CN104132304A

CN104132304A - 光学透镜

Info

Publication number: CN104132304A
Application number: CN201310409893.0A
Authority: CN
Inventors: 丁海运; 野中秀训
Original assignee: ASIABRIDGE JAPAN Co Ltd; J-TEK Co Ltd
Current assignee: ASIABRIDGE JAPAN Co Ltd; J-TEK Co Ltd
Priority date: 2013-05-01
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2014-11-05
Also published as: JP5735669B2; TW201443368A; US20140328069A1; US9488814B2; KR101301206B1; JP2014220230A

Abstract

本发明涉及光学透镜，更具体地涉及对光轴部位的光量减少进行最小化，从而形成对于非照明部件的均匀亮度分布，从而可提高光的亮度。为此，提供一种光学透镜，其包括：凹陷部，其用于接收照明元件的光；入射面，其形成凹陷部并入射照明元件的光；出射面，其用于出射通过入射面所入射的光，上述光学透镜，其特征在于，上述出射面形成有折射防止部，上述折射防止部从出射面凸出形成为一体，从而对通过出射面所出射的光轴L附近的光不进行折射而直线前进，并且出射有光的折射防止部的表面包括有直交面，其相对于通过入射面所入射的光的前进方向进行直交，通过折射防止部的直交面所出射的光不产生折射，沿着通过入射面所入射的方向直线前进而出射。

Description

光学透镜

技术领域

本发明涉及光学透镜，更为具体地涉及在对照明元件的光进行扩散的过程中，对光轴部位的光量减少进行最小化，从而均匀对于非照明部件的亮度分布，进而提高光的亮度。

背景技术

现有以来，作为用于个人电脑（personal computer）或电视等的液晶显示器的照明方法，将多个发光二极管（LED）用作点光源的平面光源装置广为人知。

上述平面光源装置中，具有与液晶显示面板几乎相同形状的板形光束控制部件（光学透镜），并且在其背面将多个LED配置为矩阵形状。

上述来自于LED的光从光束控制部件的背面入射至光束控制部件的内部，从而从对立于其背面的出射面出射。

并且，通过上述出射光，对液晶显示面板进行背光照明（backlighting）。

表现上述技术的几类文献有表示为如下：

（第一现有例）

其为专利文献1中提出的现有例。如图1a所示，根据此现有例，在平面光源装置10上配置有微透镜阵列（Microlens array）12，以便多个LED11分别一对一地对应，并且来自于LED11的光通过微透镜阵列（Microlensarray）12向垂直于平面的方向（上方）射出。

（第二现有例）

其为专利文献2中提出的现有例。如图1b所示，根据此现有例，发光显示装置13包括：LED11、凹透镜14、凸透镜15。

来自于LED11的光通过凹透镜扩散后，通过凸透镜15聚光，从而向几乎平行于LED11的“光轴”的方向出射。

此处，“光轴”是指从立体的出射光束中心的光的前进方向，上述立体的出射光束来自于作为点光源的LED11。

（第三现有例）

其为专利文献3中提出的现有例。如图1c所示，根据此现有例，提供将LED11作为光源的显示装置16。

来自于LED11的光通过聚光透镜17聚光，从而导向至前方，并且接下来通过扩散透镜18扩散。

（第四现有例）

此现有例中，提供如图2所示的显示装置20。

显示装置20包括：多个LED芯片21、光扩散部件22、非照明部件（例如，液晶显示面板）23，上述非照明部件利用透射光扩散部件22的光来进行照明。

各个LED芯片21中，将具有半球形出射面24的光束控制部件25固定于LED26的出射面24，并且配置为等间距。

从各个LED芯片21出射的光中，透射光扩散部件22后，供给至非照明部件23。

但是，上述现有例存在如下问题。

（1）第一现有例：在平面光源装置10中，作为相邻LED11的中间部分，具有微透镜阵列12的形状不连续的部分。

在此部分中，光的射出量急剧变化，因此在各个微透镜阵列12的边界部分出射光的明暗偏差会变大，从而很显眼。

（2）第二现有例：在发光显示装置13中的多个凹透镜14连续相接，从而很难称其形成有平面。

此外，多个凸透镜15也多个连续相接，从而难于形成平面。

由此，例如类似于大型液晶显示面板，对于大面积的非照明部件，难以供给均匀的面形照明。

（3）第三现有例：在显示装置16中，将来自于LED11的光通过聚光透镜118进行聚光后，通过扩散透镜18进行扩散。

由此，相比现有例一，则光的明暗差不显眼。

但是，问题在于：来自于相邻的多个LED11的光彼此难以混合，从而各个LED11间的发光颜色的偏差比较显眼。

（4）第四现有例：如图3所示，第四现有例的显示装置20中，对应于各个LED26而出现的照明光的亮度的偏差变大为波形形状。

由此，在各个LED26间的照明光生成暗部，从而难以实现均匀的面形照明。

此外，如图3的曲线（curve）A所示，在第四现有例中，从各个LED芯片21所出射的光的光量（光强度）在LED26的光轴L附近具有局部变大的倾向。

因此，问题在于：从相邻的多个LED26所发出的光彼此难以混合，从而各个LED26间的发光色的偏差很显眼。

为解决上述问题，在“韩国登记专利10-0971639号”、“韩国登记专利10-0977336号”等中提出光束控制部件（光学透镜），其对点光源所出射的光进行扩散，从而将LED所出射的光彼此混合，进而缩小发光色的偏差。

由此可知，将LED用于广角照明时，一般将光学元件（光束控制部件）配置于LED的前面，上述光学元件（光束控制部件）将LED所散发的光变换为广角。

换句话说，根据光学元件的材料的折射率及斯涅尔定律(Snell's law)，将LED所出射的光通过光学元件进行出射，从而变换为广角扩散光后使用。

上述光束控制部件中，将作为点光源的LED所出射的光相对LED中心垂直线（光轴）出射为具有大约120°的扩散的光。

换句话说，光学设计为将LED的光所出射的光量强的部分，即，图4a角度的光更大地扩散至c的角度。

但是，根据上述现有技术的光束控制部件（光学透镜）具有如下问题。

虽然可将作为点光源的LED所出射的光扩散为广角光，但如图5所示，具有如下问题：出射光a部分的光变换为广角光后，会导致光量的减少。

*42由此，随着光的光度未最大化，则问题在于效率降低，并且当将其应用于背光照明（back lighting）时，为了对光度进行最大化，通过额外构成有类似于棱镜板（Prism Sheet）的扩散板，则问题在于，从节省制造费用角度来讲，降低了经济性。

发明内容

本发明为解决上述问题而提出，本发明的目的在于提供一种光学透镜，将折射防止部形成于出射面中央部位，从而入射的光在通过折射防止部的同时，可不产生折射而直线前进地出射，从而对光轴部位的光量减少进行最小化，从而可均匀非照明部件的亮度分布，并且提高光度。

本发明为实现上述目的，提供一种光学透镜，其包括：凹陷部，其用于接收照明元件的光；入射面，其形成有凹陷部并入射有照明元件的光；出射面，其用于出射通过入射面所入射的光。上述光学透镜，其特征在于，上述出射面形成有折射防止部，上述折射防止部从出射面凸出形成为一体，从而对通过出射面所出射的光轴L附近的光不进行折射而直线前进，并且出射有光的折射防止部的表面包括有直交面，其相对于通过入射面所入射的光的前进方向进行直交，通过折射防止部的直交面所出射的光不产生折射，沿着通过入射面所入射的方向直线前进而出射。

此时，优选地，上述折射防止部的最大形成范围为，从相当于照明元件所放出至入射面的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光学透镜内部的入射角b间的出射面面积的20%范围内。

此外，优选地，上述折射防止部以出射面的光轴L为中心，向同心圆方向形成为多个圆周形状。

此外，上述折射防止部以出射面的光轴L为中心，形成为多个点（dot）形状，并且优选地，上述点（dot）的纵截面形成为三角形状，上述三角形状具有相对于通过入射面所入射的光的前进方向直交的直交面。

本发明为实现上述目的的另一例子，从而提供一种光学透镜，其包括：凹陷部，其用于接收照明元件的光；入射面，其形成有凹陷部并入射有照明元件的光；出射面，其用于出射通过入射面所入射的光。上述光学透镜，其特征在于：上述出射面形成有折射防止部，上述折射防止部从出射面凸出形成为一体，从而对通过出射面所出射的光轴L附近的光不进行折射而直线前进，并且上述折射防止部形成为圆锥形状，上述圆锥形状具有相对于通过入射面所入射的光的前进方向进行直交的任何一个母线，并且上述折射防止部在出射面形成为多个。

根据本发明的光学透镜具有如下效果。

通过出射面出射至非照明部件的出射光的亮度均匀地进行照明。

换句话说，在出射面上形成多个折射防止部，以便从光学透镜的内部通过出射面所出射的光可不产生折射而直线前进，从而通过出射面的折射防止部的光不产生折射，并且朝向将要照明的非照明部件面上的中央，从而可对面上的中央部位的光量减少进行最小化。

由此，光学透镜的特性上具有如下效果：可缩小对通过将光扩散为广角的中央部位的光量减少，因此可对将要照明的面上的亮度分布进行均匀化，并且可更加提高光的亮度。

并且具有如下效果：即使没有用于均匀照明元件的亮度分布的棱镜片(Prism sheet)等扩散板的构成，也可提高背光照明（backlighting）的亮度，从而提高通过节省制造成本而带来的经济性。

附图说明

图1a是表示根据现有技术的平面光源装置的第一例的概略图。

图1b是表示根据现有技术的平面光源装置的第二例的概略图。

图1c是表示根据现有技术的平面光源装置的第三例的概略图。

图2是表示根据现有技术的平面光源装置的第四例的概略图。

图3是表示根据现有技术的平面光源装置的将光照射至非照明部件的光的强度分布的曲线图。

图4是表示为了解决根据现有技术的第一例至第四例的问题，将照明元件的光扩散为广角的状态的照明元件的光所出射的方向的概略图。

图5是表示通过根据现有技术的光学透镜，照明元件的光变换为广角后扩散的过程中，离光轴越近，则光量越加减少，从而表现出亮度分布不均匀的概略图。

图6是表示根据本发明的第一实施例的光学透镜的立体图。

图7是表示对根据本发明的第一实施例的光学透镜的要点进行放大的截面图。

图8是表示根据本发明的第一实施例的光学透镜的截面图。

图9是表示透射根据本发明的实施例的光学透镜的照明元件的光不产生折射，且直线前进状态的图。

图10是表示根据本发明的第二实施例的光学透镜的立体图。

图11是表示对根据本发明的实施例的光学透镜的要点进行放大的截面图。

图12是表示根据本发明的第三实施例的光学透镜的立体图。

图13是表示对根据本发明的第三实施例的光学透镜的要点进行放大的截面图。

图14是表示透射根据本发明的实施例的光学透镜的照明元件的光不产生折射，且直线前进状态的图。

图15是表示对图14的要点进行放大的图，表示透射根据本发明的实施例的光学透镜的光不产生折射，且直线前进透射折射防止部的直交的扁平的面的状态的放大图。

具体实施方式

使用于本说明书及请求范围的术语或单词不限定解释为一般的或词典的意义，并且发明人为了将其本人的发明以最佳的方法进行说明，本着能够将术语的概念进行恰当定义的原则，从而必须理解为符合本发明的技术思想的意义和概念。

以下，参照图6至15，对根据本发明的优选实施例的光学透镜进行说明。

光学透镜又被称为光学元件或光束控制部件，并且具有将照明元件所照射的光扩散为广角的作用。

光学透镜与照明元件一起被称为照明装置，并且用作液晶显示面板等的显示器装置的背光照明装置。

根据本发明的光学透镜将照明元件的光扩散为广角，并且具有如下技术特征：在照明元件的光扩散为广角的过程中，相对于靠近光量可减少的光轴的部位光量不减少，从而可均匀非照明部件的亮度分布。

此时，光轴是指位于光的立体出射光束的中心的光的前进方向，上述光从照明元件出射。

由此，通过光学透镜可提高所出射的光的亮度。

光学透镜虽然优选地形成为以光轴为中心旋转对称的形状，但是对于照明元件，不需要一定为旋转对称。换句话说，照明元件也可形成为直六面体的形状。

此时，光学透镜的材料优选为光透射性好的热塑性的树脂。

例如，优选地，光学透镜的材料提供为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、环氧树脂（epoxy resin）等透明树脂或透明玻璃等。

此时，光学透镜的折射率通常提供为1.45以上，1.65以下。

如图6至图8所示，光学透镜有以下构成：作为内表面的入射面100、作为外表面的出射面200、连接入射面100和出射面200的底面300、形成于出射面的折射防止部400。

入射面100为了将照明元件500所出射的光透射光学透镜，形成于最开始入射的部位，且光学透镜的内侧。

此时，如图8所示，入射面100的截面形状与光轴L垂直交叉，在光轴L附近轮廓线的倾斜变化较大，并且从光轴L分离的部分中轮廓线的变化不大，因此上述入射面100形成有凹陷的凹陷部。

此时，入射面100的截面形状类似于梵钟的形状。

接下来，出射面200是通过入射面100入射至光学透镜内部的光透射光学透镜后出射至外部的部位，并且形成有光学透镜的表面。

此时，出射面200的截面形状形成为如下形状：在光轴L附近的轮廓线的倾斜与光轴L大略垂直，倾斜变化较小，并且从光轴L分离的部分中，轮廓线的倾斜变化变大的同时，逐渐向与光轴L平行的方向变化。

此外，出射面200中的光轴L附近的形状形成为凹陷的形状，但并不限于此。

换句话说，光学透镜中，入射面100和出射面200两面全部对光的方向进行变化，因此光轴L附近的形状不受限定，并且将光轴L附近的形状可形成为凸出。

接下来，折射防止部400的作用在于，使得照明元件500的光不产生折射，而直线前进，上述照明元件的光通过入射面100透射至出射面200。

其为了使得对非照明部件的光轴L附近的光量减少进行最小化。

如图9所示，光学透镜的特性上，照明元件500所照射的光通过入射面100入射至光学透镜的内部的同时，形成的广角(θ2)大于从照明元件500至入射面100的广角(θ1)，并且出射面200和通过上述出射面200所出射的广角(θ4)大于入射至光学透镜的内部的光和出射面200形成的广角(θ3)，此为光的折射现象所致。

上述技术特性提出于“韩国登记专利10-0977336号”及“韩国登记专利10-0971639号”，在此省略详细说明。

另外，如上所述，透射光学透镜的光扩散的同时，光轴L附近的光量减少，透射光轴L附近的出射面300的光不产生折射，且按照光学透镜的内部入射角进行前进，由此如图9及图14所示，可对光轴L附近的光量减少进行最小化。

具有上述技术特征的折射防止部400形成于出射面200的光轴L附近，并且从出射面200凸出形成为一体。

此时，折射防止部400从出射面200的中央向同心圆方向形成。

此时，如图9所示，优选地，形成于出射面200上的折射防止部400的最大形成范围为，从照明元件500所出射至入射面100的光中相当于一半的光的角度a，至上述光折射至光学透镜内部的入射角b间的出射面200面积的20%范围内。

上述范围为通过光学透镜的照明元件500的光扩散时，光量的减少实现最多的范围，在上述部位形成折射防止部400，从而通过出射面200的光通过折射防止部400透射的过程中，不产生折射而是直线前进。

由此，对非照明部件的光量减少进行最小化，从而可提高光的亮度。

另外，如图6至图8所示，折射防止部400的形状可形成为圆周形状。

其作为本发明的第一实施例而提出。

如上所述，根据本发明的第一实施例的折射防止部400从出射面200的中央向同心圆方向形成为圆周形状。

换句话说，折射防止部400形成为类似于木框的形状。

此时，如上所述，折射防止部400的最大形成范围为，从相当于照明元件500所出射至入射面100的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光学透镜内部的入射角b间的出射面200面积的20%范围内。

此外，如图15所示，折射防止部400的表面形成直交面410，上述直交面相对于通过入射面100所入射的光的前进方向，即相对于光线进行直交。

换句话说，通过入射面100所入射的光通过出射面200所出射的过程中，通过圆形（round）形状的出射面200时，光虽然产生折射，但是光随着通过形成折射防止部400表面一侧的的直交面400，可不产生折射而按照直线前进。

其科学原理在于，直线前进的光，在通过相对于上述光的前进方向直交的面时，上述光不产生折射而直线前进。

此时，优选地折射防止部400的截面形状虽然形成为三角形状，但并不限定此。

上述折射防止部400中，相对于通过入射面100的光直交，换句话说，可形成直角表面的形状。

并且，如图10及图11所示，折射防止部400的形状也可形成为圆锥形状。

其作为本发明的第二实施例而提出。

如上所述，根据本发明的第二实施例的折射防止部400形成为圆锥形状，并且从出射面200的中央向出射面200的边缘方向形成为多个。

换句话说，形成为圆锥形状的折射防止部400的表面是从顶点向出射面200倾斜形成的母线的集合，因此圆锥形状的表面任何一个母线可形成有相对于通过入射面100所入射的光的前进方向相交的支点，从而通过上述折射防止部400所出射的众多的光中的任何一个不产生折射而直线前进。

另外，如上所述，此时折射防止部400的最大形成范围为，从相当于照明元件500所出射至入射面100的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光学透镜内部的入射角b间的出射面200面积的20%范围内。

并且，如图12及图13所示，折射防止部400的形状形成为从出射面200凸出形成的点（dot）形状，并且点的纵截面形状形成为三角形状。

其作为本发明的第三实施例而提出。

此时，折射防止部400从出射面的中央向出射面200的边缘形成为多个，并且如上所述，其最大形成范围为，从相当于照明元件500所放出至入射面200的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光学透镜内部的入射角b间的出射面200面积的20%范围内。

此时，折射防止部400的表面也形成直交面410，其相对于通过入射面100所入射的光的前进方向进行直交，因此通过上述折射防止部400的直交面410所出射的光不产生折射而是按照光的前进方向直线前进。

如上所述，对光学装置的光的扩散进行说明，上述光学装置设置有光学透镜，上述光学透镜形成有折射防止部400。

光学透镜的下方设置有照明元件500，并且照明元件500向入射面100散发光。

此时，光通过入射面100向光学透镜的内部折射的同时入射。

此后，如图14所示，光通过出射面200向光学透镜的外侧出射，通过未形成有折射防止部400的出射面200所出射的光再次产生折射，从而对光进行扩散，并且通过形成有折射防止部400的部位所出射的光通过上述折射防止部400不产生折射而按照直线出射。

换句话说，透射折射防止部400的直交面410的光，不产生折射而按照直线向上前进，从而出射，由此可对光轴L部位的光量减少进行最小化，上述直交面相对于光的前进方向直交。

如目前为止所述，根据本发明的光学透镜的技术特征在于，在出射面200人为地一体形成多个折射防止部400。

换句话说，对照明元件500所照明的光进行扩散的过程中，作为光量减少部位的光学透镜的光轴L部位形成有多个折射防止部400，从而透射上述折射防止部400的光不产生折射而向上方按照直线前进，上述多个折射防止部400具有相对于通过入射面所入射的光进行直交的直交面410。

由此，可对于光学透镜的光轴L部位的光量减少进行最小化，因此可均匀对于非照明部件的亮度分布，并且可提高光的亮度。

以上，对本发明所记载的具体例进行了详细说明，但是对于所属技术领域的人员来说明确的是，在本发明的技术思想范围内可进行多种变形及修正，并且上述变形及修正必然属于所附专利请求范围。

标号说明

100：入射面 200：出射面

300：底面 400：折射防止部

410：直交面 500：照明元件

L：光轴

Claims

1.一种光学透镜，其特征在于，包括：

凹陷部，其用于接收照明元件（500）的光；

入射面（100），其形成有凹陷部并入射有照明元件（500）的光；

出射面（200），其用于出射通过入射面（100）所入射的光，

上述出射面（200）形成有折射防止部（400），上述折射防止部从出射面（100）凸出形成为一体，从而对通过出射面（200）所出射的光轴（L）附近的光不进行折射而直线前进，

并且出射有光的折射防止部（400）的表面包括有直交面（410），其相对于通过入射面（100）所入射的光的前进方向进行直交，

通过折射防止部（400）的直交面（410）所出射的光不产生折射，沿着通过入射面（100）所入射的方向直线前进而出射。

2.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于：

上述折射防止部（400）的最大形成范围为，

从相当于照明元件（500）放出至入射面（100）的光中一半的光的角度（a），至上述光折射至光学透镜内部的入射角（b）间的出射面200面积的20%范围内。

3.根据权利要求1或2所述的光学透镜，其特征在于：

上述折射防止部（400）以出射面（200）的光轴（L）为中心，向同心圆方向形成为多个圆周形状。

4.一种光学透镜，其特征在于，包括：

凹陷部，其用于接收照明元件（500）的光；

出射面（200），其用于出射通过入射面（100）所入射的光，

并且上述折射防止部（400）形成为圆锥形状，上述圆锥形状具有相对于通过入射面（100）所入射的光的前进方向进行直交的任何一个母线，并且上述折射防止部（400）在出射面（200）形成为多个。

5.根据权利要求1或2所述的光学透镜，其特征在于：

上述折射防止部（400）以出射面（200）的光轴（L）为中心，形成为多个点（dot）形状，

并且，上述点（dot）的纵截面形成为三角形状，上述三角形状具有相对于通过入射面（100）所入射的光的前进方向直交的直交面（410）。