JP2014056702A - 正方形の光形を形成する光学レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】正方形の光形を形成する光学レンズを提供する。
【解決手段】レンズ本体を備え、レンズ本体の最上部は光出射面を有し、底部は
光入射面を有する。前記光入射面の中心部は光源を収容するための収容空間を凹
設し、光入射面一つの縁線は閉鎖して囲み略正方形の幾何図形を形成し、正方形
の幾何図形の角部を円弧状に配置することによって、光源の出射光がレンズ本体
を通過して目的物の投射面に投射し正方形の光形を形成して、背光モジュールに
適用すれば、全画面に均一な照明輝度を得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は光学レンズの技術に関し、特に二次光学屈折原理を利用し、光源従来の発光角度、光度分布及び照度分布を調整することによって、均一な強さの照明効果を形成する、正方形の光形を形成する光学レンズに関する。

液晶表示装置は自己発光できない受動式表示装置であるため、背光モジュールを追設して表示パネルに必要な表示光源を提供する必要がある。よって、背光モジュールの発生する面光源が充分に均一な輝度を有するかは、液晶表示装置の表示品質を直接に左右する。
現在、背光モジュールの構造は側面配光式と直下配光式（Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｙｐｅ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）の２種類に分かれる。そのうち、直下式背光モジュールは高い光照射均一度、優れた光出射視角、高い光エネルギー利用率、簡単な組合せ構造及び画面区域の明暗度を高速調整し、ダイナミックコントラスト比を大幅にアップするなどの長所を有しているため、大型の液晶表示装置に幅広く応用されている。

さらに、ＬＥＤは高発光効率、長寿命及び低電力消費などの特性を有し、背光モジュールの応用光源の第一の選択肢となっている。公知技術の直下式背光モジュールはマトリックス状に、複数のＬＥＤ光源及び複数の光学レンズを基板上に配置した上、拡散板（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｐｌａｔｅ）を適切な距離を設け光学レンズの光入射面に被せて、各ＬＥＤ光源が出射する光路を均一に分散させ、すなわち光混合した後、液晶表示装置に投射して輝度均一の面光源を提供している。
図１、公知の直下式背光モジュールの拡散板上における投射光形概略図を参照する。各ＬＥＤ光源が光学レンズを通過した後は拡散板上にて円形の光形１を形成し、散布された円形の光形１によって、背光モジュールに必要な光照射範囲を形成する。しかし、円形の光形１同士の隣接場所には、互いに交差して重なる明部１０と照射されない暗部１１が形成される。そのため、交互に交差する明部１０と暗部１１が背光モジュールの光均一度に影響し、かつ光混合効果を低下させる。
さらに、液晶表示装置画面の明暗区域を調整すると、付近部画面区域のグレイスケールに影響して焦点ぼけ（Ｂｌｏｏｍｉｎｇ）の現象を引き起こして、画面影像の鮮やかさ及び飽和度を低下させる。

よって、本発明の目的は光学レンズを利用し元来のＬＥＤ光源の円形の光形を改変し、緊密につないで配列することで正方形の光形を形成し、適用装置の光照射の均一度及び光混合効果を改善することである。同時に、その他の照明分野で矩形の光形を必要とするものにも本発明を結合及び適用して、光照射区域及び適用範囲の効率を大幅に向上できる。

公知技術の課題について、本発明の目的は正方形の光形を形成する光学レンズを提供し、液晶表示装置の背光モジュールまたは照明分野に矩形の光形を必要とする環境に適用し、照射範囲全域の光照射強度を改善することである。

本発明の目的に基づき、正方形の光形を形成する光学レンズは光学レンズを有し、レンズ本体の最上部は光出射面を設け、底部は光入射面を設け、光入射面の中心部は光源を収容するための収容空間を凹設する。光入射面の縁線が閉鎖して囲み略正方形の幾何図形を形成し、かつ正方形の幾何図形の角を円弧状に配置することによって、光源の出射光がレンズ本体を通過した後、目的物の投射面に投射して、正方形の光形を形成する。

そのうち、目的物の投射面は背光モジュールの拡散板上に設け、かつ光学レンズは少なくとも１つの結合体を有し、結合体はレンズ本体の底部に設けられ、ＬＥＤ基板と相互の結合に提供する。さらに、光出射面の中心部は下方に凹んで凹点を形成し、光源から目標物投射面に投射する照射幅を均一化させる。

光形の正方形状を確保するため、光入射面から光出射面との対向位置において、正方形の幾何図形の角部が対応する光出射面の光拡散角度は、正方形の幾何図形の角部でない光出射面の拡散角度より大きいか等しい。このように、光学レンズを背光モジュールに適用し、かつ複数を適用すれば、光学レンズを利用し互いに接続排列された正方形の光形を形成することによって、背光モジュール全画面の光の均一度を向上させ、適用された液晶表示装置の光混合効果を向上できる。このほか、照明分野において、矩形の光形を必要とする環境に満足できる。

公知の直下式背光モジュールの拡散板における投射光形の概略図である。 本発明の好ましい実施例の概略図である。 本発明の好ましい実施例の概略図である。 本発明の好ましい実施例の断面視図である。 本発明の好ましい実施例の光路図である。 本発明の好ましい実施例の一配光曲線図である。 本発明の好ましい実施例のもう一つの配光曲線図である。 本発明の好ましい実施例の放射照度図である。 本発明の好ましい実施例を背光モジュールに適用したときの使用概略図である。 本発明の好ましい実施例を背光モジュールに適用したときの拡散板における光形概略図である。

本発明の内容のさらなる理解を図るため、以下にて図面と合わせて説明する。

図２ないし５に示した、本発明の好ましい実施例の概略図、平面図及び光路図を参照して説明する。
図に示すように、正方形の光形を形成する光学レンズ２はレンズ本体２０と、３つの結合体２１と、を有し、レンズ本体２０の最上部には光出射面２００を設け、底部には光入射面２０１と、結合体２１と、を設ける。光入射面２０１の中心部に収容空間を凹設し、収容空間は類テーパーコーン状の空間構造を形成し、光源３を収容するため頂部が狭く設けられている。結合体２１はＬＥＤ基板４と相互に締結固定していて、かつ等距離の排列方式によって、安定した支持力量を提供し、光学レンズ２の適用性を向上する。
光入射面２０１の縁線が閉鎖して囲み略正方形の幾何図形を形成し、正方形の幾何図形の角部を円弧状に配置することによって、レンズ本体２０は略立方体構造を形成する。このように、光源３の出射光レンズ本体２０を通過し目標物投射面に投射することによって、図６〜８の本発明の好ましい実施例の配光曲線図、配光曲線図及び放射照度図に示すように、正方形の光形の光照射効果を形成し、かつ発光角度４５〜２２５°の第１軸線Ｉ１から見たとき、正方形の光形の対向する２つの周縁部は約７５％の相対強度（Ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を有し、さらに発光角度０〜１８０°の第２軸線Ｉ２から見たとき、正方形の光形の対向する２つの角部は約１００％の相対強度を有する。

言い換えれば、目標物の投射面は光入射面２０１から光出射面２００に投射する対向位置とし、正方形の幾何図形の角部が対応する光出射面２００の拡散角度は正方形の幾何図形の角部でない対応する光出射面２００の拡散角度より大きいか等しく、光形の正方形状を維持し、正方形の幾何図形の周辺部に大きい拡散角度を形成し、例えば円形の光形など光形の変形を避ける。
さらに、光源３から目標物の投射面への光照射均一度を向上するため、光出射面２００の中心部は下方に凹んで凹点を形成し、鋭角をもつ凹点によって、光源３から光出射面２００中心部に投射する光線を一層に反射させ、一部の光路を調節した上光源３の光度分布の再分配を行う。

引き続き、図９、１０に示した、背光モジュールに適用されたときの使用概略図と、拡散板上における投射光形概略図を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
図示のように、光学レンズ２は直下式の背光モジュール５に適用し、かつ背光モジュール５は液晶表示装置に取り付けて、表示モジュール（図示しない）に照明光源を提供する。背光モジュール５は基板５０と、複数のＬＥＤ光源５１と、一つの拡散板５２と、ＬＥＤ光源５１に対応して設置する光学レンズ２と、を有し、ＬＥＤ光源５１はマトリックス状により基板５０上に配置され、かつ光学レンズ２は円柱状の結合体２１を介して、基板５０に固定し、ＬＥＤ光源５１をそれぞれ収容空間の内部に嵌着する。さらに、拡散板５２は適切な距離を設けて光学レンズ２を被っており、ＬＥＤ光源５１が光学レンズ２を通過し光を出射して、表示モジュールに伝送される。
このように、光学レンズ２によって、二次光学の屈折と反射を行い、ＬＥＤ光源５１の投射光が拡散板５２、すなわち目標物の投射面にて、それぞれ正方形の光形５２０を形成する。

正方形の光形５２０はそれぞれ同じ大きさの周縁を有するため、拡散板５２において、緊密に相互隣接する分布位置を形成する。言い換えれば、各正方形の光形５２０のつなぎ場所に明暗部差を発生しないため、背光モジュール５が全画面に均一な輝度を形成し、液晶表示装置画面の色の飽和度及び鮮明度を改善し、消費者のビデオ娯楽ニーズを満足できる。

１ 円形の光形
１０ 明部
１１ 暗部
２ 光学レンズ
２０ レンズ本体
２００ 光出射面
２０１ 光入射面
２１ 結合体
３ 光源
４ ＬＥＤ基板
５ 背光モジュール
５０ 基板
５１ ＬＥＤ光源
５２ 拡散板
５２０ 正方形の光形
Ｉ１ 第１軸線
Ｉ２ 第２軸線

Claims (5)

1. 正方形の光形を形成する光学レンズであって、
   レンズ本体を有し、
   前記レンズ本体はその最上部に光出射面を設け、底部に光入射面を設け、前記光入射面の中心部は光源を収容するための収容空間を凹設され、
   前記光入射面の縁線が閉鎖して囲み略正方形の幾何図形を形成し、前記正方形の幾何図形の角部を円弧状に配置することによって、前記光源の出射光が前記レンズ本体を通過した後、目標物の投射面に投射して、正方形の光形を形成する特徴を有する正方形の光形を形成する光学レンズ。
2. 前記光入射面から前記光出射面との対向位置において、正方形の幾何図形の角部が対応する前記光出射面の光拡散角度は、正方形の幾何図形の角部でない前記光出射面の拡散角度より大きいか等しいことを特徴とする、請求項１記載の正方形の光形を形成する光学レンズ。
3. 前記光出射面の中心部は下方に凹んで凹点を形成することを特徴とする、請求項１記載の正方形の光形を形成する光学レンズ。
4. 目標物の投射面は背光モジュールに備える拡散板に設けることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の正方形の光形を形成する光学レンズ。
5. 少なくとも１つの結合体を有し、前記結合体は前記レンズ本体の底部に設けられ、ＬＥＤ基板との結合に提供することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の正方形の光形を形成する光学レンズ。