JP2013077830A - 発光ダイオード及びそのレンズ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として使用するバックライトが、光を均一に分散させる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１中央曲面と、を有する第１レンズと、前記第１レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、前記発光チップの表面の任意の地点から前記第１中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第１中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、前記第１レンズの底面の中央に空洞が形成されており、前記発光チップを覆っており、前記第１レンズの中央空洞の内部に形成されている第２レンズをさらに含むことを特徴とする、発光ダイオードを提供する。
【選択図】図１７

Description

本発明は、表示装置用光源に関する。
コンピュータのモニターやＴＶなどに使用される表示装置には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＥＬ、真空蛍光表示装置、電界発光素子、プラズマ表示装置などのよう自らが発光するものと、液晶表示装置などのように自ら発光せずに別途の光源を必要とするものとがある。
一般的な液晶表示装置は、電界生成電極が形成されている二つの表示板と、その間に注入されている誘電率異方性を有する液晶層とを含む。電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、電圧を変化させて電場の強さを調節することにより、液晶層を通過する光の透過率を調節して、所望の画像を表示する。
この時の光は、別途に形成された人工光源が提供する光であっても自然光であってもよい。
液晶表示装置用の人工光源であるバックライト装置は、光源として、ＣＣＦＬ（cold cathode fluorescent lamp）やＥＥＦＬ（external electrode fluorescent lamp）などのようないくつかの蛍光ランプや、複数の発光ダイオードを使用する。
特に発光ダイオードは、水銀を使用しないので環境に優しく、機構的に安定して寿命が長いなどの長所がある。そのため、次世代バックライト装置の光源として注目されている。
ところが、発光ダイオードは光が狭い領域に集中して発散する傾向がある。従って、これを面光源に適用するためには、光が広い領域に均一に分散されるようにしなければならない。
そこで、本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として使用するバックライトが、光を均一に分散させる技術を提供することを目的とする。
底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１中央曲面と、を有する第１レンズと、
前記第１レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
前記発光チップの表面の任意の地点から前記第１中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第１中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、
前記第１レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
前記発光チップを覆っており、前記第１レンズの中央空洞の内部に形成されている第２レンズをさらに含むことを特徴とする、発光ダイオードを提供する。
屈折率がｎである物質からなり、底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１次中央曲面と、前記第１次中央曲面から延長された第１最中央曲面と、を有する第１レンズと、
前記第１レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
前記発光チップ表面の任意の地点から前記第１次中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第１次中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、
前記第１最中央曲面は、前記第１レンズの中心軸に対して対称に形成され、前記第１次中央曲面と逆側に凸であり、
前記第１レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
前記発光チップを覆っており、前記第１レンズの中央空洞の内部に形成されている第２レンズをさらに含むことを特徴とする、発光ダイオードを提供する。
底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１中央曲面を有するレンズと、
前記レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
前記第１中央曲面と前記第１周辺曲面の境界には凹凸が形成されており、
前記発光チップ表面の任意の地点から前記第１中央曲面の輪郭面における任意の地点までの距離は、前記第１中央曲面の輪郭面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させることを特徴とする、発光ダイオードを提供する。
屈折率がｎである物質からなり、底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された次中央曲面と、前記次中央曲面から延長された最中央曲面と、を有するレンズと、
前記レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
前記最中央曲面と前記次中央曲面の境界及び前記次中央曲面と前記第１周辺曲面の境界には凹凸が形成されており、
前記発光チップの表面の任意の地点から前記次中央曲面の内部の輪郭面における任意の地点までの距離は、前記次中央曲面の輪郭面の前記任意の地点の曲率半径より短く、
前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、
前記最中央曲面は、前記発光ダイオード用レンズの中心軸に対して対称に形成され、前記次中央曲面と逆側に凸であることを特徴とする、発光ダイオードを提供する。
本発明によると、発光ダイオードの発光立体角を広くすることができる。そのため、液晶表示装置用バックライトで白色光を形成するための混色区間と、均一な面光を形成するための均分散区間と、を減少させることができる。したがって、液晶表示装置の薄型・軽量化に寄与することができる。
本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図。 本発明の一実施例による液晶表示装置の分解斜視図。 本発明の一実施例による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図。 本発明の一実施例による発光ダイオード（ＬＥＤ）の透視図。 図４の発光ダイオードの垂直断面図。 図４の発光ダイオード用レンズの表面での光の屈折を説明するための参考図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの透視図。 図７の発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの透視図。 図１１の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 図１１の実施例による発光ダイオード用レンズの表面での光の屈折を説明するための参考図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図。 本発明の様々な実施例による発光ダイオードが発散する光の立体角によるフラックスを示すグラフ。
添付した図面を参考にして、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。
図面では、複数の層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全体を通じて類似した部分については、同一な図面符号を付けた。層、膜、領域、基板、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。
まず、本発明の実施例による表示装置用光源について、添付した図面を参考にして詳細に説明する。
＜液晶表示装置の構成＞
図１は、本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図である。図２は、本発明の一実施例による液晶表示装置の分解斜視図である。図３は、本発明の一実施例による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。
図１に示すように、本発明の一実施例による液晶表示装置は、液晶表示板組立体３００と、これに連結されているゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００と、データ駆動部５００に連結されている階調電圧生成部８００と、液晶表示板組立体３００に光を照射する光源部９１０と、光源部９１０を制御する光源駆動部９２０と、これらを制御する信号制御部６００と、を含む。
一方、図２に示したように、本発明の一実施例による液晶表示装置を構造的に見ると、液晶表示装置は、表示部３３０及びバックライト部３４０を含む液晶モジュール３５０と、液晶モジュール３５０を収容して固定する前面及び後面シャーシ３６１、３６２と、モールドフレーム３６３、３６４と、を含む。
表示部３３０は、液晶表示板組立体３００と、これに付着されたゲートテープキャリアパッケージ４１０及びデータテープキャリアパッケージ５１０と、当該テープキャリアパッケージ４１０、５１０に付着されているゲート印刷回路基板４５０と、データ印刷回路基板５５０と、を含む。
液晶表示板組立体３００は、図２及び図３に示したように、構造的に見ると、下部表示板１００と、上部表示板２００と、これら２つの表示板の間に注入されている液晶層３と、を含む。そして、図１及び図３に示したように、等価回路で見ると、液晶表示板組立体３００は、複数の表示信号線（Ｇ１−Ｇｎ、Ｄ１−Ｄｍ）と、これに連結されほぼ行列形態に配列されている複数の画素を含む。
表示信号線（Ｇ１−Ｇｎ、Ｄ１−Ｄｍ）は、下部表示板１００に形成されており、ゲート信号（“走査信号”ともいう）を伝達する複数のゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）と、データ信号を伝達する複数のデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）とを含む。ゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）はほぼ行方向に延長され互いにほぼ平行である。データ線（Ｄ１−Ｄｍ）はほぼ列方向に延長され互いにほぼ平行である。
各画素は、表示信号線（Ｇ１−Ｇｎ、Ｄ１−Ｄｍ）に連結されているスイッチング素子（Ｑ）と、これに連結された液晶キャパシタ（ＣLC）と、維持キャパシタ（ＣST）とを含む。維持キャパシタ（ＣST）は、必要に応じて省略することができる。
薄膜トランジスタなどのスイッチング素子（Ｑ）は、下部表示板１００に形成されており、三端子素子である。その三端子のうち制御端子及び入力端子は各々ゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）及びデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に連結されており、出力端子は液晶キャパシタ（ＣLC）及び維持キャパシタ（ＣST）に連結されている。
液晶キャパシタ（ＣLC）は、下部表示板１００の画素電極１９０と上部表示板２００の共通電極２７０とを二端子とし、二つの電極１９０、２７０の間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９０はスイッチング素子（Ｑ）に連結されている。共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成されており、共通電圧（Ｖｃｏｍ）の印加を受ける。図３とは異なって、共通電極２７０は下部表示板１００に形成されていてもよい。この時には、二つの電極１９０、２７０のうちの少なくとも一つが線状または棒状に形成される。
維持キャパシタ（ＣST）は、液晶キャパシタ（ＣLC）の補助的役割を果たす。維持キャパシタ（ＣST）は、下部表示板１００に形成された別途の信号線（図示せず）と画素電極１９０との間に絶縁体を隔て、別途の信号線及び画素電極９０が重畳して形成されている。この別途の信号線には共通電圧（Ｖｃｏｍ）などの決められた電圧が印加される。しかし、維持キャパシタ（ＣST）は、画素電極１９０が絶縁体を媒介として真上の前段ゲート線と重畳して形成されることもできる。
一方、色表示を行うために、各画素が三原色のうちの一つを固有に表示したり（空間分割）、各画素が時間によって交互に三原色を表示するようにして（時間分割）、これら三原色の空間的、時間的合計によって所望の色相が認識されるようにする。図３には、空間分割の一例として、各画素が画素電極１９０に対応する上部表示板２００の領域に赤色、緑色、または青色のカラーフィルター２３０を形成している。また、図３とは異なって、カラーフィルター２３０は、下部表示板１００の画素電極１９０上または下に形成されていてもよい。
図２で、バックライト部３４０は、光源体３４９と、導光板３４２と、複数の光学シート３４３と、反射板３４１と、モールドフレーム３６４と、を有する。光源体３４９は、液晶表示板組立体３００の下部に装着されていて、複数の発光ダイオード３４４が印刷回路基板３４５に実装され形成されている。導光板３４２は、組立体３００と発光ダイオード３４４との間に位置して発光ダイオード３４４からの光を組立体３００に分散させる。反射板３４１は、印刷回路基板３４５の上部に位置して発光ダイオード３４４の発光部を突出させる複数の孔を有し、発光ダイオード３４４からの光を組立体３００側に反射させる。モールドフレーム３６４は、反射板３４１と導光板３４２との間に装着され光源体３４９と導光板３４２と間の距離を一定に維持し、導光板３４２及び光学シート３４３を支持する。
光源として使用される発光ダイオード（ＬＥＤ）３４４は、白色光を発散する白色発光ダイオードを使用することができ、赤色、緑色、及び青色発光ダイオードを混合配置して使用することもできる。または、白色発光ダイオードに赤色発光ダイオードなどを補助的に使用することもできる。これら発光ダイオードが所定の形態で印刷回路基板３４５上に配列されて光源体３４９を形成する。
図２に示した光源体３４９の個数は３個であるが、その数は要求される輝度及び液晶表示装置の画面の大きさなどに応じて増減することができる。
液晶表示板組立体３００の二つの表示板１００、２００の外側面には、光源体３４９から発散される光を偏光させる偏光子（図示せず）が付着されている。
また、階調電圧生成部８００は、データ印刷回路５５０に形成されており、画素の透過率に関する二組の複数階調電圧を生成する。二組のうちの一組は共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して正の値を有し、他の一組は共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して負の値を有する。
ゲート駆動部４００は、集積回路（ＩＣ）チップの形態で各ゲートテープキャリアパッケージ４１０上に装着されており、液晶表示板組立体３００のゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に連結されている。外部からゲートオン電圧（Ｖｏｎ）及びゲートオフ電圧（Ｖｏｆｆ）を受けると、これらの電圧を組み合わせてゲート信号を生成し、生成したゲート信号をゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に印加する。
データ駆動部５００は、集積回路（ＩＣ）チップの形態で各データテープキャリアパッケージ５１０上に装着されており、液晶表示板組立体３００のデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に連結されている。そして、階調電圧生成部８００からの複数の階調電圧の中からデータ電圧を選択し、選択したデータ電圧をデータ線（Ｄ１−Ｄｍ）に印加する。
また、本発明の他の実施例によると、ゲート駆動部４００またはデータ駆動部５００は、集積回路（ＩＣ）チップの形態で下部表示板１００上に装着される。また、集積回路（ＩＣ）チップは、これに限定されることはなく、下部表示板１００に他の素子などと共に集積されてもよい。これらの場合、ゲート印刷回路４５０またはゲートテープキャリアパッケージ４１０は省略することができる。
信号制御部６００は、そして、データ印刷回路５５０またはゲート印刷回路４５０に装着されており、ゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００などの動作を制御する。
＜液晶表示装置の表示動作＞
次に、このような液晶表示装置の表示動作について詳細に説明する。
信号制御部６００は、外部のグラフィック制御器（図示せず）から入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の表示を制御する入力制御信号の印加を受ける。ここで、入力制御信号とは、例えば垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、メインクロック信号（ＭＣＬＫ）、及びデータイネーブル信号（ＤE）などである。信号制御部６００は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）及び入力制御信号に基づいて映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を液晶表示板組立体３００の動作条件に合うように適切に処理し、ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）及びデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）などを生成する。そして、信号制御部６００は、生成したゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）をゲート駆動部４００に印加し、データ制御信号（ＣＯＮＴ２）及び処理した映像信号（ＤＡＴ）をデータ駆動部５００に印加する。
ゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）は、フレームの開始を知らせる垂直同期開始信号（ＳＴＶ）と、ゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の出力時期を制御するゲートクロック信号（ＣＰＶ）と、ゲートオン電圧（Ｖｏｎ）の持続時間を限定する出力イネーブル信号（ＯＥ）等と、を含む。
データ制御信号（ＣＯＮＴ２）は、映像データ（ＤＡＴ）の送信開始を知らせる水平同期開始信号（ＳＴＨ）と、データ線（Ｄ１−Ｄｍ）にデータ電圧の印加を指示するロード信号（ＬＯＡＤ）と、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対するデータ電圧の極性（以下、「共通電圧に対するデータ電圧の極性」を略して「データ電圧の極性」とする）を反転させる反転信号（ＲＶＳ）と、データクロック信号（ＨＣＬＫ）等と、を含む。
データ駆動部５００は、信号制御部６００からのデータ制御信号（ＣＯＮＴ２）に基づいて一つの行の画素に対する映像データ（ＤＡＴ）を順次に受信してシフトする。そして、データ駆動部５００は、階調電圧生成部８００からの階調電圧のうち各映像データ（ＤＡＴ）に対応する階調電圧を選択し、映像データ（ＤＡＴ）を当該データ電圧に変換した後、これを当該データ線（Ｄ１−Ｄｍ）に印加する。
ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号（ＣＯＮＴ１）によってゲートオン電圧（Ｖｏｎ）をゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に印加し、このゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に連結されたスイッチング素子（Ｑ）をオンさせる。これにより、データ線（Ｄ１-Ｄｍ）に印加されたデータ電圧を、オンされたスイッチング素子（Ｑ）を通じて当該画素に印加する。
画素に印加されたデータ電圧と共通電圧（Ｖｃｏｍ）との差は、液晶キャパシタ（ＣLC）の充電電圧、つまり画素電圧として現れる。液晶分子は、画素電圧の大きさによってその配列を変化させる。
光源駆動部９２０は、光源部９１０に印加される電流を制御して、光源部９１０を構成する発光ダイオード３４４を点滅させ、その明るさを制御する。このような光源駆動部９２０の動作によって、発光ダイオード３４４から発散された光は、液晶層３を通過しながら液晶分子の配列によって偏光が変化する。このような偏光の変化は、偏光子によって光の透過率変化として現れる。
ここで、水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、データイネーブル信号（ＤE）、ゲートクロック信号（ＣＰＶ）の一周期を１水平周期（または１Ｈ）と定義する。この１水平周期が経過すると、データ駆動部５００及びゲート駆動部４００は、次の行の画素に対して同じ動作を繰り返す。このような方式で、１フレームの間に全てのゲート線（Ｇ１−Ｇｎ）に対して順次にゲートオン電圧（Ｖｏｎ）を印加して、全ての画素にデータ電圧を印加する。１フレームが終わると、次のフレームが始まる。すると、各画素に印加されるデータ電圧の極性が直前のフレームでの極性と反対になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号（ＲＶＳ）の状態が制御される。これをフレーム反転という。この時、１フレーム内でも、反転信号（ＲＶＳ）の特性によって一つのデータ線を通じて流れるデータ電圧の極性が変わったり（行反転、ドット反転）、一つの行の画素に印加されるデータ電圧の極性も互いに異なることがある（列反転、ドット反転）。
＜発光ダイオードの一実施例＞
以下より、本発明の一実施例による光源部９１０、即ち、バックライト装置を構成する発光ダイオードについて、図４、図５、及び図６を参考にして詳細に説明する。
図４、は本発明の一実施例による発光ダイオード（ＬＥＤ）の透視図である。図５は、図４の発光ダイオードの垂直断面図である。図６は、図４の発光ダイオード用レンズの表面での光の屈折を説明するための参考図である。
図４及び図５に示されているように、発光ダイオード３４４は、発光チップ４及びレンズを含む。レンズは、底面３１と、底面から延長された周辺曲面２（第１周辺曲面に相当）と、周辺曲面２から延長された中央曲面（第１中央曲面に相当）１を有する透明な誘電体である。レンズの底面３１には、発光チップ４を収容するためのチップ溝が形成されている。レンズの中央曲面１は、発光チップ４から見るとふくらんだ形状を有し、発光チップ４の中心から垂直方向にのびたレンズ軸を中心に対称をなすのが好ましい。また、発光チップ４の発光面の任意の地点からレンズの中央曲面１の任意の地点までの距離は、レンズの中央曲面１の当該任意の地点の曲率半径よりも常に短い。これを、以下より“第１曲率半径条件”という。これは、発光チップ４が発散する光をより広い領域に均一に分散させるためである。レンズだけを基準にする場合には、底面の中心からレンズの中央曲面１の任意の地点までの距離が、常にレンズの中央曲面１の当該任意の地点の曲率半径より短くなるようにレンズを形成するのが好ましいこれを、以下より “緩和された第１曲率半径条件”という。または、レンズ底面の中心からレンズの中央曲面１の任意の地点をつなぐ直線がレンズの中心軸となす角度のうちの鋭角が、レンズの中央曲面１の該当任意の地点での法線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角より、常に大きくなるようにレンズを形成する。これを、以下より “第１光拡散条件”という。
レンズの周辺曲面２はレンズの大きさを縮小すると同時に、レンズの側面方向に過度に傾いた経路を有する光の進行方向を屈折させてレンズの上側方向に進行するようにするために、レンズの側面を鋭く切り出すことによって形成された面である。しかし、必要に応じては、レンズの周辺曲面２も、第１曲率半径条件や光拡散条件を満たすようにして、周辺曲面２を省略し、中央曲面１を底面３１に達するまで延長してレンズを形成することもできる。
レンズの中央曲面１及び周辺曲面２の境界では、曲率半径の変化が中央曲面１や周辺曲面２より急激で、曲率半径が不連続的な場合もある。しかし、曲率半径が不連続的な部分があると、光の分布にも不連続的な部分が発生するので、中央曲面１及び周辺曲面２の境界でも曲率半径の変化が連続的になるように角部を整えるのが好ましい。中央曲面１及び周辺曲面２の境界は発光チップ４の光発散分布によって調整するのが好ましいがチップ溝の中心から境界までの線と底面３１とのなす角度（立体角）が約２０度から５０度の間であるように境界の位置を調整するとよい。つまり、発光チップ４が発散する光は、約２０度から５０度の間の所定の角度を境界としてそれよりも中央曲面側に集中する。約２０度から５０度の間の所定の角度を境界としてそれよりも底面３１側へは、発光チップ４からの光の分布は微弱である。そのため、光が集中する領域にのみ、レンズの中央曲面１が置かれるようにレンズを形成する。
第１曲率半径条件や光拡散条件を満たすようにレンズを形成すると、発光チップ４が発散する光は、レンズの中央曲面１で常にレンズの中心軸から遠い方向に屈折する。これを図６を参照して説明する。
レンズが第１曲率半径条件や光拡散条件を満たす場合、図６に示したように、光線の波面がレンズの中央曲面１とぶつかる時、光線の波面のうちレンズの中心軸に近い方がまずレンズを脱出して空気中に入射するようになる。ここで、レンズの内側に比べて空気中は光の進行速度が速い。すると、空気中にまず入射した光線の波面とレンズの内部にまだ残っている光線の波面との進行速度の差により、光がレンズの中心軸から遠くなる方向に屈折する。
＜発光ダイオードの他の実施例＞
図７は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの透視図である。図８は、図７の発光ダイオードの垂直断面図である。
図７及び図８の実施例による発光ダイオードは、図４及び図５の発光ダイオードに比べて、レンズの内部に底面３１から湾入して形成された中央空洞を有し、発光チップ４をレンズの底面３１に固定するための支持体７をさらに含む。
中央空洞は、レンズの内部表面である周辺曲面６及び中央曲面５によって形成される。中央空洞の中央曲面５は、発光チップ４から見るとふくらんだ形状を有し、発光チップ４の中心から垂直方向にのびた中心軸を中心に対称をなすのが好ましい。また、発光チップ４の発光面の任意の地点から中央空洞の中央曲面５の任意の地点までの距離は、レンズの中央曲面５の当該任意の地点の曲率半径よりも常に長い。これを以下より “第２曲率半径条件”という。これは、発光チップ４が発散する光をより広い領域に均一に分散させるためである。レンズだけを基準にする場合には、レンズ底面の中心から中央空洞の中央曲面５の任意の地点までの距離が、常に中央空洞の中央曲面５の当該任意の地点の曲率半径より長くなるようにレンズを形成するのが好ましい。以下より、これを緩和された第２曲率半径条件”という。または、レンズ底面の中心からレンズの中央空洞の中央曲面５の任意の地点をつなぐ直線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角は、レンズの中央空洞の中央曲面５の該当任意の地点における法線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角より、常に小さくなるようにレンズを形成する。以下より、これを“第２光拡散条件”という。
また、チップ溝は中央空洞に含まれる。したがって、中央空洞には発光チップ４を固定するための支持体７が必要であり、支持体７は中央空洞の入口を密閉しない形態でレンズの底面３１に付着されるのが好ましい。中央空洞の入口を密閉する場合には、発光チップ４の駆動時に発生する熱によって空洞内の空気が膨脹して、支持体７及びレンズが分離されるためである。
中央空洞の中心曲面５が第２曲律半径条件または第２光拡散条件を満たすように中央空洞を形成する。すると、発光チップ４が発散する光が中央空洞の中央曲面５を通過した時に、光は、中央空洞の中央曲面５で常にレンズの中心軸から遠くなる方向に屈折する。
以上のように、中央空洞の中央曲面５では、光は空気からレンズに進行するので、レンズの中央曲面１とは反対の曲率半径条件または光拡散条件を満たすことによってのみ、光を分散させる効果を得ることができる。
図９は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。図９の発光ダイオードは、図４及び図５の発光ダイオードに比べて、レンズの中央曲面１及び周辺曲面２の一部に微細な凹凸８がさらに形成されている。凹凸８は光の分散をより均一にするためのものであって、中央曲面１だけでなく周辺曲面２全体に形成することもでき、中央曲面１及び周辺曲面２の境界にだけ部分的に形成することもできる。
図１０は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。図１０の発光ダイオードは、図７及び図８の発光ダイオードに比べて、レンズの中央曲面１及び周辺曲面２の境界に微細な凹凸８がさらに形成されている。凹凸８は光の分散をより均一にするためのものであって、中央曲面１及び周辺曲面２全体に形成することもでき、中央曲面１及び周辺曲面２の特定の部分にだけ部分的に形成することもできる。
前記図９及び図１０の実施例において、中央曲面１及び周辺曲面２に凹凸８が形成されていても、中央曲面１の輪郭面（凸部の最上地点を連結して形成される面）は、第１曲率半径条件及び緩和された第１曲率半径条件を満たすか、または第１光拡散条件を満たす。
図１１は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの透視図である。図１２は、図１１の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。図１３は、図１１の実施例による発光ダイオード用レンズの表面での光の屈折を説明するための参考図である。
図１１及び図１２に示されているように、発光ダイオードは、発光チップ１５及びレンズからなる。レンズは、底面１４と、底面から延長された周辺曲面１３と、周辺曲面１３から延長された次中央曲面１２と、次中央曲面１２から延長された最中央曲面１１と、を有する透明な誘電体である。レンズの底面１４には、発光チップ１５を収容するためのチップ溝が形成されている。
レンズの次中央曲面１２は、発光チップ１５から見るとふくらんだ形状を有しており、発光チップ１５の中心から垂直方向にのびた中心軸を中心に対称をなすのが好ましい。また、発光チップ１５の発光面の任意の地点からレンズの次中央曲面１２の任意の地点までの距離は、レンズの次中央曲面１２の当該任意の地点の曲率半径よりも常に短い（第１曲率半径条件）。これは、発光チップ１５が発散する光をより広い領域に均一に分散させるためである。レンズだけを基準にする場合には、レンズ底面の中心からレンズの次中央曲面１２の任意の地点までの距離は、レンズの次中央曲面１２の当該任意の地点の曲率半径より常に短くなるようにレンズを形成するのが好ましい（緩和された第１曲率半径条件）。または、レンズ底面の中心からレンズの次中央曲面１２の任意の地点をつなぐ直線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角は、レンズの次中央曲面１２の該当任意の地点での法線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角より、常に大きくなるようにレンズを形成する（第１光拡散条件）。
レンズの最中央曲面１１は、凹の形状を有しており、発光チップ１５の中心から垂直方向にのびた中心軸を中心に対称をなすのが好ましい。具体的には、最中央曲面１１は円錐の形状を有するように凹んでいる。また、レンズを構成する誘電体の屈折率をｎ、最中央曲面１１の任意の地点での接線がレンズの中心軸と交差して中心軸となす角のうち、発光ダイオード内部の内角（レンズに対向する方向の角、図１３を参照）をＡ１、発光チップ１５表面の中心及び最中央曲面１１の前記任意の地点を連結する直線がレンズの中心軸となす鋭角をＡ２とする時、最中央曲面１１は以下の式（１）の条件を満たすように形成される。
（数１）
Ａ１＋Ａ２＜９０＋ｓｉｎ-1（１/ｎ）・・・ （１）
最中央曲面１１がこのような条件を満たせば、発光チップ１５が発散する光は最中央曲面１１で屈折して分散されるのみであって、全反射は起こらない。したがって、大部分の光がレンズの最中央曲面１１及び次中央曲面１２を通じて上方向に分散されながら発散する。
このように、光のほとんどが反射しないで直接上方向に発散されるので、発光ダイオードが発散する光を効率的に利用することができる。
（最中央曲面形成の条件）
以下より、図１３を参考にして、式（１）の意味を説明する。
図１３で、発光チップ１５が発散した光のうちの最中央曲面１１の一つの地点に入射する光の入射角をＡｉ、屈折角をＡｒ、レンズの屈折率をｎとする時、式（２）のスネルの法則が成り立つ。
（数２）
ｓｉｎＡｒ／sｉｎＡｉ＝ｎ／１ ・・・ （２）
全反射が起こる場合は、Ａｒ＝９０°であるので、臨界入射角Ａｉは、
（数３）
ｓｉｎＡｉ＝１／ｎ ・・・ （３）
（数４）
Ａｉ＝ｓｉｎ-1（１／ｎ） ・・・ （４）
である。したがって、全反射が起こらない条件は、
（数５）
Ａｉ＜ｓｉｎ-1（１／ｎ） ・・・ （５）
である。
図１３で、三角形の内角の合計は１８０°であるので、
（数６）
Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＝１８０° ・・・ （６）
となり、図１３を参考にすると、
（数７）
Ａｉ＋Ａ３＝９０° ・・・ （７）
である。式（５）、（６）、（７）をＡ１及びＡ２に対し整理すると、式（１）が得られる。つまり、式（１）は発光チップ１５が発散した光が最中央曲面１１で全反射が起こらない条件である。
レンズの周辺曲面１３は、レンズの大きさを縮小すると同時に、レンズの側面方向に過度に傾いた経路を有する光の進行方向を屈折させてレンズの上側方向に進行するようにする。そのために、レンズの周辺曲面１３は、レンズの側面を鋭く切り出すことによって形成された面である。しかし、必要に応じては、レンズの周辺曲面１３も最中央曲面１１と同様に形成することもできる。即ち、発光チップ１５の発光面の任意の地点からレンズの周辺曲面１３の任意の地点までの距離が、常にレンズの周辺曲面１３の当該任意の地点の曲率半径より短くなるようにして、周辺曲面１３を省略し、次中央曲面１２を底面１４に達するまで延長してレンズを形成することもできる。
レンズの最中央曲面１１及び次中央曲面１２の境界と、次中央曲面１２及び周辺曲面１３の境界とでは、曲率半径の変化が最中央曲面１１、次中央曲面１２、または周辺曲面１３よりも急激で、曲率半径が不連続的な場合もある。しかし、曲率半径が不連続的な部分があると、光の分布にも不連続的な部分が発生してしまう。そのため、最中央曲面１１及び次中央曲面１２の境界と、次中央曲面１２及び周辺曲面１３の境界とでも曲率半径の変化が連続的になるように角部を整えるとよい。最中央曲面１１及び次中央曲面１２の境界と、次中央曲面１２及び周辺曲面１３の境界とは、発光チップ１５の光発散分布によって調整するのが好ましいが、次中央曲面１２及び周辺曲面１３の境界は、チップ溝の中心から境界までの線と底面１４とのなす角度が約２０度から５０度の間であるように境界の位置を調整するとよい。つまり、発光チップ１５が発散する光は、約２０度から５０度の間の所定の角度を境界としてそれよりも最中央曲面１１側に集中する。約２０度から５０度の間の所定の角度を境界としてそれよりも底面１４側へは、発光チップからの光の分布が微弱である。そのため、光が集中する領域にのみ、レンズの最中央曲面１１及び次中央曲面１２が置かれるようにレンズを形成する。
最中央曲面１１が式（１）を満たし、次中央曲面１２が第１曲率半径条件を満たすようにレンズを形成すると、発光チップ４が発散する光はレンズの最中央曲面１１及び次中央曲面１２で常にレンズの中心軸から遠くなる方向に屈折する。
図１４は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。
図１４の実施例による発光ダイオードは、図１１及び図１２の発光ダイオードに比べて、レンズの内部に底面１４から湾入して形成された中央空洞を有し、発光チップ１５をレンズの底面１４に固定するための支持体１８をさらに含む。
中央空洞は、レンズの内部表面である周辺曲面１７及び中央曲面１６によって形成される。中央空洞の中央曲面１６は、発光チップ１５から見ると凸にふくらんだ形状を有し、発光チップ１５の中心から垂直方向に形成された中心軸を中心に対称をなすのが好ましい。また、発光チップ１５の発光面の任意の地点から中央空洞の中央曲面１６の任意の地点までの距離は、レンズの中央曲面１６の当該任意の地点の曲率半径よりも常に長い（第２曲率半径条件）。これは、発光チップ１５が発散する光をより広い領域に均一に分散させるためである。レンズだけを基準にする場合には、レンズ底面の中心から中央空洞の中央曲面１６の任意の地点までの距離は、中央空洞の中央曲面１６の当該任意の地点の曲率半径より常に長くなるようにレンズを形成するのが好ましい（緩和された第２曲率半径条件）。または、レンズ底面の中心からレンズの中央空洞の中央曲面１６の任意の地点をつなぐ直線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角は、レンズの中央空洞の中央曲面１６の該当任意の地点での法線がレンズの中心軸となす角のうちの鋭角より、常に小さくなるようにレンズを形成する（以下、“第２光拡散条件”という）。
また、チップ溝は中央空洞に含まれる。したがって、中央空洞には、発光チップ１５を固定するための支持体１８が必要である。支持体１８は、中央空洞の入口を密閉しない形態でレンズの底面１４に付着されるのが好ましい。中央空洞の入口を密閉する場合には、発光チップ１５の駆動時に発生する熱によって空洞内の空気が膨脹して、支持体１８及びレンズが分離してしまうためである。
上記の条件で中央空洞を形成すると、発光チップ１５が発散する光は中央空洞の中央曲面１６で常にレンズの中心軸から遠くなる方向に屈折する。
図１５は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。
図１５の発光ダイオードは、図１１及び図１２の発光ダイオードに比べると、レンズの最中央曲面１１と次中央曲面１２と周辺曲面１３との一部に、微細な凹凸１９がさらに形成されている。凹凸１９は光の分散をより均一にする。凹凸１９は、最中央曲面１１だけでなく次中央曲面１２全体にも形成することができ、また最中央曲面１１及び次中央曲面１２の境界にだけ部分的に形成することもできる。
図１６は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。
図１６の発光ダイオードは、図１４の発光ダイオードに比べると、レンズの最中央曲面１１及び次中央曲面１２の境界と、次中央曲面１２及び周辺曲面１３の境界とに微細な凹凸１９、２０がさらに形成されている。凹凸１９、２０は、光の分散をより均一にする。この凹凸１９，２０は、最中央曲面１１、次中央曲面１２、及び周辺曲面１３全体に形成することができる。また、凹凸１９、２０は、最中央曲面１１、次中央曲面１２、及び周辺曲面１３の特定の部分にだけ部分的に形成してもよい。
上記の図１５及び図１６の実施例において、最中央曲面１１、次中央曲面１２、及び周辺曲面１３に凹凸１９、２０が形成されていても、次中央曲面１２の輪郭面（凸部の最上地点を連結して形成される面）は、第１曲率半径条件及び緩和された第１曲率半径条件を満たすか、または第１光拡散条件を満たしている。さらに、最中央曲面１１の輪郭面は、式（１）の条件を満たしている。
図１７は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。
図１７の発光ダイオードは、図７及び図８の発光ダイオード用レンズの中央空洞内に発光チップ４を覆う内側レンズ２００をさらに含む。内側レンズ２００の形状は、図４及び図５の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、底面、底面から延長された周辺曲面、周辺曲面から延長された中央曲面を有し、内側レンズの底面にはチップ溝が形成されている。この時、内側レンズの中央曲面も第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たす。また、内側レンズも、周辺曲面を省略し、中央曲面を底面に達するまで延長することもできる。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの表面、外側レンズの内部表面、及び外側レンズの外部表面で各々屈折が生じるため、より広い範囲に光を分散させることができる。
図１８は、本発明の他の実施例による発光ダイオードの垂直断面図である。
図１８の発光ダイオードは、図１４の発光ダイオードの中央空洞内に発光チップ１５を覆う内側レンズ２００をさらに含む。内側レンズ２００の形状は、図４及び図５の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、底面、底面から延長された周辺曲面、周辺曲面から延長された中央曲面を有し、内側レンズの底面にはチップ溝が形成されている。この時、内側レンズの中央曲面も第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たす。また、内側レンズも、周辺曲面を省略し、中央曲面を底面に達するまで延長することもできる。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの表面、外側レンズの内部表面、及び外側レンズの外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
図１７及び図１８の実施例では、内側レンズを図４及び図５の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有するようにしたが、内側レンズの形状は多様に変更することができる。以下では、そのような内側レンズの形状の多様な変形について見てみる。
図１９の発光ダイオードは、外側レンズ１０１及び内側レンズ４０１を有する。外側レンズ１０１は、図７及び図８の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有している。内側レンズ４０１は、外側レンズ１０１の中央空洞内に配置されており、中央空洞９を有する。発光チップ４は、内側レンズ４０１の中央空洞９内に配置される。内側レンズ４０１は、図７及び図８の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、内側レンズ４０１も、外部表面、中央空洞９を形成する内部表面、及び底面を有し、外部表面は周辺曲面及び第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たす中央曲面からなり、内部表面は周辺曲面及び第２曲率半径条件または第２光拡散条件を満たす中央曲面からなる。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの内部表面及び外部表面、及び外側レンズの内部表面及び外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
図２０の発光ダイオードは、外側レンズ３０１及び内側レンズ４０１を有する。外側レンズ３０１は、図１４の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有している。内側レンズ４０１は、外側レンズ３０１の中央空洞１６内に配置されており、中央空洞９を有する。発光チップ１５は、内側レンズ４０１の中央空洞９内に配置される。内側レンズ４０１は、図７及び図８の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、内側レンズ４０１も、外部表面、中央空洞９を形成する内部表面、及び底面を有し、外部表面は周辺曲面及び第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たす中央曲面からなり、内部表面は周辺曲面及び第２曲率半径条件または第２光拡散条件を満たす中央曲面からなる。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの内部表面及び外部表面、及び外側レンズの内部表面及び外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
図２１の発光ダイオードは、外側レンズ１０１及び内側レンズ６０１を有する。外側レンズ１０１は、図７及び図８の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有している。内側レンズ６０１は、外側レンズ１０１の中央空洞５内に配置されており、発光チップ４を覆っている。内側レンズ６０１は、図１１及び図１２の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、内側レンズ６０１は、底面、底面から延長された周辺曲面、周辺曲面から延長された次中央曲面、及び次中央曲面から延長された最中央曲面を有する透明な誘電体である。内側レンズ６０１の底面には発光チップ４を収容するためのチップ溝が形成されている。この時、内側レンズ６０１の次中央曲面は第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たし、最中央曲面は全反射が起こらない条件である式（１）を満たす。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの表面、外側レンズの内部表面、及び外側レンズの外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
図２２の発光ダイオードは、外側レンズ３０１及び内側レンズ６０１を有する。外側レンズ３０１は、図１４の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有している。内側レンズ６０１は、外側レンズ３０１の中央空洞１６内に配置されており、発光チップ１５を覆っている。内側レンズ６０１の形状は、図１１及び図１２の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、内側レンズ６０１は、底面、底面から延長された周辺曲面、周辺曲面から延長された次中央曲面、及び次中央曲面から延長された最中央曲面を有する透明な誘電体である。内側レンズ６０１の底面には発光チップ１５を収容するためのチップ溝が形成されている。この時、内側レンズ６０１の次中央曲面は第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たし、最中央曲面は全反射が起こらない条件である式（１）を満たす。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの表面、外側レンズの内部表面、及び外側レンズの外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
図２３の発光ダイオードは、外側レンズ１０１及び内側レンズ８０１を有する。外側レンズ１０１は、図７及び図８の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有している。内側レンズ８０１は、外側レンズ１０１の中央空洞５内に配置されていて、中央空洞２２を有する。
発光チップ４は、内側レンズ８０１の中央空洞２２内に配置される。内側レンズ８０１の形状は、図１４の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、内側レンズ８０１も、外部表面、中央空洞２２を形成する内部表面、及び底面を有し、外部表面は周辺曲面、第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たす次中央曲面、及び全反射が起こらない条件である式（１）を満たす最中央曲面からなり、内部表面は周辺曲面及び第２曲率半径条件または第２光拡散条件を満たす中央曲面からなる。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの内部表面及び外部表面、及び外側レンズの内部表面及び外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
図２４の発光ダイオードは、外側レンズ３０１及び内側レンズ８０１を有する。外側レンズ３０１は、図１４の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有している。内側レンズ８０１は、外側レンズ３０１の中央空洞１６内に配置されており、中央空洞２２を有する。発光チップ１５は、内側レンズ８０１の中央空洞２２内に配置される。内側レンズ８０１は、図１４の発光ダイオード用レンズと同一な形状を有する。つまり、内側レンズ８０１も、外部表面、中央空洞２２を形成する内部表面、及び底面を有し、外部表面は周辺曲面、第１曲率半径条件または第１光拡散条件を満たす次中央曲面、及び全反射が起こらない条件である式（１）を満たす最中央曲面からなり、内部表面は周辺曲面及び第２曲率半径条件または第２光拡散条件を満たす中央曲面からなる。
このような構造の発光ダイオードでは、内側レンズの内部表面及び外部表面、及び外側レンズの内部表面及び外部表面で各々屈折が起きて、より広い範囲に光を分散させることができる。
以上より、外側レンズ及び内側レンズを有する発光ダイオードの多様な構造について説明したが、これは例示にすぎず、他の多様な変形がありえる。例えば、外側レンズ及び内側レンズの表面全体または一部に、図９、図１０、図１５、または図１６に示したように凹凸を形成することもできる。
図２５は、本発明の様々な実施例による発光ダイオードが発散する光の発散角によるフラックス（flux）を示すグラフである。図２５に係る、Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、図４及び図５の実施例、図７及び図８の実施例、図１１及び図１２の実施例、図１４の実施例による各々の発光ダイオードが発散する光の立体角によるフラックスである。フラックスの測定位置は発光ダイオードの発光チップ上２０mmの地点である。
図２５より、図４及び図５の実施例、図７及び図８の実施例、図１１及び図１２の実施例、図１４の実施例の順に、光が広い領域に分散されることが分かる。
発光ダイオードの発光立体角が広ければ広いほど、液晶表示装置用バックライトで白色光を作るための混色区間（Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の発光ダイオードを使用する場合）及び均一な面光を形成するための均分散区間を減少させることができる。したがって、液晶表示装置の軽薄化に有利である。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も、本発明の権利範囲に属する。
１、５、１６ 中央曲面
２、６、１３、１７ 周辺曲面
１４、３１ 底面
３ 液晶層
４、１５ 発光チップ
７、１８ 支持体
８、１９、２０ 凹凸
９ 中央空洞
１１ 最中央曲面
１２ 次中央曲面
２２ 内側レンズ
１００ 下部表示板
１９０ 画素電極
２００ 上部表示板
２７０ 共通電極
３００ 液晶表示組立体
３３０ 表示部
３４０ バックライト部
３４１ 反射板
３４２ 導光板
３４３ 光学シート
３４４ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
３４５ ＰＣＢ基板
３４９ 光源体
３５０ 液晶モジュール
３６１ 前面シャーシ
３６２ 後面シャーシ
３６３、３６４ モールドフレーム
４００ ゲート駆動部
４１０ ゲートテープキャリアパッケージ（ゲートＴＣＰ）
４５０ ゲート印刷回路基板（ゲートＰＣＢ）
５００ データ駆動部
５１０ データテープキャリアパッケージ（データＴＣＰ）
５５０ データ印刷回路基板（データＰＣＢ）
６００ 信号制御部
８００ 階調電圧生成部
９１０ 光源部
９２０ 光源駆動部
１０１、３０１ 外側レンズ
４０１、６０１、８０１ 内側レンズ

Claims (26)

  1. 底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１中央曲面と、を有する第１レンズと、
    前記第１レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
    前記発光チップの表面の任意の地点から前記第１中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第１中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
    前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、
    前記第１レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記発光チップを覆っており、前記第１レンズの中央空洞の内部に形成されている第２レンズをさらに含むことを特徴とする、発光ダイオード。
  2. 前記空洞の内部表面は第２周辺曲面及び第２中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第２中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第２中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 前記第２レンズは、底面と、前記底面から延長された第３周辺曲面と、前記第３周辺曲面から延長された第３中央曲面と、を有し、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第３中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第３中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
  4. 前記第２レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記第２レンズの空洞の内部表面は第４周辺曲面及び第４中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第４中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第４中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項３に記載の発光ダイオード。
  5. 前記第２レンズは、底面と、前記底面から延長された第５周辺曲面と、前記第５周辺曲面から延長された次中央曲面と、前記次中央曲面から延長された最中央曲面と、を有し、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記次中央曲面の任意の地点までの距離は、前記次中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
    前記最中央曲面は、前記第２レンズの中心軸に対して対称に形成され、前記次中央曲面と逆側に凸であることを特徴とする、請求項１に記載の発光ダイオード。
  6. 前記第２レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記第２レンズの空洞の内部表面は第６周辺曲面及び第６中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第６中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第６中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項５に記載の発光ダイオード。
  7. 前記発光チップを支持し、前記第１レンズの底面に付着されて前記発光チップを前記第１レンズに固定するチップ支持体をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の発光ダイオード。
  8. 屈折率がｎである物質からなり、底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１次中央曲面と、前記第１次中央曲面から延長された第１最中央曲面と、を有する第１レンズと、
    前記第１レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第１次中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第１次中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
    前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、
    前記第１最中央曲面は、前記第１レンズの中心軸に対して対称に形成され、前記第１次中央曲面と逆側に凸であり、
    前記第１レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記発光チップを覆っており、前記第１レンズの中央空洞の内部に形成されている第２レンズをさらに含むことを特徴とする、発光ダイオード。
  9. 前記第１最中央曲面の任意の地点での接線が前記第１レンズの中心軸となす角のうち内角をＡ１とし、前記発光チップの表面の中心及び前記第１最中央曲面の前記任意の地点を連結する直線が前記第１レンズの中心軸となす鋭角をＡ２とすると、
    Ａ１＋Ａ２＜９０＋ｓｉｎ-1（１／ｎ）を満たすことを特徴とする、請求項８に記載
    の発光ダイオード。
  10. 前記空洞の内部表面は第２周辺曲面及び前記第２周辺曲面から延長された第１中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第１中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第１中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
  11. 前記第２レンズは、底面と、前記底面から延長された第３周辺曲面と、前記第３周辺曲面から延長された第２中央曲面と、を有し、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第２中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第２中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短いことを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
  12. 前記第２レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記第２レンズの空洞の内部表面は第４周辺曲面及び第３中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第３中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第３中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項１１に記載の発光ダイオード。
  13. 前記第２レンズは、底面と、前記底面から延長された第５周辺曲面と、前記第５周辺曲面から延長された第２次中央曲面と、前記第２次中央曲面から延長された第２最中央曲面と、を有し、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第２次中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第２次中央曲面の前記任意の地点の曲率半径より短く、
    前記第２最中央曲面は、前記第２レンズの中心軸に対して対称に形成され、前記第２次中央曲面と逆側に凸であることを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
  14. 前記第２レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記第２レンズの空洞の内部表面は第６周辺曲面及び第４中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第４中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第４中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項１３に記載の発光ダイオード。
  15. 前記発光チップを支持し、前記第１レンズの底面に付着され前記発光チップを前記第１レンズに固定するチップ支持体をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
  16. 前記第１最中央曲面は、円錐状に凹んでいることを特徴とする、請求項８に記載の発光ダイオード。
  17. 底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された第１中央曲面を有するレンズと、
    前記レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
    前記第１中央曲面と前記第１周辺曲面の境界には凹凸が形成されており、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第１中央曲面の輪郭面における任意の地点までの距離は、前記第１中央曲面の輪郭面の前記任意の地点の曲率半径よりも短く、
    前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させることを特徴とする、発光ダイオード。
  18. 前記レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記空洞の内部表面は第２周辺曲面及び第２中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記第２中央曲面の任意の地点までの距離は、前記第２中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項１７に記載の発光ダイオード。
  19. 前記発光チップを覆っており、前記レンズの中央空洞の内部に形成されている内側レンズをさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の発光ダイオード。
  20. 前記内側レンズは、底面と、前記底面から延長された周辺曲面と、前記周辺曲面から延長された中央曲面と、を有し、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記中央曲面の任意の地点までの距離は、前記中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短いことを特徴とする、請求項１９に記載の発光ダイオード。
  21. 屈折率がｎである物質からなり、底面と、前記底面から延長された第１周辺曲面と、前記第１周辺曲面から延長された次中央曲面と、前記次中央曲面から延長された最中央曲面と、を有するレンズと、
    前記レンズの下に配置されている発光チップと、を含む発光ダイオードであって、
    前記最中央曲面と前記次中央曲面の境界及び前記次中央曲面と前記第１周辺曲面の境界には凹凸が形成されており、
    前記発光チップの表面の任意の地点から前記次中央曲面の内部の輪郭面における任意の地点までの距離は、前記次中央曲面の輪郭面の前記任意の地点の曲率半径より短く、
    前記第１周辺曲面は、その表面から出射される光を前記レンズの中心軸側の上側方向に出射させ、
    前記最中央曲面は、前記発光ダイオード用レンズの中心軸に対して対称に形成され、前記次中央曲面と逆側に凸であることを特徴とする、発光ダイオード。
  22. 前記最中央曲面の任意の地点での接線が前記レンズの中心軸となす角のうち内角をＡ１とし、前記発光チップ表面の中心及び前記最中央曲面の前記任意の地点を連結する直線が前記レンズの中心軸となす鋭角をＡ２とすると、
    Ａ１＋Ａ２＜９０＋ｓｉｎ-1（１／ｎ）を満たすことを特徴とする、請求項２１に記載
    の発光ダイオード。
  23. 前記レンズの底面の中央に空洞が形成されており、
    前記空洞の内部表面は第２周辺曲面及び前記第２周辺曲面から延長された中央曲面からなり、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記中央曲面の任意の地点までの距離は、常に前記中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも長いことを特徴とする、請求項２１に記載の発光ダイオード。
  24. 前記発光チップを覆っており、前記レンズの中央空洞の内部に形成されている内側レンズをさらに含むことを特徴とする、請求項２３に記載の発光ダイオード。
  25. 前記内側レンズは、底面と、前記底面から延長された周辺曲面と、前記周辺曲面から延長された中央曲面と、を有し、
    前記発光チップ表面の任意の地点から前記中央曲面の任意の地点までの距離は、前記中央曲面の前記任意の地点の曲率半径よりも短いことを特徴とする、請求項２４に記載の発光ダイオード。
  26. 前記最中央曲面は、円錐状に凹んでいることを特徴とする、請求項２１に記載の発光ダイオード。
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