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1. WO2011004642 - LENS, LIGHT EMITTING ELEMENT PACKAGE, LIGHT EMITTING MODULE, ILLUMINATION DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND TELEVISION RECEIVER DEVICE

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明 細 書

発明の名称 レンズ、発光素子パッケージ、発光モジュール、照明装置、表示装置、およびテレビ受像装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007   0008  

課題を解決するための手段

0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019  

発明の効果

0020  

図面の簡単な説明

0021  

発明を実施するための形態

0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101  

符号の説明

0102  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

図面

1   2A   2B   2C   3A   3B   3C   4A   4B   5A   5B   5C   6A   6B   6C   7A   7B   7C   8A   8B   8C   9A   9B   9C   10A   10B   10C   11   12   13   14   15   16   17   18  

明 細 書

発明の名称 : レンズ、発光素子パッケージ、発光モジュール、照明装置、表示装置、およびテレビ受像装置

技術分野

[0001]
 本発明は、レンズ、発光素子パッケージ、発光モジュール、照明装置、表示装置、およびテレビ受像装置に関する。

背景技術

[0002]
 非発光型の液晶表示パネル(表示パネル)を搭載する液晶表示装置(表示装置)では、通常、その液晶表示パネルに対して、光を供給するバックライトユニット(照明装置)も搭載される。バックライトユニットにおける光源には、種々の種類が存在する。例えば、図15に示されるような特許文献1の液晶表示装置169の場合、バックライトユニット149に搭載される光源はLED(Light Emitting Diode)である。
[0003]
 そして、このバックライトユニット149では、実装基板120に実装されたLEDチップcpからの光を拡散させるレンズ110が取り付けられる(図16の斜視図および図17の断面図参照)。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2006-114863号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 ところで、図15に示されるように、レンズ110が実装基板120上に、列状に配置され、さらに、その実装基板120がレンズ10の列方向に対して交差して並列されていると、レンズ110はマトリックス配置になる。そして、このような場合、実装基板120の正面からの照度を撮影すると、通常、図18に示すような画像が得られる。この画像には、白色点線で強調するように、レンズ110の配置を反映したマトリックス状の光量ムラが現れる(なお、便宜上、一部分の光量ムラのみを強調して図示)。
[0006]
 これは、図16および図17に示すように、レンズ110からの光が、発光チップCPを中心に規則性を有するためである。詳説すると、レンズ110からの透過光は、レンズ110を中心にした放射状の輝度分布を生じさせる光になっている(回転対称かつ線対称な輝度分布を生じさせる光;破線参照)。
[0007]
 そのため、このようなレンズ110がマトリックス配置されていると、複数のレンズ110からの透過光が、規則的に交差し、それに起因してマトリックス状の光量ムラ(干渉ムラ)が生じる{なお、レンズを中心にした放射状(真円状)の輝度分布を生じさない光を、非放射状に進む光とする}。
[0008]
 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものである。そして、その目的は、バックライトユニットのような照明装置からの光に、光量ムラ(例えば、干渉ムラ)を含ませないようにするレンズ等を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009]
 レンズは、透過光を出射させる出射面と、出射面の背面の少なくとも一部であり、透過光の基となる光を受ける受光面と、を含む。そして、このレンズは、以下の(1)の出射面および(2)の受光面の少なくとも一方を含む。
[0010]
 (1)出射面における縁が環状で、その環内部の任意の一点を基準点としており、出射面は、基準点から異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含む(ただし、出射面における縁は、変曲点を少なくとも3つ含む環状である)。
[0011]
 (2)受光面における縁が環状で、その環内部の任意の一点を基準点としており、受光面は、基準点から異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含む(ただし、受光面における縁は、変曲点を少なくとも3つ含む環状である)。
[0012]
 このような非球面がレンズに含まれていると、そのレンズからの透過光は、非球面の影響で、非放射状に進行する。すると、例えば、照明装置が、このようなレンズの受光面に光を供給する発光素子を複数個配置し、面状光を生成するならば、その面内の特定部分に光が過度に集まったり、面内の特定部分に光が過度に集まらなかったりはしない。したがって、照明装置からの面状光に、光量ムラが含まれない。
[0013]
 特に、レンズが規則的に配置されたとしても、全レンズからの非放射状の光で面状光が形成される場合、その面状光には、レンズの規則的配置に起因する光量ムラ(例えば、干渉ムラ)が含まれない。そのため、いいかえると、以上のレンズは、照明装置からの面状光に光量ムラを含ませないために適したレンズといえる。
[0014]
 また、レンズにおける出射面の縁および受光面の縁の少なくとも一方が、非回転対称および非線対称の少なくとも一方になった環状であると望ましい。
[0015]
 このようになっていると、レンズからの光は、レンズを中心にした放射状の輝度分布を生じさせる光ではなく、レンズを中心に非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形をした輝度分布を生じさせるような光になる(すなわち、規則性の無い光が、レンズから出射される)。
[0016]
 なお、受光面が、レンズの出射面の背面の全てであっても、出射面の背面に形成される窪みの内面であってもよい。要は、レンズにて、受光可能な面が受光面になっていればよい。
[0017]
 また、レンズが、透過光を拡散させる拡散性を有していればよい。このようになっていると、例えば、照明装置に複数のレンズが配置されている場合、それらのレンズからの光が、高い度合いで混ざり合って面状光となる。すると、レンズからの非放射状の光に起因して、照明装置の面状光に光量ムラを含ませない効果が、顕著に現れる。
[0018]
 なお、以上のようなレンズと、そのレンズの受光面に光を供給する発光素子と、発光素子およびレンズを取り付けた実装基板と、を含む発光モジュールも本発明といえる。また、以上のようなレンズと、そのレンズの受光面に光を供給する発光素子と、を密着させた発光素子パッケージも本発明といえるし、さらに、その発光素子パッケージを取り付けた実装基板を含む発光モジュールも本発明といえる。なお、特に、レンズと発光素子とのセットが複数個で、規則的に配置されている発光モジュールが望ましい。
[0019]
 また、これらのような発光モジュールを単数または複数含む照明装置も本発明といえる。もちろん、このような照明装置と、その照明装置からの光を受ける表示パネル(例えば、液晶表示パネル)と、を含む表示装置も本発明といえる(なお、このような表示装置を搭載する装置としては、テレビ受像装置が一例として挙げられる)。

発明の効果

[0020]
 本発明のレンズによると、自身からの透過光を、規則性無く、非放射状に進行させる。そのため、このようなレンズを複数搭載した照明装置の面状光では、レンズからの光が混ざり合ったとしても、干渉ムラを引き起こしにくい。

図面の簡単な説明

[0021]
[図1] は、図13に示されるLEDモジュール(実施例1)の部分斜視図である。
[図2A] は、実施例1のLEDモジュールの正面図である。
[図2B] は、実施例1のLEDモジュールの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図1・図2AのA1-A1’線矢視方向である)。
[図2C] は、実施例1のLEDモジュールの背面図である。
[図3A] は、実施例1のLEDモジュールにおけるレンズの正面図である。
[図3B] は、実施例1のLEDモジュールにおけるレンズの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図3AのB1-B1’線矢視方向である)。
[図3C] は、実施例1のLEDモジュールにおけるレンズの背面図である。
[図4A] は、実施例1のLEDモジュールにおける実装基板の正面図である。
[図4B] は、実施例1のLEDモジュールにおける実装基板の断面図である(なお、断面図の断面方向は、図4AのC1-C1’線矢視方向である)。
[図5A] は、実施例2のLEDモジュールの正面図である。
[図5B] は、実施例2のLEDモジュールの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図5AのA2-A2’線矢視方向である)。
[図5C] は、実施例2のLEDモジュールの背面図である。
[図6A] は、実施例2のLEDモジュールにおけるレンズの正面図である。
[図6B] は、実施例2のLEDモジュールにおけるレンズの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図6AのB2-B2’線矢視方向である)。
[図6C] は、実施例2のLEDモジュールにおけるレンズの背面図である。
[図7A] は、実施例3のLEDモジュールの正面図である。
[図7B] は、実施例3のLEDモジュールの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図7AのA3-A3’線矢視方向である)。
[図7C] は、実施例3のLEDモジュールの背面図である。
[図8A] は、実施例3のLEDモジュールにおけるレンズの正面図である。
[図8B] は、実施例3のLEDモジュールにおけるレンズの断面図(なお、断面図の断面方向は、図8AのB3-B3’線矢視方向である)である。
[図8C] は、実施例3のLEDモジュールにおけるレンズの背面図である。
[図9A] は、実施例4のLEDモジュールにおけるレンズの正面図である。
[図9B] は、実施例4のLEDモジュールにおけるレンズの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図9AのB4-B4’線矢視方向である)。
[図9C] は、実施例4のLEDモジュールにおけるレンズの背面図である。
[図10A] は、実施例5のLEDモジュールにおけるレンズの正面図である。
[図10B] は、実施例5のLEDモジュールにおけるレンズの断面図である(なお、断面図の断面方向は、図10AのB5-B5’線矢視方向である)。
[図10C] は、実施例5のLEDモジュールにおけるレンズの背面図である。
[図11] は、LEDモジュールの断面図である。
[図12] は、LEDモジュールの断面図である。
[図13] は、液晶表示装置の分解斜視図である。
[図14] は、液晶表示装置を搭載する液晶テレビの分解斜視図である。
[図15] は、従来の液晶表示装置の分解斜視図である。
[図16] は、従来のレンズの斜視図である。
[図17] は、従来のレンズの断面図である。
[図18] は、従来のバックライトユニットからの面状光の照度分布を示す画像である。

発明を実施するための形態

[0022]
 [実施の形態1]
 実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、断面図以外の図であっても、便宜上、ハッチングを付す場合もある。
[0023]
 図14は、液晶表示装置(表示装置)69を搭載する液晶テレビ89である。なお、このような液晶テレビ89は、テレビ放送信号を受信して画像を映すことから、テレビ受像装置といえる。図13は、液晶表示装置を示す分解斜視図である。この図に示すように、液晶表示装置69は、液晶表示パネル59と、この液晶表示パネル59に対して光を供給するバックライトユニット(照明装置)49と、これらを挟み込むハウジングHG(表ハウジングHG1・裏ハウジングHG2)と、を含む。
[0024]
 液晶表示パネル59は、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子を含むアクティブマトリックス基板51と、このアクティブマトリックス基板51に対向する対向基板52とをシール材(不図示)で貼り合わせる。そして、両基板51・52の隙間に液晶(不図示)が注入される。
[0025]
 なお、アクティブマトリックス基板51の受光面側、対向基板52の出射側には、偏光フィルム53が取り付けられる。そして、以上のような液晶表示パネル59は、液晶分子の傾きに起因する透過率の変化を利用して、画像を表示する。
[0026]
 次に、液晶表示パネル59の直下に位置するバックライトユニット49について説明する。バックライトユニット49は、LEDモジュール(発光モジュール)MJ、バックライトシャーシ41、大判反射シート42、拡散板43、プリズムシート44、および、マイクロレンズシート45を含む。
[0027]
 LEDモジュールMJは、図13の部分斜視図である図1に示すように、実装基板20、LED(Light Emitting Diode)30、およびレンズ10を含む(なお、LED30と、そのLED30を覆うレンズ10とをLEDセットSTとも称する)。
[0028]
 実装基板20は、板状かつ矩形状の基板であり、実装面20U上に、複数の電極(不図示)を並べる。なお、実装基板20における実装面20Uには、保護膜となるレジスト膜(不図示)が成膜される。このレジスト膜は、特に限定されるものではないが、反射性を有する白色であると望ましい。なぜなら、レジスト膜に光が入射したとしても、その光はレジスト膜で反射して外部に向かおうとするので、実装基板20による光の吸収という光量ムラの原因が解消するためである。
[0029]
 LED30は、発光素子(光源)であり、実装基板20の電極を介した電流によって発光する。そして、LED30の種類は多々あり、以下のようなLED30が挙げられる。例えば、LED30は、青色発光のLEDチップ(発光チップ)と、そのLEDチップからの光を受けて、黄色光を蛍光発光する蛍光体と、を含むものが挙げられる(なお、LEDチップの個数は特に限定されない)。このようなLED30は、青色発光のLEDチップからの光と蛍光発光する光とで白色光を生成する。
[0030]
 ただし、LED30に内蔵される蛍光体は、黄色光を蛍光発光する蛍光体に限らない。例えば、LED30は、青色発光のLEDチップと、そのLEDチップからの光を受けて、緑色光および赤色光を蛍光発光する蛍光体と、を含み、LEDチップからの青色光と蛍光発光する光(緑色光・赤色光)とで白色光を生成してもよい。
[0031]
 また、LED30に内蔵されるLEDチップは、青色発光のものに限られない。例えば、LED30は、赤色発光の赤色LEDチップと、青色発光の青色LEDチップと、青色LEDチップからの光を受けて、緑色光を蛍光発光する蛍光体と、を含んでいてもよい。なぜなら、このようなLED30であれば、赤色LEDチップからの赤色光と、青色LEDチップからの青色光と、蛍光発光する緑色光とで白色光を生成できるためである。
[0032]
 また、全く蛍光体を含まないLED30であってもよい。例えば、赤色発光の赤色LEDチップと、緑色発光の緑色LEDチップと、青色発光の青色LEDチップと、を含み、全てのLEDチップからの光で白色光を生成するLED30であってもよい。
[0033]
 また、図13に示されるバックライトユニット49では、1枚の実装基板20に5個のLED30を列状に実装した比較的短い実装基板20と、1枚の実装基板20に8個のLED30を列状に実装した比較的長い実装基板20と、が搭載される。
[0034]
 特に、2種類の実装基板20は、5個のLED30の列と8個のLED30の列とを13個のLED30の列にするように並び、さらに、13個のLED30の並ぶ方向に対して、交差(直交等)する方向にも、2種類の実装基板20は並ぶ。これにより、LED30はマトリックス状に配置され、その結果、複数のLED30の光が混ざり合って面状光となる(便宜上、異種の実装基板20の並ぶ方向をX方向、同種の実装基板20の並ぶ方向をY方向とし、このX方向とY方向とに交差する方向をZ方向とする)。
[0035]
 なお、X方向に並ぶ13個のLED30は、電気的に直列接続され、さらに、この直列につながった13個のLED30は、Y方向に沿って隣り合う別の13個の直列接続されたLED30と電気的に並列に接続される。そして、これらマトリックス状に並ぶLED30は、並列駆動される。
[0036]
 レンズ10は、LED30からの光を受け、その光を透過(出射)させる。詳説すると、レンズ10は、透過光を出射させるレンズ面(出射面)10Sの背面10B側にLED30を収容可能な収容窪みDH(後述の図3B等参照)を有し、その収容窪みDHとLED30との位置を合わせつつ、LED30に覆い被さる。すると、レンズ10の内部に、LED30が埋め込まれ、LED30からの光が、確実に、レンズ10内部に供給される。そして、その供給された光の大部分が、レンズ面10Sを介して外部に出射する。
[0037]
 なお、レンズ10となる材料は特に限定されるものではないが、例えば、アクリル樹脂が挙げられる(屈折率ndが1.49以上1.50以下のアクリル樹脂が挙げられる)。また、レンズ10のレンズ面10Sは、光を拡散させつつ透過させる曲面を有するので、そのレンズ10は拡散レンズといえる。
[0038]
 バックライトシャーシ41は、図13に示すように、例えば箱状の部材で、底面41BにLEDモジュールMJを敷き詰めることで、それら複数のLEDモジュールMJを収容する。なお、バックライトシャーシ41の底面41BとLEDモジュールMJの実装基板20とは、例えば、リベット(不図示)を介して接続される。
[0039]
 また、バックライトシャーシ41の底面41Bには、拡散板43、プリズムシート44、マイクロレンズシート45を支える支持ピンが取り付けられてもよい(なお、バックライトシャーシ41は、支持ピンとともに、側壁の頂きで、拡散板43、プリズムシート44、マイクロレンズシート45をこの順で積み重ねて支えてもよい)。
[0040]
 大判反射シート42は、反射面42Uを有する光学シートで、マトリックス配置された複数のLEDモジュールMJに、反射面42Uの裏面を向けて覆い被さる。ただし、大判反射シート42は、LEDモジュールMJのレンズ10の位置に合わせた通過開孔42Hを含み、反射面42Uからレンズ10を露出させる(なお、上述のリベットおよび支持ピンを露出させるための開孔があるとよい)。
[0041]
 すると、レンズ10から出射する光の一部が、バックライトシャーシ41の底面41B側に向かって進行したとしても、大判反射シート42の反射面42Uによって反射し、その底面41Bから乖離するように進行する。したがって、大判反射シート42が存在することで、LED30の光は損失することなく、反射面42Uに対向した拡散板43に向かう。
[0042]
 拡散板43は、大判反射シート42に重なる光学シートであり、LEDモジュールMJから発せられる光および大判反射シート42Uからの反射光を拡散させる。すなわち、拡散板43は、複数のLEDモジュールMJによって形成される面状光を拡散させて、液晶表示パネル59全域に光をいきわたらせる。
[0043]
 プリズムシート44は、拡散板43に重なる光学シートである。そして、このプリズムシート44は、一方向(線状)に延びる例えば三角プリズムを、シート面内にて、一方向に交差する方向に並べる。これにより、プリズムシート44は、拡散板43からの光の放射特性を偏向させる。なお、プリズムは、LED30の配置個数の少ないY方向に沿って延び、LED30の配置個数の多いX方向に沿って並ぶとよい。
[0044]
 マイクロレンズシート45は、プリズムシート44に重なる光学シートである。そして、このマイクロレンズシート45は、光を屈折散乱させる微粒子を内部に分散させる。これにより、マイクロレンズシート45は、プリズムシート44からの光を、局所的に集光させることなく、明暗差(光量ムラ)を抑える。
[0045]
 そして、以上のようなバックライトユニット49は、複数のLEDモジュールMJによって形成される面状光を、複数枚の光学シート43~45に通過させ、液晶表示パネル59へ供給する。これにより、非発光型の液晶表示パネル59は、バックライトユニット49からの光(バックライト光)を受光して表示機能を向上させる。
[0046]
 ここで、LEDモジュールMJにおけるレンズ10について、図1に加えて、図2A~図4Bを用いて詳説する。図1はLEDモジュールMJの部分斜視図であり、図2A~図2Cは、LEDモジュールMJの正面図、断面図、背面図である(なお、断面図の断面方向は、図1・図2AのA1-A1’線矢視方向である)。図3A~図3Cは、レンズ10の正面図、断面図、背面図であり(なお、断面図の断面方向は、図3AのB1-B1’線矢視方向である)、図4A・図4Bは実装基板の正面図、断面図である(なお、断面図の断面方向は、図4AのC1-C1’線矢視方向である)。なお、図1等に示されるLEDモジュールMJを実施例1(EX1)とする。
[0047]
 まず、レンズ10の取り付け方(いいかえると、レンズ10と実装基板20との結合機構)について説明する。レンズ10は、背面10Bから突き出るピン11(11A・11B)も含む。これらのピン11A・11Bは、図4A・図4Bに示すような実装基板20に形成された開孔21(21A・21B)に係り合い、これによって、レンズ10は実装基板20に取り付けられる。
[0048]
 詳説すると、ピン11A・11Bは、レンズ10の背面10Bにて、収容窪みDHを挟むように形成される。具体的には、ピン11Aは、楕円形の長軸方向における一端側に位置し、ピン11Bは、楕円形の長軸方向における他端側に位置する(なお、ピン11Aとピン11Bとは点対称な関係である)。そして、これらピン11A・11Bは、レンズ10の背面10Bから乖離するように延び出た四角柱状の軸部12(12A・12B)と、その軸部12の先端付近に形成された可撓性の係止片13(13A・13B)と、を含む(なお、係止片13は、軸部12の先端付近で、軸部12の側壁から突き出た可撓性の片材である)。
[0049]
 一方、図4Aおよび図4Bに示すように、実装基板20には、ピン11A・11Bにおける軸部12A・12Bの軸周囲(四角形状の軸周囲)の形状に対して若干大きな相似形状の開孔21A・21Bが、LED30を挟むように形成される。そして、これら開孔21A・21Bに、ピン11A・11Bが差し込まれる。ピン11A・11Bの軸部12A・12Bは、実装基板20の厚みより若干長く、開孔21A・21Bは、実装基板20を貫通している。そのため、ピン11A・11Bが、開孔21A・21Bに差し込まれると、軸部12A・12Bの先端が、実装面20Uの裏面20Bから突き出す。
[0050]
 なお、ピン11A・11Bの軸部12A・12Bが、開孔21A・21Bに進入する過程にて、係止片13A・13Bは、開孔21A・21Bの内壁に押さえ付けられることで、開孔21A・21Bに収まるように変形する。ただし、軸部12A・12Bの先端が、実装面20Uの裏面20Bから突き出すと、係止片13A・13Bは、開孔21A・21Bの内壁に押さえ付けられないので、元の形状に復元する。これにより、図2Bに示すように、係止片13A・13Bが開孔21A・21Bの縁に引っかかり、レンズ10は実装基板20に取り付けられる。
[0051]
 次に、レンズ10の形状について説明する。レンズ10は、LED30の光を透過させるレンズ面(出射面)10Sを曲面にし、さらに正面視で(詳説すると、X方向およびY方向で規定されるXY面方向を正面から見た場合に)、レンズ面10Sを楕円形にしている。また、レンズ面10Sの背面10Bは、レンズ面10S同様に、正面視で楕円ではあるものの、平面になっており、実装基板20の実装面20Uに向かい合う。
[0052]
 要は、レンズ10の外縁10Eは回転対称かつ線対称な楕円形で、レンズ面10Sは曲面、レンズ10の背面10Bは平面である。なお、レンズ面10Sは、レンズ10の外縁10Eの内部にて、楕円の中心点を基準点とし、その基準点から、異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含む。ただし、レンズ面10Sを形成する複数の点は、楕円の中心点(中心軸ともいえる)を基準に、回転対称性を有し、その結果、レンズ面10Sが、回転対称および線対称の少なくとも一方の形状になる(要は、レンズ面10Sは自由曲面ではない)。
[0053]
 そして、このレンズ10は、背面10Bに、LED30を収容する収容窪みDHを含む。この収容窪みDHの入口となる収容窪みDHの縁DHeは、図3Cに示すように、背面10B上に位置し、環状ではあるものの、複数の変曲点を有する不規則な形状である(不規則な形状は、例えば、非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形状が一例として挙げられる)。
[0054]
 そして、LED30の光を受ける収容窪みDHの内面DHnは以下のように設計される。まず、環状の収容窪みDHの縁DHeの内部にて、任意の一点を基準点とする。そして、基準点から、異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面が、収容窪みDHの内面DHnに含まれる。特に、内面DHnを形成する複数の点の少なくとも一部は、基準点(基準軸ともいえる)に基づく、回転対称性を有しておらず、その結果、内面DHnが、非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形状になる。
[0055]
 このようなレンズ10であると、収容窪みDHの内面DHnから入射する光は、その内面DHnの非球面(例えば、自由曲面)の影響を受けて、規則性無く、非放射状に進行し、その後、レンズ面10Sから出射する(なお、レンズ10を中心にした放射状(真円状)の輝度分布を生じさせない光を、非放射状に進む光とする)。そのため、このようなレンズ10からの透過光には、規則性が無い(例えば、レンズ10を中心に非回転対称または非線対称な形状の輝度分布を生じさせるような光を、規則性の無い光とする)。
[0056]
 すると、バックライトユニット49にて、このレンズ10を含むLEDセットSTが複数配置されている場合に、面状光(バックライト光)にて、その面内の特定部分に光が過度に集まったり、面内の特定部分に光が過度に集まらなかったりはしない。したがって、バックライトユニット49からの面状光(バックライト光)に、光量ムラが含まれない。
[0057]
 また、特に、LEDセットSTの配置に規則性があったとしても、各レンズ10からの透過光(拡散光)が非放射状に進行するので、同じような拡散光を発するLEDセットがマトリックス配置のように規則的に配置した場合に生じる光の干渉ムラ(光量ムラの一例)が、面状光に含まれない。そのため、いいかえると、レンズ10は、バックライトユニット49からの面状光に光量ムラ(干渉ムラ等)を含ませないために適したレンズといえる。
[0058]
 [実施の形態2]
 実施の形態2について説明する。なお、実施の形態1で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。
[0059]
 実施の形態1での実施例1のLEDモジュールMJでは、レンズ10の収容窪みDHの内面DHnが非球面を含むことに起因して、レンズ10から出射する光が不規則に進行していた。ただし、このようにレンズ10からの透過光を不規則に進行させるために、非球面を含有する収容窪みDHの内面DHnが必須とは限らない。例えば、図5A~図6Cに示すような実施例2(EX2)のLEDモジュールMJであってもよい。
[0060]
 図5A~図5Cは、LEDモジュールMJの正面図、断面図、背面図である(なお、断面図の断面方向は、図5AのA2-A2’線矢視方向である)。図6A~図6Cは、レンズ10の正面図、断面図、背面図である(なお、断面図の断面方向は、図6AのB2-B2’線矢視方向である)。
[0061]
 実施例2のLEDモジュールMJのレンズ10と、実施例1のLEDモジュールMJのレンズ10との違いは、収容窪みDHとレンズ面10Sである。まず、収容窪みDHについて説明する。実施例2のLEDモジュールMJでは、収容窪みDHの内面DHnが半球面である。
[0062]
 詳説すると、収容窪みDHの縁DHeが、図6Cに示すように、背面10B上に位置し、回転対称性を有するとともに線対称性も有する規則的な形状、例えば、真円状である。そして、この真円状の縁DHeの中心を基準に等距離で離れた点の集合で、収容窪みDHの内面DHnが形成される。例えば、収容窪みDHの内面DHnは、回転対称性かつ線対称性を有する半球面状になる。
[0063]
 次に、レンズ面10Sについて説明する。実施例2のLEDモジュールMJでは、レンズ面10Sが非球面である。詳説すると、レンズ10の外縁10Eが、図6Cに示すように、環状ではあるものの、複数の変曲点を有する不規則な形状である。そして、環状のレンズ10の外縁10Eの内部にて、任意の一点を基準点とする。そして、基準点から、異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面が、レンズ面10Sに含まれる。特に、レンズ面10Sを形成する複数の点の少なくとも一部は、基準点に基づく、回転対称性を有しておらず、その結果、レンズ面10Sが、非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形状になる。
[0064]
 以上のような実施例2のLEDモジュールMJの場合、収容窪みDHの内面DHnから入射する光は、その内面DHnの半球面の形の影響を受けて、規則性を有しながらレンズ10内部を進行する。ただし、レンズ面10Sの面形状は規則性を有さない。そのため、このようなレンズ10からの透過光には、規則性がない。
[0065]
 すると、実施の形態1同様に、実施の形態2のバックライトユニット49にて、LED30を覆うレンズ10がマトリックス配置されていても、その配置に起因した光量ムラが、面状光に含まれない(もちろん、干渉ムラ以外の光量ムラも、面状光に含まれにくい)。
[0066]
 [実施の形態3]
 実施の形態3について説明する。なお、実施の形態1・2で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。
[0067]
 実施の形態1では、バックライトユニット49は、収容窪みDHの内面DHnを非球面(例えば、自由曲面)にしたレンズ10を取り付けたLEDモジュールMJを搭載することで、バックライトユニット49からの面状光に、光量ムラを含ませない。一方、実施の形態2では、バックライトユニット49は、レンズ面10Sを非球面(例えば、自由曲面)にしたレンズ10を取り付けたLEDモジュールMJを搭載することで、バックライトユニット49からの面状光に、光量ムラを含ませない。
[0068]
 つまり、実施の形態1・2では、レンズ10におけるレンズ面10Sまたは収容窪みDHの内面DHnが不規則な形状になることで、そのレンズ10からの透過光が、規則性無く、非放射状に進行していた。しかし、透過光を、規則性無く、非放射状に進行させるレンズ10は、これらだけに限らない。
[0069]
 例えば、図7A~図8Cに示すような実施例3(EX3)のLEDモジュールMJに含まれるレンズ10であってもよい。
[0070]
 図7A~図7Cは、LEDモジュールMJの正面図、断面図、背面図である(なお、断面図の断面方向は、図7AのA3-A3’線矢視方向である)。図8A~図8Cは、レンズ10の正面図、断面図、背面図である(なお、断面図の断面方向は、図8AのB3-B3’線矢視方向である)。
[0071]
 これらの図に示すように、実施例3のLEDモジュールMJでは、レンズ10が以下のようになっている。すなわち、レンズ10における収容窪みDHの内面DHnが、実施例1同様に、環状の収容窪みDHの縁DHeの内部にて、任意の一点を基準点とし、その基準点から、異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含む(なお、内面DHnは、非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形状になる)。
[0072]
 また、レンズ10におけるレンズ面10Sが、実施例2同様に、環状のレンズ10の外縁10Eの内部にて、任意の一点を基準点とし、その基準点から、異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含む(なお、レンズ面10Sが、非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形状になる)。
[0073]
 以上のような実施例3のLEDモジュールMJの場合、収容窪みDHの内面DHnから入射する光は、その内面DHnの非球面の形の影響を受けて、規則性無く、非放射状に進行し、さらに、レンズ面10Sの非球面の影響を受けて、一層、規則性無く、非放射状に進行する。そのため、このようなレンズ10からの透過光には、規則性が確実にない。すると、実施の形態1・2同様に、実施の形態3のバックライトユニット49にて、LEDセットSTがマトリックス配置されていても、その配置に起因した光量ムラが、面状光に含まれない。
[0074]
 [実施の形態4]
 実施の形態4について説明する。なお、実施の形態1~3で用いた部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付記し、その説明を省略する。
[0075]
 実施の形態1~3(実施例1~3)では、レンズ10のレンズ面10Sの外縁10Eおよび収容窪みDHの縁DHeの少なくとも一方が、非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形の環状であった。
[0076]
 しかし、これに限定されるものではなく、例えば、図9A~9Cに示されるようなレンズ10(このレンズ10を含むLEDモジュールMJを実施例4とする)のように、レンズ10における収容窪みDHの縁DHeが、回転対称かつ線対称であってもよい。また、図10A~図10Cに示されるようなレンズ10(このレンズ10を含むLEDモジュールMJを実施例5とする)のように、レンズ10における収容窪みDHの縁DHeが、線対称であってもよい(なお、図10A・図10Cの“LA”は線対称軸を意味する)。
[0077]
 ただし、収容窪みDHの縁DHeが、複数の変曲点、例えば少なくとも3つ以上の変曲点を含む環状である。なぜなら、このような変曲点を有する環状であると、収容窪みDHの内面DHnが非球面に形成されやすくなるからである。
[0078]
 その上、このようなレンズ10では、レンズ10の内面DHnを通過する光は、規則性はあるものの、例えば球面状の内面を通過する光に比べて、非放射状に進行する(レンズ10の内面DHnを通過する光において、光の進行方向の向きの数が、例えば球面状の内面を通過する光において、光の進行方向の向きの数に比べて増える)。
[0079]
 すると、このようなレンズ10を含むLEDモジュールMJ(例えば、実施例4・実施例5のLEDモジュールMJ)は、例えば、レンズ面および収容窪みの内面を球面にしたレンズを含むLEDモジュールに比べて、非放射状に光を進行させる。したがって、例えば、実施例4・実施例5のLEDモジュールMJを搭載するバックライトユニット49であっても、LEDセットSTがマトリックス配置されていたとしても、その配置に起因した光量ムラが、面状光に含まれにくくなる。
[0080]
 なお、光の進行方向の向きの数が増やすために、レンズ10の外縁10Eが、複数の変曲点(例えば少なくとも3つ以上の変曲点)を含む環状であってもよい。なぜなら、このような変曲点を有する環状であると、レンズ面10Sが非球面に形成されやすくなるからである。
[0081]
 その上、このようなレンズ10では、レンズ面10Sを通過する光は、規則性はあるものの、例えば球面状のレンズ面を通過する光に比べて、非放射状に進行する(レンズ面10Sを通過する光において、光の進行方向の向きの数が、例えば球面状のレンズ面を通過する光において、光の進行方向の向きの数に比べて増える)。すると、このようなレンズ10を含むLEDモジュールMJは、実施例4・実施例5のLEDモジュールMJと同様の効果を奏ずる。つまり、このLEDモジュールMJを搭載するバックライトユニット49であっても、LEDセットSTがマトリックス配置されていたとしても、その配置に起因した光量ムラが、面状光に含まれにくくなる。
[0082]
 もちろん、LEDモジュールMJにて、収容窪みDHの縁DHeが複数の変曲点を含む環状で、レンズ10の外縁10Eが複数の変曲点を含む環状であってもよい。このようなLEDモジュールMJの場合、収容窪みDHの内面DHnから入射する光は、その内面DHnの非球面の形の影響を受けて、非放射状に進行し、さらに、レンズ面10Sの非球面の影響を受けて、非放射状に進行する。つまり、このようなLEDモジュールを搭載するバックライトシャーシ49でも、上述同様の効果が奏ずる。
[0083]
 [その他の実施の形態]
 なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
[0084]
 例えば、以上のLEDモジュールMJでは、LED30は、レンズ10の収容窪みDHに収まっていたが、これに限定されるものではない。例えば、図11に示すように、レンズ10の背面10Bの全てが平面で、その平面の直下に、LED30が配置されていてもよい(要は、レンズ10の収容窪みDHに、LED30が収まっていなくてもよい)。
[0085]
 このようになっている場合、背面10Bに、LED30の光が入射することになり、その光は、レンズ面10Sから出射する(要は、レンズ10における背面10Bの全域が受光面になる)。すると、レンズ面10Sが、実施の形態2のように、非球面になっていれば、レンズ10からの透過光は、規則性無く、種々方向に進行する。つまり、収容窪みDHは無いもののレンズ面10Sを非球面にしたレンズ10が、LED30を覆っていたとしても、バックライトユニット49からの面状光に、LEDセットSTのマトリックス配置に起因した光量ムラは含まれない。
[0086]
 すなわち、レンズ10にてLED30からの光が、背面10Bの一部である収容窪みDHで受光する場合と、収容窪みDHの無い平面の背面10Bで受光する場合とがある。要は、レンズ10にて、受光可能な面が受光面になり、レンズ10の背面10Bにおける少なくとも一部が受光面となる。
[0087]
 なお、図11では、平面状の光射出面30Tを有するLED30と、レンズ10の背面10Bとは密着しているが、密着していない場合も有り得る。また、図12に示すように、レンズ10の大きさは、LED30の光射出面30Tよりも狭面積の背面10Bを有するレンズ10であってもよい(もちろん、図12のような小型のレンズ10を搭載したLED30であってもLEDセットSTといえる)。なお、図11および図12のように、LED30とレンズ10とが密着したものをLEDパッケージ(発光素子パッケージ)と称してもよい。
[0088]
 以上を踏まえると、レンズ10には、以下の(1)のレンズ面10Sおよび(2)の受光面(受光面は、例えば、収容窪みDHの内面DHnの場合とレンズ10の背面10B全体の場合がある)の少なくとも一方が含まれるとよい。
[0089]
 (1)レンズ面10Sにおける外縁10Eが環状で、その環内部の任意の一点を基準点とすると、レンズ面10Sは、基準点から異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面である(ただし、レンズ面10Sにおける外縁10Eは、変曲点を少なくとも3つ含む環状である)。
[0090]
 (2)レンズ10の受光面における縁が環状で、その環内部の任意の一点を基準点とすると、受光面は、基準点から異なる任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面である(ただし、レンズ10の受光面における縁は、変曲点を少なくとも3つ含む環状である)。
[0091]
 要は、(1)のレンズ面10Sおよび(2)の受光面の少なくとも一方がレンズ10に含まれていれば、レンズ10からの光が非放射状に進む。そのため、このようなレンズ10を用いたLEDセットSTがマトリックス配置されていても、その配置に起因した光量ムラが、面状光に含まれない。
[0092]
 なお、レンズ10におけるレンズ面10Sの環状の外縁10Eにて、ある1箇所の一部が、突き出るまたは窪むと、変曲点が生じ、その変曲点の個数は3個になる。同様に、レンズ10の受光面の環状の縁(レンズ10の背面10Bの外縁10E、または、収容窪みDHの縁DHe)にて、ある1箇所の一部が、突き出るまたは窪むと、変曲点が生じ、その変曲点の個数は3個になる。
[0093]
 したがって、レンズ10におけるレンズ面10Sの環状の外縁10E、および、レンズ10の受光面の環状の縁の少なくとも一方の形が、少なくとも3つ以上の変曲点を含む環状であると、望ましい(ただし、これに限定されず、変曲点が少なくとも1つでも含まれていればよいこともある)。
[0094]
 また、レンズ10にて、レンズ面10Sの外縁10Eおよび受光面の縁の少なくとも一方が、非回転対称および非線対称の少なくとも一方になった環状であると望ましい。
[0095]
 なぜなら、このようになっていると、レンズ10からの光は、レンズ10を中心にした放射状の輝度分布を生じさせる光ではなく、レンズ10を中心に非回転対称および非線対称の少なくとも一方の形をした輝度分布を生じさせるような光になる。すなわち、規則性の無い光が、レンズ10から確実に出射されるためである。
[0096]
 また、レンズ10が、透過光を拡散させる拡散性を有していれば望ましい。このようになっていると、複数のLED30の光が、高い度合いで混ざり合って面状光となる。そのため、レンズ10からの光に規則性が無いことに起因して、バックライトユニット49の面状光に光量ムラを含ませない効果が、顕著に現れる。
[0097]
 なお、図13では、LEDセットSTは、1枚の実装基板20に一列に配置されているが、これに限定されることなく、例えば、複数列に配置されていてもよい(要は、1枚の実装基板10に、LEDセットSTがマトリックス配置されてもよい)。
[0098]
 また、LEDセットSTは、規則的にマトリックス配置されているが、これに限定されるものではなく、不規則な配置であってもよい{特に、図9A~図9Cおよび図10A~図10Cに示すようなレンズ10を含むLEDモジュールMJ(実施例4・実施例5)で有用である}。このようになっていると、バックライトユニット49からの面状光にて、確実に、その面内の特定部分に光が過度に集まったり、面内の特定部分に光が過度に集まらなかったりはしない。したがって、バックライトユニット49からの面状光に、一層、光量ムラが含まれない。
[0099]
 また、バックライトユニット49にて、複数搭載されるLEDセットSTのレンズ10は、同種のレンズ面10Sおよび受光面を含むものばかりでもよい。このようになっていると、レンズ10に要するコストが抑えられ、ひいては、LEDモジュールMJ、バックライトユニット49、液晶表示装置69(要は、レンズ10を搭載する種々装置)のコストダウンが図れる。ただし、これに限定されるものではない。
[0100]
 すなわち、バックライトユニット49からの面状光に、より一層、光量ムラが含まれないようにするために、透過光の拡散方向の異なる複数種類のレンズ10(例えば、レンズ面10Sの面形状を異にする複数種類のレンズ10)が、バックライトユニット49に搭載されてもかまわない。
[0101]
 また、以上では、光源として、発光素子であるLED30が挙げられたが、これに限定されるものではない。例えば、有機EL(Electro-Luminescence)または無機ELのような自発光材料で形成される発光素子であってもかまわない。

符号の説明

[0102]
   10    レンズ
   10S   レンズ面(出射面)
   10B   レンズの背面(受光面)
   10E   レンズの外縁(受光面の縁)
   DH    収容窪み
   DHn   収容窪みの内面(受光面)
   DHe   収容窪みの縁(受光面の縁)
   11    ピン
   12    ピンの軸部
   13    ピンの係止片
   20    実装基板
   20U   実装面
   20B   実装面の裏面
   21    開孔
   30    LED(発光素子)
   30T   LEDの光射出面
   ST    LEDセット(セット)
   MJ    LEDモジュール(発光モジュール)
   41    バックライトシャーシ
   41B   バックライトシャーシの底面
   42    反射シート
   43    拡散板
   44    プリズムシート
   45    マイクロレンズシート
   49    バックライトユニット(照明装置)
   59    液晶表示パネル(表示パネル)
   69    液晶表示装置(表示装置)
   89    液晶テレビ(テレビ受像装置)

請求の範囲

[請求項1]
 透過光を出射させる出射面と、
 上記出射面の背面の少なくとも一部であり、上記透過光の基となる光を受ける受光面と、
を含むレンズにあって、
 以下の(1)の出射面および(2)の受光面の少なくとも一方が含まれるレンズ。
 (1) 上記出射面における縁が環状で、その環内部の任意の一点
    を基準点としており、上記出射面は、上記基準点から異なる
    任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含
    む(ただし、上記出射面における縁は、変曲点を少なくとも
    3つ含む環状である)。
 (2) 上記受光面における縁が環状で、その環内部の任意の一点
    を基準点としており、上記受光面は、上記基準点から異なる
    任意の距離で離れた複数の点の集合で形成された非球面を含
    む(ただし、上記受光面における縁は、変曲点を少なくとも
    3つ含む環状である)。
[請求項2]
 上記出射面の縁および上記受光面の縁の少なくとも一方が、非回転対称および非線対称の少なくとも一方になった環状である請求項1に記載のレンズ。
[請求項3]
 上記受光面が、上記出射面の背面の全て、または、上記出射面の背面に形成される窪みの内面である請求項1または2に記載のレンズ。
[請求項4]
 上記レンズが、上記透過光を拡散させる拡散性を有する請求項1~3のいずれか1項に記載のレンズ。
[請求項5]
 請求項1~4のいずれか1項に記載のレンズと、
 上記レンズの受光面に光を供給する発光素子と、
 上記発光素子および上記レンズを取り付けた実装基板と、
を含む発光モジュール。
[請求項6]
 請求項1~4のいずれか1項に記載のレンズと、
 上記レンズの受光面に光を供給する発光素子と、
を密着させた発光素子パッケージ。
[請求項7]
 請求項6に記載の発光素子パッケージを取り付けた実装基板を含む発光モジュール。
[請求項8]
 上記レンズと上記発光素子とのセットが複数個で、規則的に配置されている請求項5または7に記載の発光モジュール。
[請求項9]
 請求項5、7、および8のいずれか1項に記載の発光モジュールを単数または複数含む照明装置。
[請求項10]
 請求項9に記載の照明装置と、
 上記照明装置からの光を受ける表示パネルと、
を含む表示装置。
[請求項11]
 上記表示パネルが液晶表示パネルである請求項10に記載の表示装置。
[請求項12]
 請求項10または11に記載の表示装置を搭載するテレビ受像装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2A]

[ 図 2B]

[ 図 2C]

[ 図 3A]

[ 図 3B]

[ 図 3C]

[ 図 4A]

[ 図 4B]

[ 図 5A]

[ 図 5B]

[ 図 5C]

[ 図 6A]

[ 図 6B]

[ 図 6C]

[ 図 7A]

[ 図 7B]

[ 図 7C]

[ 図 8A]

[ 図 8B]

[ 図 8C]

[ 図 9A]

[ 図 9B]

[ 図 9C]

[ 図 10A]

[ 図 10B]

[ 図 10C]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]