JP2017519328A

JP2017519328A - Ｌｅｄレンズ及びこのｌｅｄレンズを備えるｌｅｄ光源

Info

Publication number: JP2017519328A
Application number: JP2016561293A
Authority: JP
Inventors: 李秀富; 袁永▲剛▼
Original assignee: Suzhou Dongshan Precision Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Suzhou Dongshan Precision Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2014-06-19
Publication date: 2017-07-13
Also published as: US20170122523A1; WO2015192347A1; KR20160124883A

Abstract

本発明はＬＥＤレンズ及び当該ＬＥＤレンズを備えるＬＥＤ光源を提供する。前記ＬＥＤレンズは、入射面の中心曲面（１）及び底面（２）、射出面の側面（３）、第１の上曲面（４）及び第２の上曲面（５）を備えるほか、さらに、前記第１の上曲面（４）と第２の上曲面（５）に設けられる散乱微小構造（６）を備え、前記散乱微小構造（６）の位置はＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応しており、前記第１の上曲面（４）と第２の上曲面（５）を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出することにより、ＬＥＤ発光チップの光線の主な進行方向を変更することなく、そのうちの明るい環状縞を形成する位置での光線を軽く散乱射出させることができるため、前記ＬＥＤ光源の明るい環状縞の位置での光強度を弱める一方、前記ＬＥＤ光源の暗い環状縞の位置での光強度を強め、前記ＬＥＤ光源の光強度分布の均一性を向上させることが可能となる。

Description

本発明は、ＬＥＤレンズ製造の技術分野に関し、特にＬＥＤレンズ及びこのＬＥＤレンズを備えるＬＥＤ光源に関する。

ＬＥＤは一定の角度で光束を射出する点光源であり、直下型液晶ディスプレイバックライトに用いられる場合、数百ひいては千個以上の三原色ＬＥＤを所定のアレイに並べて面光源を形成する必要がある。点光源から均一な面光源へと変換することは、ＬＥＤバックライトの肝心な技術である。従来技術において、通常、ＬＥＤの光強度分布を変更するために、前記ＬＥＤにレンズが取り付けられている。

図１に示すように、従来技術におけるＬＥＤレンズは軸対称の回転実体であって、入射面と、射出面とを備える。前記入射面は、前記ＬＥＤレンズの中心に設けられる中心曲面０１と、前記中心曲面０１の周囲に設けられ且つ前記中心曲面０１に接続される底面０２とを備え、前記中心曲面０１は球冠曲面である。前記射出面は、前記底面０２と垂直に接続された側面０３と、前記側面０３に接続される第１の上曲面０４及び第２の上曲面０５を備え、前記第１の上曲面０４と第２の上曲面０５とが互いに接続され、かつ前記ＬＥＤレンズの軸線に関して対称となるため、前記ＬＥＤレンズによって前記ＬＥＤから射出される点光源による光線を面光源による光線へと変換することが可能となる。

しかし、ＬＥＤからの光線が前記ＬＥＤレンズを介して射出されると、その均一度が劣る。

前記技術的課題を解決するために、ＬＥＤ光源の光強度分布の均一度を向上させることを目的として、本願発明の実施例は、ＬＥＤレンズ及びこのＬＥＤレンズを備えるＬＥＤ光源を提供する。

前記課題を解決すべく、本願発明の実施例は以下の技術案を提供する。

ＬＥＤレンズの中心に設けられる中心曲面と、前記中心曲面の周囲に設けられ、前記中心曲線に接続される底面とを有する入射面と、
前記底面と垂直に接続される側面と、前記側面に接続される第１の上曲面と、前記側面及び前記第１の上曲面に接続されかつ前記ＬＥＤレンズの軸線に関して対称的に設けられる第２の上曲面とを有する射出面とを備えるＬＥＤレンズであって、
さらに、前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造であって、ＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出する散乱微小構造を備える。

前記散乱微小構造は、さらに、前記側面と前記底面とがなす角度が６０°以上９０°以下である、端点値を含む領域内に設けられていることが好ましい。

前記散乱微小構造は前記底面と平行な環状構造であることが好ましい。

隣接する散乱微小構造の前記底面での投影は相次いで接続されていることが好ましい。

前記散乱微小構造の両端間の距離は０μｍ以上１００以下であり、且つ左端点値を含まないことが好ましい。

前記散乱微小構造は軸対称的な構造であることが好ましい。

前記ＬＥＤレンズの製造プロセスは注射成形のプロセスであることが好ましい。

本発明は、前記ＬＥＤレンズの中心曲面と前記レンズの底面とで形成されるキャビティ内に設けられたＬＥＤ発光チップと、前記いずれか１項のＬＥＤレンズとを備え、前記ＬＥＤレンズにおける散乱微小構造の位置はＬＥＤ発光チップの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応していることを含む、ＬＥＤ光源も提供する。

従来技術に比べて、本発明は以下の利点を有する。

本願発明の実施例が提供する技術案は、入射面の中心曲面及び底面、射出面の側面、第１の上曲面及び第２の上曲面を備えるほか、さらに、前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造を備え、前記散乱微小構造はＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面から射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出することにより、ＬＥＤ発光チップの光線の主な進行方向を変更することなく、そのうちの明るい環状縞を形成する位置での光線を軽く散乱射出させることができるため、前記ＬＥＤ光源の明るい環状縞の位置での光強度を弱める一方、前記ＬＥＤ光源の暗い環状縞の位置での光強度を強め、前記ＬＥＤ光源の光強度分布の均一性を向上させることが可能となる。

本発明の実施例または従来技術の技術案を更に明確に説明するために、以下、実施例または従来技術において使われる必要がある図面について簡単に説明する。下記の図面は、本発明の幾つかの実施例を示すものに過ぎず、進歩性に値する労働を払わない前提で、これらの図面によって、他の図面を取得することができることは、当業者にとっては容易且つ明らかである。

従来技術のＬＥＤレンズの構成模式図である。従来技術のＬＥＤレンズの中心曲面における異なる箇所からＬＥＤ射出中心までの距離の模式図である。本発明の一実施例によって提供されたＬＥＤレンズの構成模式図である。本発明の一実施例によって提供されたＬＥＤレンズの一部構成の拡大模式図である。本発明の一実施例によって提供されたＬＥＤレンズの一部構成の光路の模式図である。

正に背景技術の部分で述べたように、ＬＥＤからの光線は、従来技術のＬＥＤレンズを介して射出されると、その均一度が劣っている。

発明者らは鋭意検討したところ、ＬＥＤから射出された光線自体は均一ではなく、その中心点を始点とし、明‐暗‐明の遷移状態で、即ち複数の明るい環状縞と複数の暗い環状縞が交互に形成されているため、前記ＬＥＤから射出された光線が前記ＬＥＤレンズを通過した後でも、依然として複数の明るい環状縞と複数の暗い環状縞が交互に形成されており、均一度が劣るようになっていることを発見した。

発明者らはさらに検討したところ、前記ＬＥＤレンズの中心曲面０１は球冠曲面であり、かつ前記中心曲面０１から射出中心（即ちＬＥＤ）までの距離Ｒは、射出角度の増加につれて小さくなり、図２に示すように、Ｒ２＜Ｒ１となるため、前記中心曲面０１における各箇所から前記射出中心までの距離を調整することによって、ＬＥＤから射出された光線が前記ＬＥＤレンズを通過した後の光強度分布を調節することができることが発見された。しかしながら、前記中心曲面０１における各箇所から前記射出中心までの距離Ｒの低減化にだけ依存すると、均一な光学的分布を実現し難く、光学的設計が比較的困難となった。

この情状に鑑みて、本願発明の実施例はＬＥＤレンズを提供する。かかるＬＥＤレンズは、
前記ＬＥＤレンズの中心に設けられた中心曲面と、前記中心曲面の周囲に設けられ、前記中心曲線に接続される底面とを有する入射面と、
前記底面と垂直に接続される側面と、前記側面に接続される第１の上曲面と、前記第１の上曲面に接続されかつ前記ＬＥＤレンズの軸線に関して対称的に設けられる第２の上曲面とを有する射出面とを備えるのみならず、
さらに、前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造であって、ＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応し設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出させる散乱微小構造を備える。

これに対応して、本願発明の実施例はさらにＬＥＤ光源を提供する。かかるＬＥＤ光源は、
前記ＬＥＤレンズの中心曲面と前記レンズの底面とで形成されるキャビティ内に設けられるＬＥＤ発光チップと、前記ＬＥＤレンズとを備える。そして、前記ＬＥＤレンズにおける散乱微小構造はＬＥＤ発光チップの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられている。

このように、従来技術におけるＬＥＤレンズに比べて、本願発明の実施例によって提供されたＬＥＤレンズ及びこのＬＥＤレンズを備えるＬＥＤ光源は、入射面の中心曲面及び底面、射出面の側面、第１の上曲面及び第２の上曲面を備えるほか、さらに、前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造を備え、前記散乱微小構造はＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出させることにより、ＬＥＤ発光チップの光線の主な進行方向を変更することなく、そのうちの明るい環状縞が形成される光線を軽く散乱射出させることができるため、前記ＬＥＤ光源の明るい環状縞の位置での光強度を弱めるとともに、前記ＬＥＤ光源の暗い環状縞の位置での光強度を強め、前記ＬＥＤ光源の光強度分布の均一性を向上させることが可能となる。

本発明の前記目的、特徴及び利点が更に明確かつ理解しやすくなるように、以下、図面に基づき本発明の具体的な実施形態について詳しく説明する。

本発明を十分に理解するために、以下の記述で細部について詳しく説明する。しかし、本発明はここで記述したものと異なる他の形態によって実施することができ、当業者であれば、本発明の主旨を逸脱しない限り類似する変更を行うことができる。従って、本発明は以下開示される具体的な実施形態に制限されるものではない。

図３及び図４に示すように、本発明の実施例はＬＥＤレンズを提供し、かかるＬＥＤレンズは、
ＬＥＤレンズの中心に設けられる中心曲面１と、前記中心曲面１の周囲に設けられ、前記中心曲面１に接続される底面２とを有する入射面と、
前記底面２と垂直に接続される側面３と、前記側面３に接続される第１の上曲面４と、前記側面３及び前記第１の上曲面４に接続されかつ前記ＬＥＤレンズの軸線に関して対称的に設けられる第２の上曲面５とを有する射出面とを備え、
前記第１の上曲面４と第２の上曲面５に設けられる散乱微小構造６であって、ＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応し設けられ、前記第１の上曲面４と第２の上曲面５を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出させる散乱微小構造をさらに備える。

本発明の実施例によって提供されたＬＥＤレンズと従来技術のＬＥＤレンズとを比較すれば分かるように、本発明の実施例によって提供されたＬＥＤレンズは従来技術におけるＬＥＤレンズに比べて、前記第１の上曲面４と第２の上曲面５に設けられる散乱微小構造６が増設されており、前記散乱微小構造６の位置がＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応しており、前記第１の上曲面４と第２の上曲面５を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出させ、図５に示すように、各角度で射出される光線が混ぜるようにされるため、本来ＬＥＤ光源の光強度分布における明るい環状縞の位置に集中すべき一部の光線をＬＥＤ光源の光強度分布における暗い環状縞の位置に散乱射出させることができるため、ＬＥＤ光源の光強度分布における明るい環状縞の位置での光強度を弱めるとともに、ＬＥＤ光源の光強度分布における暗い環状縞の位置での光強度を強め、ＬＥＤ光源から射出される光線の受光面（即ち照射面）での光強度分布の均一度を向上させることが可能となる。

本発明の一つの実施例において、図４に示すように、前記散乱微小構造６は前記底面２と平行している環状構造とすることにより、本来の光線の主な進行方向を変更しないことを確保すると同時に、本来の光線を軽く散乱射出させ、本々明るい環状縞の位置に対応する光線の一部を前記明るい環状縞と隣接する暗い環状縞の位置に散乱射出させることができるため、前記明るい環状縞の位置での光強度を弱めるとともに、前記暗い環状縞の位置での光強度を強めることができるため、ＬＥＤからの光線が前記ＬＥＤレンズを介して射出された均一度を向上させ、すなわちＬＥＤから射出された光線の受光面での光強度分布の均一度を向上させることが可能となる。

前記いずれか１つの実施例を基礎として、本発明の一つの実施例において、隣接する散乱微小構造６の前記底面２での投影が相次いで接続されており、即ち前記散乱微小構造６の両端を除き、隣接する散乱微小構造６の投影が重ならず、その結果、前記ＬＥＤレンズの第１の上曲面４または第２の上曲面５におけるある１点から射出された光線が複数の散乱微小構造６によって繰り返して散乱射出されることによって、散乱効果には影響が及ぼされない。

前記いずれか１つの実施例を基礎として、本発明の別の一つの実施例において、前記散乱微小構造６の両端間の距離は０μｍ以上１００以下であり、左端点値を含まないことが好ましく、２０μｍ、３０μｍ及び５０μｍであることがより好ましい。これによって、本来の光線の主な進行方向を変更しないことを確保すると同時に、前記散乱微小構造６が増えることに起因して本来の光線の進行方向を過度に変更して、ＬＥＤからの光線が前記ＬＥＤレンズを介して射出された後の均一度の低下を回避することができる。

前記いずれか１つの実施例を基礎として、本発明の別の一つの実施例において、前記散乱微小構造６は軸対称的な構造とされることが好ましい。これによって、前記明るい環状縞の位置での一部の光強度を前記明るい環状縞の両側の暗い環状縞に均一に散乱射出させ、ＬＥＤからの光線が前記ＬＥＤレンズを介して射出された後の均一度をより一層向上させることが可能となる。

前記いずれか１つの実施例の技術を基礎として、本発明の更に別の一つの実施例において、前記散乱微小構造６は、さらに、前記側面と前記底面でなす角度が６０°以上９０°以下である端点値を含む領域内（即ちＬＥＤから射出される光線の半分の光強度以外の領域）に設けられている。これによって、大きな角度の光線を散乱射出させ、その一部の光線を受光面（即ち照射面）に射出させ、一部の光線を別途で設けられる反射シートに散乱射出させて反射してから再度に受光面に射出させることによって、前記受光面での光エネルギーを向上させることが可能となる。

ここで、説明すべきこととして、本発明の実施例が提供するＬＥＤレンズの製造プロセスは一体成形のプロセスであることが好ましく、射出成形のプロセスがより好ましく、シングルポイントダイヤモンド旋盤加工のプロセスによって、本発明の実施例が提供するＬＥＤレンズに対応するレンズ金型を作製するステップと、注射成形のプロセスによって、前記レンズ金型に基づいて本発明の実施例が提供するＬＥＤレンズを作製するステップを含む。

具体的に、本発明の一つの実施例において、シングルポイントダイヤモンド旋盤加工のプロセスによって、本発明の実施例が提供するＬＥＤレンズに対応するレンズ金型を作製する際に、シングルポイントダイヤモンド旋盤加工のプロセスによって従来技術のＬＥＤレンズを作製するとき、且つ散乱微小構造６を作製する必要がある位置に、そのＸ座標とＹ座標を所定の方向に沿って所定の変位だけ移動させればよい。しかし、本発明では、これについて限定することはなく、本発明の他の実施例において、前記ＬＥＤレンズは具体的な情況に応じて他の作製方法によって作製されてもよい。

要するに、本発明の実施例が提供するＬＥＤレンズは、入射面の中心曲面１及び底面２、射出面の側面３、第１の上曲面４及び第２の上曲面５を備えるほか、さらに、前記第１の上曲面４と第２の上曲面５に設けられる散乱微小構造６を備え、前記散乱微小構造６の位置がＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応し、前記第１の上曲面４と第２の上曲面５を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出することにより、ＬＥＤ発光チップの光線の主な進行方向を変更することなく、そのうちの明るい環状縞を形成する位置での光線を軽く散乱射出させ、各射出角度で射出される光線を混ぜることができるため、前記ＬＥＤ光源の明るい環状縞の位置での光強度を弱める一方、前記ＬＥＤ光源の暗い環状縞の位置での光強度を強め、前記ＬＥＤ光源の照射面での光強度分布の均一性を向上させることが可能となる。

これに対応して、本発明の実施例は、さらにＬＥＤ光源を提供する。かかるＬＥＤ光源は、ＬＥＤ発光チップと、前記いずれか１つの実施例に記載のＬＥＤレンズとを備え、前記ＬＥＤレンズは、前記ＬＥＤレンズの中心に設けられる中心曲面と、前記中心曲面の周囲に設けられ、前記中心曲線に接続される底面とを有する入射面と、前記底面と垂直に接続された側面と、前記側面に接続される第１の上曲面と、前記側面及び前記第１の上曲面に接続されかつ前記ＬＥＤレンズの軸線に関して対称的に設けられる第２の上曲面とを有する射出面と、前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造であって、ＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面から射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出する散乱微小構造とを備える。前記ＬＥＤ発光チップは、ＬＥＤレンズの中心曲面と前記レンズの底面とで形成されるキャビティ内に設けられており、かつ前記ＬＥＤレンズにおける散乱微小構造の位置はＬＥＤ発光チップの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応している。

このように、本発明の実施例が提供するＬＥＤ光源において、前記ＬＥＤレンズは、入射面の中心曲面及び底面、射出面の側面、第１の上曲面及び第２の上曲面を備え、さらに、前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造を備え、前記散乱微小構造がＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面から射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出することにより、ＬＥＤ発光チップの光線の主な進行方向を変更することなく、そのうちの明るい環状縞を形成する位置での光線を軽く散乱射出させ、各射出角度で射出される光線を混ぜることができるため、前記ＬＥＤ光源の明るい環状縞の位置での光強度を弱める一方、前記ＬＥＤ光源の暗い環状縞の位置での光強度を強め、前記ＬＥＤ光源の照射面での光強度分布の均一性を向上させることが可能となる。

本明細書の各部分はプログレッシブな方式によって記述され、各部分で主に説明するのは、何れも他の部分と違う箇所であり、各部分の間の共通または類似する部分を互いに参照すればよい。

当業者であれば、開示された実施例の上記説明を踏まえて、本発明を実現又は使用することができる。これらの実施例に対する様々な変更は当業者にとって容易且つ明らかである。本文で定義される普通の原理は、本発明の技術案の精神または範囲を逸脱しない限り、他の実施例において実現可能である。従って、本発明は以上の実施例に制限されるものではなく、本文で開示する原理と新規性と合致する最も広い範囲を覆うものとする。

Claims

ＬＥＤレンズの中心に設けられる中心曲面と、前記中心曲面の周囲に設けられ、前記中心曲線に接続される底面とを有する入射面と、
前記底面と垂直に接続される側面と、前記側面に接続される第１の上曲面と、前記前記側面及び前記第１の上曲面に接続されかつ前記ＬＥＤレンズの軸線に関して対称的に設けられる第２の上曲面とを有する射出面とを備えるＬＥＤレンズであって、
前記第１の上曲面と第２の上曲面に設けられる散乱微小構造であって、ＬＥＤの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応して設けられ、前記第１の上曲面と第２の上曲面を介して射出された明るい環状縞を形成する光線を散乱射出する散乱微小構造をさらに備えることを特徴とするＬＥＤレンズ。
前記散乱微小構造は、さらに、前記側面と前記底面とでなす角度が６０°以上９０°以下である、端点値を含む領域内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤレンズ。
前記散乱微小構造は前記底面と平行している環状構造であることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤレンズ。
隣接する散乱微小構造の前記底面での投影は相次いで接続されていることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤレンズ。
前記散乱微小構造の両端間の距離は０μｍより大きく１００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤレンズ。
前記散乱微小構造は軸対称的な構造であることを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤレンズ。
前記ＬＥＤレンズの製造プロセスは注射成形のプロセスであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤレンズ。
前記ＬＥＤレンズの中心曲面と前記レンズの底面とで形成されるキャビティ内に設けられるＬＥＤ発光チップと、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＬＥＤレンズとを備え、前記ＬＥＤレンズにおける散乱微小構造の位置はＬＥＤ発光チップの光強度分布における明るい環状縞の位置と対応していることを特徴とするＬＥＤ光源。