining part is transmitted through the surface 6 and emitted.
  • a part of the light reflected by the front surface 6 is transmitted through the back surface 8 and the remaining part is reflected by the back surface 8, and the light transmitted through the back surface 8 is reflected by the top surface 5 of the substrate 3 and passes from the back surface 8 to the lens 4.
  • the light reflected by the back surface 8 and the light reflected by the upper surface 5 are finally transmitted through the front surface 6 and emitted for illumination.
  • the rear surface 8 is formed in a tapered shape which is inclined upward at a predetermined angle as viewed from the side of the incident portion 9, the peak light intensity in the vicinity of the optical axis of LED2 (near the central axis X 1 of the lens 4) Decreases, and the amount of light away from the optical axis increases accordingly. As shown in FIG.
  • the peak light intensity is minimum in the vicinity of 4.5 °
  • the peak light amount is cut by 5% or more compared to the case where the back surface is not tapered, and the peak light amount is as shown in FIG.
  • the resulting bright spot (the central white dot in FIG. 6A) is not observed as shown in FIG. 6B.
  • the back surface 8 of the lens 4 is formed in a tapered shape that is inclined upward at a predetermined angle (inclination angle) when viewed from the incident portion 9 side, so that the peak light amount near the optical axis of the LED 2 is obtained. Decreases, and accordingly, the amount of light away from the optical axis increases to suppress uneven brightness.
  • This effect can be obtained simply by forming the back surface 8 into a tapered shape at a predetermined angle without processing the surface of the lens 4 into a complicated shape.
  • the lens 4 is designed to have a surface shape design. The degree of freedom is high, design and molding are easy, and luminance unevenness can be suppressed.
  • the back surface 8 is formed in a taper shape, the heat of the LED 2 that tends to be scattered near the incident portion 9 is easily dissipated from the lower space of the back surface 8 (the space between the back surface 8 and the upper surface 5 of the substrate 3). Thus, the heat dissipation effect can be improved.
  • the predetermined angle is 2.5 degrees or more and 6 degrees or less, whereby the peak light amount can be greatly reduced and luminance unevenness can be effectively suppressed.
  • FIG. 8 shows another example of a light emitting device provided with a diffusing lens according to the present invention.
  • the light emitting device 11 is the same as the light emitting device 1 except that the convex portion 7 is not formed on the top of the surface 6, and the light distribution corresponding to FIG. 7 is as shown in FIG.
  • FIG. 10 shows still another example of the light emitting device including the diffusing lens according to the present invention.
  • This light emitting device 12 is the same as the light emitting device 1 except that the convex portion 7 is not formed on the top of the surface 6 but the concave portion 13 is formed, and the light distribution corresponding to FIG. 7 is shown in FIG. As shown.
  • FIG. 12 shows a light emitting device 15 in which a heat radiation pattern 14 is provided on the substrate 3 of the light emitting device 1.
  • the heat radiation pattern 14 is formed on the side of the LED 2 by means of vapor deposition, etching or the like using a material having good thermal conductivity such as copper foil or aluminum foil, and sandwiches the LED 2 on the substrate 3 (on the substrate 3).
  • the circuit pattern (not shown) connected to the LED 2 is also formed, but this circuit pattern and the heat radiation pattern 14 are insulated.
  • the heat dissipation pattern 14 may be brought into close contact with each other in order to increase heat dissipation efficiency, or the heat dissipation pattern 14 may be used as a thermal pad, and an aluminum heat dissipation plate thereon. May be provided. Thereby, even if it is a case where LED2 is high-intensity and the emitted-heat amount is large, it can thermally radiate efficiently.
  • FIG. 13 shows a light-emitting device 17 in which the LED 2 is mounted on the substrate 3 of the light-emitting device 1 via the heat radiation pattern 16.
  • the LED 2 enters the inside of the concave incident portion 9 to increase the amount of light.
  • a heat radiation pattern 16 is formed immediately below the LED 2 to promote heat radiation. , Enhance the heat dissipation effect.
  • the heat radiation pattern 16 can be further increased in heat dissipation efficiency by increasing the thickness and lowering the position of the substrate 3 and expanding the space below the back surface 8 in the vertical direction.
  • the heat radiation pattern 16 is dimensioned so that the LED 2 is just mounted, but the heat radiation pattern 16 may have a certain length and size as in FIG. 12.
  • FIG. 14 and 15 show a light emitting device 19 provided with a lens 18 having a rectangular shape in plan view (square shape in plan view) instead of a circular shape in plan view.
  • the lens 18 is integrally formed of PMMA resin having a transmittance of 95% or more and a refractive index of about 1.5, and a center of gravity axis X 2 passing through a rectangular center of gravity (a center of gravity of the lens 18 in plan view) It is provided above the LED 2 so as to coincide with the optical axis of the LED 2.
  • the surface 20 of the lens 18, four bulged portion 21 so as to be substantially symmetrical are formed with respect to the center of gravity axis X 2, the shape of the surface 20, as a whole, substantially symmetrical with respect to the central axis X 2 It is.
  • the bulging portion 21 is effective when it is desired to increase the light diffusion by the rectangular lens 18 in the horizontal direction, particularly when the light-emitting device 19 is used as a backlight of a liquid crystal panel. It does not have to be provided.
  • shell-shaped concave entrance portion 23 is provided the light from LED2 incident, the shape of the incident portion 23 at an arbitrary section including the central axis X 2 is the central axis X 2 Is substantially symmetrical.
  • the back surface 22 is formed in a tapered shape inclined upward at a predetermined angle when viewed from the incident portion 23 side. Specifically, as shown in FIG. 16, the back surface 22 is a substantially triangular four divided tapered surface 24, the shape of the back surface 22 at any cross section including the central axis X 2, to the central axis X 2 It is almost symmetrical.
  • the entrance portion 23 On the outside of the entrance portion 23, as viewed from the bottom circular four legs 25 is positioned equidistant from the central axis X 2, and is formed to be spaced at equal distances from each other, the lens 18, the legs 25 to be fixed on the substrate 3.
  • the back surface 22 is formed in a tapered shape, so that even in the case of a rectangular lens, light can be diffused to the four corners to suppress luminance unevenness, and the lens surface shape can be freely designed.
  • the degree can be increased. That is, as shown in FIG. 17, varying the forming angle of inclination of the plane of the central axis X 2 and tapered surface (back surface 22) and the normal one by one degree, the peak light intensity becomes the minimum value in the vicinity of 5 degrees, In particular, when the tilt angle is 4 degrees or more and 6 degrees or less, the peak light amount is cut by 5% or more compared to the case where the back surface is not tapered, and the spectrum is diffused throughout the lens.
  • the 18 and 19 show a light emitting device 27 in which the incident portion 23 of the light emitting device 19 is changed to a rectangular tube concave incident portion 26.
  • the incident portion 25 has a square shape in plan view so as to be substantially similar to the outer shape of the lens 18, and suppresses radial rays extending in all directions by the ridgeline (square corner portion) of the rectangular tube.
  • the corner 28 is rounded.
  • the light emitting device 27 can easily obtain stronger light diffusion than the light emitting device 19 at the four corners of the lens 18, and can be suitably used for indirect lighting, stage lighting, and the like.
  • the light diffuses in a rectangular shape, and the light intensity tends to decrease from the central portion to the peripheral portion (this tendency is the light emission as shown in FIG. 6).
  • the device 1 and other light-emitting devices Such a light intensity distribution can be adjusted by changing the taper angle of the lens back surface.
  • a back surface polishing step is required separately from the lens molding step, which requires a lot of man-hours, and the accuracy of the taper angle also becomes a problem.
  • a lens having a rectangular shape in plan view when a divided tapered surface is formed on the back surface, it is difficult to uniformly process each divided tapered surface.
  • the division You may manufacture so that the upper block 29 which comprises the upper side of a surface, and the lower block 30 which comprises a lower side may be joined (the lens 4 is also the same). Thereby, it is only necessary to separate the upper block 29 including the surface 20 of the lens 18 and perform the taper processing only with the lower block 30, and it becomes easy to obtain the processing accuracy. In the mold, the nesting may be changed according to the taper angle. .
  • the lens 4 is manufactured, for example, by a mold 31 shown in FIGS. 22 and 23 (the same applies to the lens 18).
  • the mold 31 includes an upper mold 32 and a lower mold 33, and the upper mold 32 is provided with a surface forming portion 35 that is provided in the cavity 34 and forms the surface 6 of the lens 4.
  • a back surface forming portion 36 that forms the back surface 8 of the lens 4 in a tapered shape, an incident portion forming portion 37 that forms the incident portion 9 of the lens 4, and a leg portion forming portion that forms the leg portion 10 of the lens 4.
  • a gate 39 connected to the back surface forming portion 36 so as to inject the resin toward the front surface forming portion 35, a runner 40 connected to the gate 39, and a large diameter in the vertical direction on a part of the runner 40
  • a resin reservoir 41 formed in a circular shape in plan view is provided.
  • the large-diameter resin reservoir 41 is provided in a part of the runner 40, after the resin flowing into the cavity 34 stays in the resin reservoir, the pressure is received by the subsequent resin. Because it flows into the cavity through the gate all at once, a strong flow input can be obtained.
  • the gate 39 is connected to the back surface forming portion 36 so as to inject the resin toward the front surface forming portion 35, the resin flows into the cavity 34 along the surface forming portion 35, causing welds and shorts. Is less likely to occur.
  • the LED 2 emits white light, but may emit light of red, green, blue, or the like.
  • the lenses 4 and 18 may not be integrally formed of PMMA resin, and ABS (acrylonitrile / butadiene / styrene copolymer), PC (polycarbonate), or other transparent materials may be used.
  • the surface shape of the lens is not limited to the illustrated example, and the back surface 22 of the lens 18 having a rectangular shape in plan view has a single conical surface shape (instead of four divided tapered surfaces 24) as shown in FIG. It may be a tapered surface, or the back surface may be tapered with respect to an oval lens that is not circular or rectangular in plan view, and the shape of the resin reservoir is not limited to that illustrated. Instead, it may be a rectangular shape in plan view.
  • the present invention can be suitably used when the backlight of a large-screen image display device is composed of a small number of light emitting elements.
  • Light-emitting device 2 LED (light source) 3 Substrate 4, 18 lens (diffuse lens) 6,20 Front surface 8, 22 Back surface 9, 23, 26 Incident part 14, 16 Heat radiation pattern X 1 center axis X 2 center of gravity axis

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Abstract

［課題］ 表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制することができる拡散レンズを提供する。［解決手段］ 本発明に係るレンズ（４）は平面視円形状を呈し、この円形の中心を通る中心軸Ｘに対して表面（６）及び裏面（８）のそれぞれが略対称に形成され、裏面（８）の中心部には、中心軸Ｘと光軸が合致するように配置されるＬＥＤ（２）からの光が入射する凹状の入射部（９）が設けられ、裏面（８）は、入射部（９）の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されている。

Description

拡散レンズ、発光装置及び拡散レンズの射出成形用金型
　本発明は、画像表示装置のバックライトに用いられる発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光を拡散させる拡散レンズと、この拡散レンズを備える発光装置と、この拡散レンズの射出成形に用いられる金型に関する。
　ＬＥＤ等の発光素子では、その光軸付近に光量が集中する特性があり、例えば液晶テレビ等の画像表示装置のバックライトに用いられるＬＥＤについては、輝度ムラを抑制するために、その発光を拡散させる拡散レンズが使用されている。
　このような拡散レンズとして、従来、特許文献１に記載された発光装置のレンズが知られている。同文献に記載されたレンズは、裏面側に配置されたＬＥＤの発光を拡散させるもので、その表面（出射面）の中心部に、光軸を法線とする平面に対して傾斜の緩い透過屈折面と傾斜の急な反射面が交互に階段状に形成された第１の領域が設けられ、この第１の領域の外周に、連続した曲面で形成された第２の領域が設けられている。そして、第１の領域において、反射面により光線の一部が反射されることによって、光軸付近に強度の高い出射光が集中することによる輝度ムラの発生が抑制されている。
特開２０１１－３４７７０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された拡散レンズでは、特に第１の領域の形状が複雑であることから、その設計と成形が容易ではなく製造コストが嵩み、また、第１の領域の成形に伴いレンズの表面側に凹みができることから、レンズの表面形状の設計の自由度が失われるという問題があった。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制することができる拡散レンズと、この拡散レンズを備える発光装置と、この拡散レンズの射出成形に用いられる金型を提供することを課題としている。
　上記課題を解決するために、本発明に係る拡散レンズは、平面視円形状又は平面視矩形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸又は該矩形の重心を通る重心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、前記裏面の中心部には、前記中心軸又は前記重心軸と光軸が合致するように配置される光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする。
　一方、本発明に係る発光装置は、光源と、該光源の発光を拡散させる拡散レンズとを備え、前記拡散レンズは、平面視円形状又は平面視矩形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸又は該矩形の重心を通る重心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、前記裏面の中心部には、前記中心軸又は前記重心軸と光軸が合致するように配置される前記光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする。
　これらの拡散レンズ及び発光装置においては、拡散レンズの裏面が入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることにより、光源が光軸付近に光量が集中する特性を有する場合であっても光軸付近のピーク光量が減少し、その分、光軸から離れたところの光量が増大して輝度ムラが抑制される。すなわち、この効果は、拡散レンズの表面を複雑な形状に加工することなく裏面を所定の角度でテーパー状に形成するだけで得られるから、本発明によれば、拡散レンズを、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制可能なものとすることができる。
　また、裏面がテーパー状に形成されることにより、入射部付近に籠りがちな光源の熱が裏面の下方空間から放散されやすくなって、放熱効果を向上させることができ、さらに発光装置において光源が基板上に載置され、基板上で光源の側方に放熱パターンが形成されることにより、あるいは、光源が放熱パターンを介して基板上に載置されることにより、放熱効果を一層高めることができる。
　前記所定の角度は、中心軸を法線とする平面に対して２．５度以上６度以下又は重心軸を法線とする平面に対して４度以上６度以下であることが望ましく、これにより、ピーク光量を大幅に減少させて輝度ムラを効果的に抑制することができる。
　さらに、拡散レンズが、中心軸又は重心軸を法線とする平面であって裏面の上縁部以上の高さを通るものを分割面としたときに、分割面の上側を構成する表面側ブロックと下側を構成する裏面側ブロックとが接合されてなる場合には、裏面を裏面側ブロックだけで完結的にテーパー状に加工すればよいので、加工がしやすくなる。加えて、表面側ブロックと裏面側ブロックとの接合部分により空気層や接着剤層が形成されるので、この接合部分により一層の光拡散が可能になる。
　拡散レンズが平面視矩形状を呈する場合には、入射部を角筒凹状とすることが望ましく、これにより、拡散レンズの矩形の四隅にまで光拡散を行き渡らせることができる。
　本発明に係る拡散レンズの射出成形用金型は、上述した拡散レンズの射出用成形金型であって、キャビティに設けられて前記拡散レンズの表面を形成する表面形成部と、前記キャビティに設けられて前記拡散レンズの裏面をテーパー状に形成する裏面形成部と、前記表面形成部に向けて樹脂を射出するように前記裏面形成部に接続されたゲートと、前記ゲートに接続されるランナーとを備え、前記ランナーの一部に大径の樹脂溜まり部が設けられていることを特徴とする。
　この射出成形用金型においては、ランナーの一部に大径の樹脂溜まり部が設けられているので、キャビティに流入する樹脂が樹脂溜まり部に滞留した後、後続の樹脂により圧力を受けて一挙にゲートを通じてキャビティに流れ込むので、強い流入力が得られる。加えて、ゲートが表面形成部に向けて樹脂を射出するように裏面形成部に接続されているので、樹脂が表面形成部に沿ってキャビティに勢いよく流入し、ウエルドやショートが発生し難くなる。
　本発明によれば、拡散レンズを、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制可能なものとすることができる。
発明を実施するための形態に係る発光装置の断面図である。 図１の発光装置のレンズの表面側を示す斜視図である。 図１の発光装置のレンズの裏面側を示す斜視図である。 図１の発光装置において、ＬＥＤの出射光の経路を例示する説明図である。 図１の発光装置において、レンズの裏面の傾斜角度を変化させたときのピーク光量の変化を示す説明図である。 図１の発光装置について、（ａ）はレンズの裏面の傾斜角度が０度のときの照射面における照度分布を示す説明図、（ｂ）はレンズの裏面の傾斜角度が４．５度のときの照射面における照度分布を示す説明図である。 図１の発光装置について、レンズの裏面の傾斜角度が０度と３度のときの照射面における光線分布を示す説明図である。 発明を実施するための形態に係る他の発光装置において、ＬＥＤの出射光の経路を例示する説明図である。 図８の発光装置について、レンズの裏面の傾斜角度が０度と３度のときの照射面における光線分布を示す説明図である。 発明を実施するための形態に係るさらに他の発光装置において、ＬＥＤの出射光の経路を例示する説明図である。 図１０の発光装置について、レンズの裏面の傾斜角度が０度と３度のときの照射面における光線分布を示す説明図である。 発明を実施するための形態に係るさらに他の発光装置であって、図１の発光装置の基板上に放熱パターンを設けてなるものを示す断面図である。 発明を実施するための形態に係るさらに他の発光装置であって、図１の発光装置の基板上に放熱パターンを介してＬＥＤを載置してなるものを示す断面図である。 発明を実施するための形態に係るさらに他の発光装置であって、平面視矩形状のレンズを備えるものを示す断面図である。 図１４の発光装置のレンズの表面側を示す斜視図である。 図１４の発光装置のレンズの裏面側を示す斜視図である。 図１４の発光装置において、レンズの裏面の傾斜角度を変化させたときのピーク光量の変化を示す説明図である。 発明を実施するための形態に係るさらに他の発光装置であって、図１４の発光装置のレンズの入射部が角筒凹状を呈するものを示す断面図である。 図１８の発光装置のレンズの裏面側を示す斜視図である。 図１８の発光装置について照射面における照度分布を示す説明図である。 図１８の発光装置のレンズを上部ブロックと下部ブロックとにより構成する例を示す側面図である。 図１の発光装置のレンズの射出成型用金型を示す断面図である。 図２２の金型のうち下型を示す平面図である。 図１４の発光装置のレンズの裏面が円錐面状を呈するものを示す斜視図である。
　本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。
　図１は、本形態に係る拡散レンズを備えた発光装置を示す。この発光装置１は、液晶テレビの画像表示装置のバックライト等に使用することが可能で、ＬＥＤ２と、基板３と、レンズ４とを有する。
　ＬＥＤ２は、図示を略す電源に駆動されて白色の光を出射する。
　基板３は、平面視長方形状を呈し、その上面５には反射コーティングが施されるとともに、長手方向に沿ってＬＥＤ２が複数設けられている。ＬＥＤ２は、光軸が基板３の法線と平行するように基板３に固着され、上方に向けて（基板３と反対側に向けて）発光する。
　レンズ４は、ここでは透過率９５パーセント以上、屈折率約１．５のＰＭＭＡ樹脂により一体成形され、図２に示すように、平面視円形を呈する。この円形の中心（平面視の中心位置）を通る中心軸Ｘ１がＬＥＤ２の光軸と合致するように、レンズ４はＬＥＤ２の上方に設けられている。
　レンズ４の表面６は、頂部に凸部７が形成されたドーム状を呈し、中心軸Ｘ１を含む任意の断面における表面６の形状は、中心軸Ｘ１に対して略対称である。
　レンズ４の裏面８の中心部には、ＬＥＤ２からの光が入射する砲弾型凹状の入射部９が設けられ、中心軸Ｘ１を含む任意の断面における入射部９の形状は、中心軸Ｘ１に対して略対称である。
　また、裏面８は、入射部９の側から見て所定の角度θ（図１参照）で上方に傾斜したテーパー状に形成され、中心軸Ｘ１を含む任意の断面における裏面８の形状も、中心軸Ｘ１に対して略対称である。
　図３に示すように、入射部９の外側には、底面視円形の３つの脚部１０が中心軸Ｘ１から等距離に位置するように、かつ、互いに等距離で離間するように形成され、レンズ４は、脚部１０により、基板３上に固定される。
　この発光装置１では、図４に示すように、ＬＥＤ２からの光はレンズ４の入射部９に入射して屈折し、その一部が表面６で反射され、残部が表面６を透過して出射する。表面６で反射された光は、その一部が裏面８を透過して残部が裏面８で反射され、裏面８を透過した光は、基板３の上面５で反射され、裏面８からレンズ４に再度入射する。裏面８で反射された光や上面５で反射された光も、最終的には表面６を透過して出射し、照明に供する。
　このとき、裏面８が入射部９の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることにより、ＬＥＤ２の光軸付近（レンズ４の中心軸Ｘ１付近）のピーク光量が減少し、その分、光軸から離れたところの光量が増大する。図５に示すように、テーパー面（裏面８）と中心軸Ｘ１を法線とする平面とのなす傾斜角度を０．５度ずつ変化させると、ピーク光量は４．５度付近で最小値となり、とりわけ傾斜角度が２．５度以上６度以下である場合には、裏面がテーパー状でない場合に比べてピーク光量が５パーセント以上カットされ、図６（ａ）に示すようなピーク光量に起因する輝点（図６（ａ）における中心の白い点）が、図６（ｂ）に示すように観察されなくなる。
　傾斜角度を０度、３度としたときの照射面における光線分布を見ても、図７に示すように、０度のときの照射範囲（分布範囲）Ｌ１よりも３度のときの照射範囲Ｌ２の方が広範で、光量が分散していることがわかる。
　要するに、本形態では、レンズ４の裏面８が入射部９の側から見て所定の角度（傾斜角度）で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることにより、ＬＥＤ２の光軸付近のピーク光量が減少し、その分、光軸から離れたところの光量が増大して輝度ムラが抑制される。この効果は、レンズ４の表面を複雑な形状に加工することなく裏面８を所定の角度でテーパー状に形成するだけで得られるから、本実施例によれば、レンズ４を、表面形状の設計の自由度が高く、設計及び成形が容易で輝度ムラを抑制可能なものとすることができる。
　また、裏面８がテーパー状に形成されることにより、入射部９付近に籠りがちなＬＥＤ２の熱が裏面８の下方空間（裏面８と基板３の上面５との間の空間）から放散されやすくなり、放熱効果を向上させることができる。
　上記所定の角度は、２．５度以上６度以下であることが望ましく、これにより、ピーク光量を大幅に減少させて輝度ムラを効果的に抑制することができる。
　図８は、本発明に係る拡散レンズを備えた発光装置の他の例を示す。この発光装置１１は、表面６の頂部に凸部７が形成されていない点以外は、発光装置１と同様であり、図７に対応する光線分布は、図９に示すようになる。
　図１０は、本発明に係る拡散レンズを備えた発光装置のさらに他の例を示す。この発光装置１２は、表面６の頂部に凸部７が形成されずに凹部１３が形成されている点以外は、発光装置１と同様であり、図７に対応する光線分布は、図１１に示すようになる。
　図１２は、発光装置１の基板３上に放熱パターン１４を設けてなる発光装置１５を示す。放熱パターン１４は、銅箔、アルミ箔等の熱伝導性のよい材料を用いて蒸着、エッチング等の手段でＬＥＤ２の側方に形成され、基板３上においてＬＥＤ２を挟み込んでいる（基板３上にはＬＥＤ２と接続される図示を略す回路パターンも形成されているが、この回路パターンと放熱パターン１４とは絶縁されている。）。ＬＥＤ２と放熱パターン１４との間には空間があってもよいが、放熱効率を上げるために両者を密着させても、あるいは、放熱パターン１４をサーマルパッドとして用い、その上にアルミニウム製の放熱板を設けてもよい。これにより、ＬＥＤ２が高輝度で発熱量が大きい場合であっても、効率よく放熱させることができる。
　図１３は、発光装置１の基板３上に放熱パターン１６を介してＬＥＤ２を載置してなる発光装置１７を示す。ここでは、ＬＥＤ２が凹状の入射部９の内部に入り込んで光量を増大させているが、入射部９の内部に熱が籠りやすくなるため、ＬＥＤ２の直下に放熱パターン１６を形成して放熱を促し、放熱効果を高めている。放熱パターン１６については、その厚みを増しその分基板３の位置を下げて裏面８の下方空間を上下方向に拡げることにより、放熱効率をさらに高めることもできる。なお、図１３においては、放熱パターン１６をＬＥＤ２が丁度載るほどの寸法としているが、放熱パターン１６は、図１２におけると同様に、ある程度の長さや大きさがあってもよい。
　図１４及び１５は、平面視円形状ではなく平面視矩形状（平面視正方形状）のレンズ１８を備えた発光装置１９を示す。
　レンズ１８は、レンズ４と同様に、透過率９５パーセント以上、屈折率約１．５のＰＭＭＡ樹脂により一体成形され、矩形の重心（平面視したレンズ１８の重心位置）を通る重心軸Ｘ２がＬＥＤ２の光軸と合致するように、ＬＥＤ２の上方に設けられている。
　レンズ１８の表面２０には、重心軸Ｘ２に対して略対称となるように４つの膨出部２１が形成され、表面２０の形状は、全体としても、重心軸Ｘ２に対して略対称である。膨出部２１は、矩形状のレンズ１８による光拡散を水平方向に強くしたい場合、特に、発光装置１９を液晶パネルのバックライトに使用する場合等には有効であるが、そうでない場合には設けなくてもよい。
　レンズ１８の裏面２２の中心部には、ＬＥＤ２からの光が入射する砲弾型凹状の入射部２３が設けられ、重心軸Ｘ２を含む任意の断面における入射部２３の形状は、重心軸Ｘ２に対して略対称である。
　また、裏面２２は、入射部２３の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されている。詳細には、図１６に示すように、裏面２２は略三角形状の４つの分割テーパー面２４からなり、重心軸Ｘ２を含む任意の断面における裏面２２の形状は、重心軸Ｘ２に対して略対称である。
　入射部２３の外側には、底面視円形の４つの脚部２５が重心軸Ｘ２から等距離に位置するように、かつ、互いに等距離で離間するように形成され、レンズ１８は、脚部２５により、基板３上に固定される。
　このレンズ１８によれば、裏面２２がテーパー状に形成されていることにより、矩形レンズであっても四隅まで光を拡散させて輝度ムラを抑制することができ、レンズの表面形状の設計の自由度を高めることができる。すなわち、図１７に示すように、テーパー面（裏面２２）と中心軸Ｘ２を法線とする平面とのなす傾斜角度を１度ずつ変化させると、ピーク光量は５度付近で最小値となり、とりわけ傾斜角度が４度以上６度以下である場合には、裏面がテーパー状でない場合に比べてピーク光量が５パーセント以上カットされ、その分光がレンズ全体に拡散する。
　図１８及び１９は、発光装置１９の入射部２３を角筒凹状の入射部２６に変更してなる発光装置２７を示す。入射部２５は、レンズ１８の外形と略相似となるように平面視正方形状を呈し、角筒の稜線（正方形の角の部分）により四方に延びる放射状光線を抑制するように、入射部２６の角部２８にはアールが施されている。発光装置２７は、レンズ１８の四隅において発光装置１９よりもさらに強い光拡散を得やすく、間接照明や舞台照明等に好適に利用することができる。
　ところで、図２０に示すように、発光装置２７では矩形状に光が拡散し、中心部から周辺部にかけて光の強度が減少する傾向を有するが（この傾向は、図６に示すように、発光装置１でも、他の発光装置でも同様である。）、このような光の強度分布は、レンズ裏面のテーパー角度を変えることによって調整することができる。しかし、レンズ裏面を研磨してテーパー角度を調整するのでは、レンズの成形工程とは別途に裏面の研磨工程が必要となって工数がかかるほか、テーパー角度の精度も問題となる。とりわけ平面視矩形状のレンズにおいて、裏面に分割テーパー面を形成するような場合には、各分割テーパー面を均一に加工することが難しい。
　そこで、図２１に示すように、レンズ１８については重心軸Ｘ２を法線とする平面であって裏面２２の上縁部２８以上の高さを通るものを分割面としたときに、この分割面の上側を構成する上部ブロック２９と下側を構成する下部ブロック３０とを接合してなるように製造してもよい（レンズ４についても同様である。）。これにより、レンズ１８の表面２０を含む上部ブロック２９と切り離して下部ブロック３０だけでテーパー加工を行えばよく、加工精度が出しやすくなり、金型においてはテーパー角度に応じて入れ子を変更すればよい。
　なお、レンズ４は、例えば図２２及び２３に示す金型３１により製造される（レンズ１８についても同様である。）。金型３１は上型３２及び下型３３を備え、上型３２には、キャビティ３４に設けられてレンズ４の表面６を形成する表面形成部３５が設けられ、下型３３には、キャビティ３４に設けられてレンズ４の裏面８をテーパー状に形成する裏面形成部３６と、レンズ４の入射部９を形成する入射部形成部３７と、レンズ４の脚部１０を形成する脚部形成部３８と、表面形成部３５に向けて樹脂を射出するように裏面形成部３６に接続されたゲート３９と、ゲート３９に接続されるランナー４０と、ランナー４０の一部に上下方向に大径となるように、かつ、平面視円形状に形成された樹脂溜まり部４１とが設けられている。
　この金型３１によれば、ランナー４０の一部に大径の樹脂溜まり部４１が設けられているので、キャビティ３４に流入する樹脂が樹脂溜まり部に滞留した後、後続の樹脂により圧力を受けて一挙にゲートを通じてキャビティに流れ込むので、強い流入力が得られる。加えて、ゲート３９が表面形成部３５に向けて樹脂を射出するように裏面形成部３６に接続されているので、樹脂が表面形成部３５に沿ってキャビティ３４に勢いよく流入し、ウエルドやショートが発生し難くなる。
　以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。
　例えば、上記形態ではＬＥＤ２は白色の光を出射するとしたが、赤色や緑色、青色等の光を出射するものでもよい。
　また、レンズ４，１８もＰＭＭＡ樹脂により一体成形したものでなくてもよく、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）、ＰＣ（ポリカーボネート）その他の透明材料を用いてもかまわない。
　さらに、レンズの表面形状も例示したものに限られず、平面視矩形状のレンズ１８の裏面２２を図２４に示すように（４つの分割テーパー面２４からなるのではなく）１つの円錐面状のテーパー面とすることも考えられるし、平面視形状が円形や矩形ではない楕円形等のレンズに対して裏面をテーパー状とすることも考えられるし、樹脂溜まり部の形状も例示したものに限られず、平面視矩形状等とすることも考えられる。
　本発明は、大画面の画像表示装置のバックライトを少ない発光素子で構成する場合等に好適に利用可能である。
１，１１，１２，１５，１７，１９，２７　　発光装置
２　　　　　　　　ＬＥＤ（光源）
３　　　　　　　　基板
４，１８　　　　　レンズ（拡散レンズ）
６，２０　　　　　表面
８，２２　　　　　裏面
９，２３，２６　　入射部
１４，１６　　　　放熱パターン
Ｘ１　　　　　　　 中心軸
Ｘ２　　　　　　　 重心軸

Claims (17)

  1. 　平面視円形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、
    　前記裏面の中心部には、前記中心軸と光軸が合致するように配置される光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、
    　前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする拡散レンズ。
  2. 　前記所定の角度は、前記中心軸を法線とする平面に対して２．５度以上６度以下であることを特徴とする請求項１に記載の拡散レンズ。
  3. 　前記中心軸を法線とする平面であって前記裏面の上縁部以上の高さを通るものを分割面としたときに、該分割面の上側を構成する表面側ブロックと下側を構成する裏面側ブロックとが接合されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の拡散レンズ。
  4. 　平面視矩形状を呈し、該矩形の重心を通る重心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、
    　前記裏面の中心部には、前記重心軸と光軸が合致するように配置される光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、
    　前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーバー状に形成されていることを特徴とする拡散レンズ。
  5. 　前記所定の角度は、前記重心軸を法線とする平面に対して４度以上６度以下であることを特徴とする請求項４に記載の拡散レンズ。
  6. 　前記重心軸を法線とする平面であって前記裏面の上縁部以上の高さを通るものを分割面としたときに、該分割面の上側を構成する表面側ブロックと下側を構成する裏面側ブロックとが接合されてなることを特徴とする請求項４又は５に記載の拡散レンズ。
  7. 　前記入射部は、角筒凹状であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の拡散レンズ。
  8. 　光源と、該光源の発光を拡散させる拡散レンズとを備え、
    　前記拡散レンズは、平面視円形状を呈し、該円形の中心を通る中心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、
    　前記裏面の中心部には、前記中心軸と光軸が合致するように配置される前記光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、
    　前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーパー状に形成されていることを特徴とする発光装置。
  9. 　前記所定の角度は、前記中心軸を法線とする平面に対して２．５度以上６度以下であることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
  10. 　前記中心軸を法線とする平面であって前記裏面の上縁部以上の高さを通るものを分割面としたときに、該分割面の上側を構成する表面側ブロックと下側を構成する裏面側ブロックとが接合されてなることを特徴とする請求項８又は９に記載の発光装置。
  11. 　平面視矩形状を呈し、該矩形の重心を通る重心軸に対して表面及び裏面のそれぞれが略対称に形成され、
    　前記裏面の中心部には、前記重心軸と光軸が合致するように配置される光源からの光が入射する凹状の入射部が設けられ、
    　前記裏面は、前記入射部の側から見て所定の角度で上方に傾斜したテーバー状に形成されていることを特徴とする発光装置。
  12. 　前記所定の角度は、前記重心軸を法線とする平面に対して４度以上６度以下であることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
  13. 　前記重心軸を法線とする平面であって前記裏面の上縁部以上の高さを通るものを分割面としたときに、該分割面の上側を構成する表面側ブロックと下側を構成する裏面側ブロックとが接合されてなることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の発光装置。
  14. 　前記入射部は、角筒凹状であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の発光装置。
  15. 　前記光源が基板上に載置され、該基板上で前記光源の側方に放熱パターンが形成されていることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の発光装置。
  16. 　前記光源が放熱パターンを介して基板上に載置されていることを特徴とする請求項８乃至１４のいずれか１項に記載の発光装置。
  17. 　請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の拡散レンズの射出成形用金型であって、
    　キャビティに設けられて前記拡散レンズの表面を形成する表面形成部と、
    　前記キャビティに設けられて前記拡散レンズの裏面をテーパー状に形成する裏面形成部と、
    　前記表面形成部に向けて樹脂を射出するように前記裏面形成部に接続されたゲートと、
    　前記ゲートに接続されるランナーとを備え、
    　前記ランナーの一部に大径の樹脂溜まり部が設けられていることを特徴とする拡散レンズの射出成形用金型。
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