JP4679423B2 - 光学レンズと、これを有する光学パッケージ、バックライトアセンブリ、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は光学レンズに関し、特に表示装置のバックライトアセンブリに搭載される光学レンズに関する。

一般的な液晶表示装置は、液晶に対して電界を印加してその光透過度を精密に制御することにより画像を表示する。ここで、液晶表示装置は、画像を表示するための光を必要とする。その光としては例えば、外部の自然光、又は内蔵の光源（バックライトアセンブリ）から提供される人工光が利用される。内蔵の光源としては、例えば、冷陰極線管（ＣＣＦＬ）、平板蛍光ランプ（ＦＦＬ）、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。

発光ダイオードは一種の点光源であるので、液晶表示装置に光源として内蔵される場合、発光ダイオード単独では表示パネルの輝度を均一に維持することが難しい。従って、その場合、光学レンズで発光ダイオードを覆うことにより、表示パネルの輝度の均一化が図られている。光学レンズは、トップ発光方式の光学レンズとサイド発光方式の光学レンズとに大別される。トップ発光方式の光学レンズは、光損失率を最小化できるので高効率である。一方、サイド発光方式の光学レンズは、表示パネルの輝度分布を均一にしやすい。
（尚、本発明との関連性が高い先行技術文献としては、韓国特許出願第2005−7574号明細書（特願2005−288573号明細書）が挙げられる。）

上記の光学レンズとしては、トップ発光方式の長所とサイド発光方式の長所とを併せ持つハイブリッド発光方式の光学レンズが望ましい。一方、発光ダイオードが光源として採用される場合、液晶表示装置の更なる大画面化、更なるスリム化、更なる省電力化、及び更なる低コスト化を全て実現させるには、発光ダイオードの個数が極力少なく抑えられねばならない。すなわち、一つの発光ダイオードにより照射される表示パネルの領域が更に拡張されるべきである。

本発明の目的は、光の抽出効率を高く維持し、かつ、大面積を均一に照射可能なハイブリッド発光方式の光学レンズ、の提供にある。更に、本発明は、上記の光学レンズを有する光学パッケージ、その光学パッケージを有するバックライトアセンブリ、更にその光学パッケージを有する表示装置、の提供にある。

本発明による光学レンズは、中心部に凹みを有する凸形状の中心レンズ部、及び、前記中心レンズ部の外側に形成された凹形状の周辺レンズ部、を含む光学レンズであり、外部の点光源から底部に入射した光の経路を調節し、前記中心レンズ部の中心部及び周辺部は、前記中心部に入射された光の屈折が、前記周辺部に入射された光の屈折よりも大きくなる曲面で形成され、前記中心部では光を弱めて出射し、前記周辺部では光を強めて出射し、前記周辺レンズ部は、前記周辺レンズ部に入射された光を全反射する曲面と、前記全反射された光を前記点光源の上方に対して側方に出射する側壁と、で形成されている。
アセンブリが、前記光を出射する発光ダイオード、及び前記光学レンズ、を有する。

本発明による光学レンズは、発光部、及び、前記光学レンズ、を有する。

本発明によるバックライトアセンブリは、基板、前記基板に実装され、光を出射する発光ダイオード、前記光学レンズ、及び、前記発光ダイオードと前記光学レンズとの間に配置され、前記光学レンズから漏れた光を反射する反射板、を有する。

本発明による表示装置は光を用いて画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルに前記光を供給するバックライトアセンブリと、を備えた表示装置であり、前記バックライトアセンブリが、前記光を出射する発光ダイオード、及び前記光学レンズ、を有する。

本発明による上記の光学レンズでは、凸形状の中心レンズ部がトップ発光方式の光学レンズと同様に高い光抽出効率を示し、凹形状の周辺レンズ部がサイド発光方式の光学レンズと同様に広い範囲で輝度を均一にする。このように、本発明による光学レンズはハイブリッド発光方式の光学レンズである。この光学レンズは特に入射光を、中心部では弱めて出射し、周辺部では強めて出射するので、一つの点光源により均一に照射される領域が広い。従って、本発明による光学レンズが、光学パッケージ、バックライトアセンブリ、及び表示装置に搭載されるとき、光抽出効率を高く維持したまま、一つの発光素子により均一に照射可能な表示パネルの領域を更に拡張できる。それ故、表示装置の更なる大画面化、更なるスリム化、更なる省電力化、及び更なる低コスト化を全て実現できる。

以下、添付された図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、本発明の実施形態による液晶表示装置の構造について説明する（図１６参照）。この液晶表示装置は、バックライトアセンブリ100、ディスプレイユニット200、トップシャーシ300、リアケース400、及びフロントケース500を有する。

バックライトアセンブリ100は、複数の光学パッケージ110、電源供給基板120、収納容器130、反射板140、光ミキシング部材150、及び光学シート160を含む。
複数の光学パッケージ110は電源供給基板120の上に配置され、電源供給基板120によって支持されている。光学パッケージ110は発光ダイオード（ＬＥＤ）112とボタン型光学レンズ114とを含む（図１５参照）。ＬＥＤ112はボタン型光学レンズ114の背面に配置されている。ＬＥＤ112は電源供給基板120から所定の電力を受けて発光する。各光学パッケージ110では好ましくは、ＬＥＤ112が赤色光、緑色光、及び青色光のいずれか一つを出射する。その他に、ＬＥＤ112が白色光を出射しても良い。ボタン型光学レンズ114はＬＥＤ112から入射した光を、中心部では弱めて出射し、周辺部では強めて出射する。ＬＥＤ112から入射した光は中心部で最も強いので、ボタン型光学レンズ114から出射される光の強度は広い配光角で均一である。一般的に、光学レンズ114が大きいほど、一つの光学パッケージ110により照射可能な面積が広い。

収納容器130は底板部材132と側壁部材134とを含む。側壁部材134は底板部材132の周縁部から底板部材132に対して垂直に延びている。底板部材132には、電源供給基板120、反射板140、光ミキシング部材150、及び光学シート160が順番に積層され、側壁部材134によって囲まれている。底板部材132には更に開口部133が設けられている。電源供給基板120はその開口部133を通して外部電源に接続される。

反射板140には複数の穴142が形成されている。各穴142の内周は光学パッケージ110の外周と同じ形状である。反射板140が電源供給基板120の上に重ねられるとき、各穴142には光学パッケージ110が一つずつ挿入される。それにより、反射板140は光学パッケージ110の間に露出している電源供給基板120を覆う（図１５参照）。反射板140は、光学パッケージ110から出射された光を光ミキシング部材150に向けて反射することで、光ミキシング部材150が形成されていない方向への光の漏出を防止する。尚、反射板140はリジッドタイプであってもフレキシブルタイプ（シートタイプ）であっても良い。

光ミキシング部材150は光学パッケージ110の上に重ねられている。光ミキシング部材150の内部では光学パッケージ110から出射された光が反射と透過とを繰り返すことで混合される。特に、光学パッケージ110から出射された赤色光、緑色光、及び青色光が混合されて白色光が形成される。ここで、光ミキシング部材150が拡散粒子を含んでも良い。それにより、出射光が光ミキシング部材150の全体で更に均一化される。光学シート160は光ミキシング部材150の上に重ねられている。光学シート160は拡散シート162とプリズムシート164とを含む。拡散シート162は、光学パッケージ110から出射されて光ミキシング部材150を通過した光を拡散させる。プリズムシート164は、拡散シート162により拡散された光を集める。光ミキシング部材150と光学シート160との組み合わせにより、光学パッケージ110から出射された光が液晶表示パネル210の全体を一様な強さで照らす。

ディスプレイユニット200は、液晶表示パネル210、データ側テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）220、ゲート側ＴＣＰ230、及び統合印刷回路基板240を有する。液晶表示パネル210は、アレイ基板212、カラーフィルタ基板214、及び液晶層（図示せず）を含む。アレイ基板212には好ましくは複数の画素電極と複数の薄膜トランジスタとがマトリックス状に配置されている。カラーフィルタ基板214はアレイ基板212に対向している。液晶層はアレイ基板212とカラーフィルタ基板214との間に注入された液晶から成る。複数のデータ側ＴＣＰ220がアレイ基板212の一辺と統合印刷回路基板240との間に接着され、各薄膜トランジスタのソースと統合印刷回路基板240との間を接続している。複数のゲート側ＴＣＰ230がアレイ基板212の他辺に接着され、各薄膜トランジスタのゲートと統合印刷回路基板240との間を接続している。統合印刷回路基板240は外部から電気信号を受信し、その電気信号に基づいて所定の信号をデータ側ＴＣＰ220とゲート側ＴＣＰ230とのそれぞれに対して印加する。データ側ＴＣＰ220は統合印刷回路基板240からの信号に基づき、駆動信号を液晶表示パネル210に対して印加する。ゲート側ＴＣＰ230は統合印刷回路基板240からの信号に基づき、液晶表示パネル210の駆動時期を制御するためのタイミング信号を液晶表示パネル210に対して印加する。ディスプレイユニット200がバックライトアセンブリ100の上に重ねられるとき、データ側ＴＣＰ220とゲート側ＴＣＰ230とは収納容器130の側壁部材134の外面に沿って折り曲げられる。そのとき、統合印刷回路基板240は底板部材132の背面に接着される。

トップシャーシ300はディスプレイユニット200の上に配置されている。トップシャーシ300と収納容器130の周縁部とがバックライトアセンブリ100の他の構成要素とディスプレイユニット200とを間に挟んで互いに嵌合することで、バックライトアセンブリ100とディスプレイユニット200とが固定される。リアケース400とフロントケース500とは、バックライトアセンブリ100、ディスプレイユニット200、及びトップシャーシ300を間に挟んで互いに嵌合し、それらを内部に収納している。そのとき、トップシャーシ300とフロントケース500との開口部からは液晶表示パネル210の有効ディスプレイ領域が露出している。

次に、本発明の実施形態による上記のボタン型光学レンズ114の詳細について説明する。ボタン型光学レンズ10は中心レンズ部12及び周辺レンズ部14を含む（図１参照）。中心レンズ部12は内側に、周辺レンズ部14は外側に形成されている。中心レンズ部12と周辺レンズ部14とは好ましくは一体的に形成される。ボタン型光学レンズ10は好ましくは、ポリメチルメタクリレート系レジン（ＰＭＭＡ）から成る。ここで、ＰＭＭＡの屈折率は約1.5である。中心レンズ部12の底面（背面）には溝16が形成されている。溝16には、上記のＬＥＤ112のような発光素子が収容される。ここで、溝16の形状は好ましくは、その発光素子の外形に合わせて形成されている。好ましくは、一つのボタン型光学レンズ10にはＬＥＤが一つ外付けされる。その他に、一つのボタン型光学レンズ10に複数のＬＥＤが外付けされても良い。更に、ボタン型光学レンズ10がＬＥＤと一体的に形成されても良い。

図１、２に示されているように、中心レンズ部12の上面は、垂直断面（x−z平面やy−z平面）内では上方（z−軸の正方向）に突出した凸形状であり、水平面（x−y平面）へ射影されたときは円形状である。中心レンズ部12はその上面の凸形状により、一種の凸レンズとして機能する。中心レンズ部12の上面の凸形状は特に、互いに異なる曲率を持つ複数の曲面によって構成される（図３参照）。中心レンズ部12の上面では、好ましくは、底面に対する等高線が互いに平行である。その他に、等高線の間隔が中心レンズ部12の周方向で変化しても良い。すなわち、任意の半径方向では等高線が密であり、他の半径方向では等高線が疎であっても良い。中心レンズ部12では更に好ましくは、上面の凸形状の頂部Aが凹んでいる（図２参照）。

図１、２に示されているように、周辺レンズ部14の上面は、垂直断面（x−z平面やy−z平面）内では下方（z−軸の負方向）に陥没した凹形状であり、水平面（x−y平面）へ射影されたときは、中心レンズ部12を囲むドーナツ形状である。周辺レンズ部14はその上面の凹形状により、一種の凹レンズとして機能する。周辺レンズ部14の上面の凹形状は特に、互いに異なる曲率を持つ複数の曲面によって構成される（図３参照）。周辺レンズ部14の上面では、好ましくは、底面に対する等高線が互いに平行である。その他に、等高線の間隔が周辺レンズ部14の周方向で変化しても良い。すなわち、任意の半径方向では等高線が密であり、他の半径方向では等高線が疎であっても良い。

中心レンズ部12では、ＬＥＤから溝16を通して底面に入射した光が例えば第１光路PATH1及び第２光路PATH2を進み、上面から出射される（図２参照）。具体的には、中心レンズ部12の中心A近傍では光が第１光路PATH1を進み、中心レンズ部12の上面に第１入射角θ1iで入射し、第１出射角θ1tで出射される。中心レンズ部12の外周部では光が第２光路PATH2を進み、中心レンズ部12の上面に第２入射角θ2iで入射し、第２出射角θ2tで出射される。ここで、光学レンズ10の屈折率が空気層の屈折率より大きいので、スネルの法則から第１出射角θ1tは第１入射角θ1iより大きく、第２出射角θ2tは第２入射角θ2iより大きい。このように中心レンズ部12は上面から光を出射する点では、従来のトップ発光方式の光学レンズと同様である。中心レンズ部12では更に、上面の中心A近傍が凹んでいるので、中心レンズ部12の中心A近傍では第１入射角θ1iが0°より十分に大きく、中心レンズ部12の外周部では第２入射角θ2iが十分に小さい。すなわち、中心部では屈折が大きいので出射光が弱められ、周辺部では屈折が小さいので出射光が強められる。一般に中心部がＬＥＤから最も強い光を受けるので、中心レンズ部12の上面から出射される光の方向（以下、トップ方向という）では広い範囲で輝度が均一である。

周辺レンズ部14では、ＬＥＤから溝16を通して中心レンズ部12の底面に入射した光が第３光路PATH3を進む（図２参照）。第３光路PATH3では、光が周辺レンズ部14の凹形状の上面によって全反射され、ボタン型光学レンズ10の側壁から外部に出射される。すなわち、第３光路PATH3では、光が周辺レンズ部14の上面に第３入射角θ3i1で入射し、第３入射角θ3iと同じ大きさの反射角θ3rで反射される。反射光は更に、光学レンズ10の側壁に第４入射角θ4iで入射し、第４入射角θ4iより大きい第４出射角θ4tで出射される。こうして、周辺レンズ部14では出射光のほとんどが上面からではなく、側壁から出射される（以下、周辺レンズ部14の側壁から出射される光の方向をサイド方向という）。その点で周辺レンズ部14は従来のサイド発光方式の光学レンズと同様である。従って、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズ10は、トップ発光方式の特徴とサイド発光方式の特徴とを併せ持つハイブリッド発光方式の光学レンズである。

図３に、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの上面の曲率を示す。中心レンズ部12の上面は中心から周辺へ向かう順に第１〜第５曲面を含む。第１曲面は中心レンズ部12の中心に位置し、下方（背面側）に曲率中心を有し、2.76mmの曲率半径(a)を有する。第２曲面は第１曲面の外側に連結され、下方（背面側）に曲率中心を有し、1.98mmの曲率半径(b)を有する。第３曲面は第２曲面の外側に連結され、下方（背面側）に曲率中心を有し、2.15mmの曲率半径(c)を有する。第４曲面は第３曲面の外側に連結され、上方（正面側）に曲率中心を有し、22.97mmの曲率半径(d)を有する。第５曲面は第４曲面の外側に連結され、上方（正面側）に曲率中心を有し、13.74mmの曲率半径(e)を有する。周辺レンズ部14の上面は中心から周辺へ向かう順に第６曲面と第７曲面とを含む。第６曲面は中心レンズ部12の第５曲面の外側に連結され、上方に曲率中心を有し、4.07mmの曲率半径(f)を有する。第７曲面は第６曲面の外側に連結され、2.70mmの曲率半径(g)を有する。尚、中心レンズ部12と周辺レンズ部14とはそれぞれ、上記とは異なる多様な曲率半径の曲面から構成されても良い。中心レンズ部12では特に、上面の凸形状の頂部が凹んでいなくても良い。

図４に、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズのサイズを示す。
ボタン型光学レンズ10の半径L1は実質的に6mmであり、（底面からの）高さの最大値T1は実質的に3.6mmであり、中心の高さT2は3mmである。中心レンズ部12の半径L2は3.5mmである。中心レンズ部12の最も外側の高さT3はボタン型光学レンズ10の高さの最小値であり、実質的に2.1mmである。中心レンズ部12の高さの最大値はボタン型光学レンズ10の高さの最大値T1より小さい。周辺レンズ部14の最も外側の高さはボタン型光学レンズ10の高さの最大値T1である。好ましくは、ボタン型光学レンズ10のサイズを定義する数値は互いに比例するように設計される。例えば、ボタン型光学レンズ10の半径L1を2倍に増やすときは、中心レンズ部12の半径L2や各部の高さT1、T2、T3も2倍に増やす。

本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは特に、厚さ（底面に対する上面の高さ）に応じて出射光の強度分布が変化する。図５〜７に、シミュレーションから得られた、ボタン型光学レンズの厚さの変化に伴う、トップ方向に出射される光の強度分布の変化を示す。一方、図８に、同じシミュレーションから得られた、ボタン型光学レンズの厚さの変化に伴う光出射率の変化を示す。ここで、そのシミュレーションではボタン型光学レンズの厚さの代表値として、周辺レンズ部14（以下、羽部という）の高さの最大値T1が3.0mm〜4.5mmの範囲に設定されている。図５〜７からは特に次のことがわかる：羽部の高さが3.7mmである場合と4.1mmである場合とではトップ方向の比較的広い範囲で出射光が強い。それに対し、羽部の高さが4.5mmである場合では配光角0°近傍のごく狭い範囲でのみ出射光が強く、他の方向では出射光が弱い。これは、図８に示されているように、羽部の高さの増大と共にトップ方向全体の光出射率が減少したからである。

図８からは更に次のことがわかる：ボタン型光学レンズの羽部の高さが3.0mmであるとき、トップ方向の光出射率は約84％であり、サイド方向の光出射率は12％であり、それら両方を合わせた全体的な光出射率は約96％である。羽部の高さが増加して3.75mmに達したとき、トップ方向の光出射率は83.56％であってほとんど変化していない。しかし、サイド方向の光出射率は増大して13.61％に達するので、全体的な光出射率は最大値97.17％に増大する。羽部の高さが更に増加するとき、トップ方向の光出射率は減少し始める。一方、サイド方向の光出射率は更に増大し続ける。羽部の高さが4.5mmに達したとき、トップ方向の光出射率が77.91％まで減少し、サイド方向の光出射率が16.2％まで増大する。ここで、全体的な高出射率は94.11％に減少している。図８の結果から、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは、羽部の高さが3.75mmのとき光損失が3％以下であり、最も低い。従って、羽部の高さの最適値が3.7mm近傍である。更に、羽部の高さが3.7mm以下の範囲にあるときは、高さの変化による全体的な光出射率の変化が無視できるほど小さい。それ故、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは、製造時の誤差に対するマージンを考慮するとき、羽部の高さが3.7mm以下であれば、光学レンズの性能（特に、光出射率、出射光量、及び輝度の均一性）の受ける影響が小さい。

図９に、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの光出射率−配光角特性を示す。図９では特に、垂直方向（例えば図１に示されているｘ方向）の光出射率−配光角特性が実線で示され、水平方向（例えば図１に示されているｙ方向）の光出射率−配光角特性が破線で示されている。図９に示されている通り、トップ方向では配光角が±60°程度であり、従来のボウル型光学レンズの配光角に比べて10°程度広い。すなわち、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズは従来のトップ発光方式の光学レンズより配光角が広い。一方、サイド方向では配光角が±80°程度である。その光出射率は、配光角約±50°程度でのトップ方向の光出射率と同程度である。このように、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズは、トップ方向の光出射率を十分に高く維持したまま、サイド方向の光出射率を高く維持する。すなわち、このボタン型光学レンズはハイブリッド発光方式の光学レンズとして、トップ発光方式の利点とサイド発光方式の利点とを併せ持つ。

シミュレーションによれば、ボタン型光学レンズと光検出器との間の距離（図１５では電源供給基板120と光ミキシング部材150との間の距離に相当する）が20mmであるとき、ボタン型光学レンズの出射光が図１０に示されているような強度分布を示す。図１０では特に、光出射率（すなわち輝度）の高い領域が半径38mmまで拡がっている。一方、光検出器までの距離が20mmであるとき、従来のボウル型光学レンズは半径20mmの円形領域しか照らせない。従って、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズは従来のボウル型光学レンズと比べ、照射範囲を90％程度拡大している。

光学レンズと光検出器との間の距離が40mmである場合について更に、従来のボウル型光学レンズと本発明の実施形態によるボタン型光学レンズとを比較してみよう。
まず、比較例として利用される従来のボウル型光学レンズについて簡略に説明する(図１１、１２参照)。このボウル型光学レンズ20では、中心部が上方に突出し、周縁の羽部22が凹形状である。底面の中心部ではガイド部24が下方に突出し、更にその中央部に溝26が形成されている。その溝26には好ましくはＬＥＤのような発光素子が収容され、ガイド部24により支持される。このボウル型光学レンズ20の半径は20mmである。このボウル型光学レンズに対し、光検出器が距離40mmの位置に設置され、その光学レンズの中心軸を基準とする角度70°の範囲で光量を検出する。そのとき、図１２に示されているように、ボウル型光学レンズは半径42mm程度の領域で光出射率（すなわち輝度）が高い。但し、その領域を外れると、光出射率が急激に減少する。更に、このボウル型光学レンズでは、中心部の光出射率が周辺部の光出射率に比べて低い。

一方、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは、光検出器が40mmの距離に設置されるとき、図１３に示されているように、半径83mmの領域で輝度が高い。従って、上記のボウル型光学レンズに比べ、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは照射範囲が97％程度増加している。ここで、上記のボウル型光学レンズの半径が20mmであるのに対し、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの半径は6mmである（図４参照）。従って、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズは従来のボウル型光学レンズより広い面積を効率良く、高い照度で照らすことができる。

光検出器が40mmの距離に設置されたとき、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは更に、トップ方向の光出射率が、図１４に示されているように、羽部の高さに応じて変化する。特に、羽部の高さが約3.7mmである場合、トップ方向の光出射率が最大である。一方、羽部の高さが約3.7mm以下である場合（図１４に示されている「有効高さ」の領域参照）、その高さの変化によるトップ方向の光出射率の変化が無視できるほど小さい。すなわち、トップ方向の光出射率が最大値近傍に維持される。製造時の誤差に対するマージンを考慮するとき、羽部の高さが3.7mm以下であれば、光学レンズの性能（特に、光出射率、出射光量、及び輝度の均一性）の受ける影響が小さい。

本発明の実施形態によるボタン型光学レンズは上記の通り、トップ発光方式の長所とサイド発光方式の長所とを併せ持つハイブリッド発光方式の光学レンズである。従って、このボタン型光学レンズは、光の出射効率が高く、照射範囲が広く、かつその範囲内での光強度の均一性が高い。このボタン型光学レンズは特に、従来のボウル型光学レンズに比べて照射範囲が画期的に広く、具体的には97％程度広い。一方、光損失率の面からは従来のボウル型光学レンズと同程度である。

本発明の実施形態によるボタン型光学レンズでは特に、中心部が凹んでいるので、一つの発光ダイオードが照射可能な領域を更に拡張できる。従って、このボタン型光学レンズが、発光ダイオードと共にバックライトアセンブリや液晶表示装置に採用されるとき、更なる大画面化、更なるスリム化、更なる省電力化、及び更なる低コスト化が同時に実現できる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明した。しかし、本発明の技術的範囲は上記の実施形態には限定されない。実際、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想と精神とから離脱することなく、本発明を修正または変更できるであろう。従って、それらの修正や変更も当然に、本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。

本発明の実施形態によるボタン型光学レンズを示す斜視図 図１に示されているボタン型光学レンズの原理を説明するための断面図 図１に示されているボタン型光学レンズの上面各部の曲率を示す断面図 図１に示されているボタン型光学レンズのサイズを示す断面図 本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの羽部の高さT1が3.7mmであるときの出射光の強度分布を示す図 本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの羽部の高さT1が4.1mmであるときの出射光の強度分布を示す図 本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの羽部の高さT1が4.5mmであるときの出射光の強度分布を示す図 本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの羽部の高さの変化による光出射率の変化を示すグラフ 本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの光出射率−配光角特性を示すグラフ 光検出器までの距離が20mmであるとしてシミュレーションで測定された、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの出射光の強度分布を示す図 従来のボウル型光学レンズを示す斜視図 図１１に示されているボウル型光学レンズの出射光の強度分布を示す図 光検出器までの距離が40mmであるとしてシミュレーションで測定された、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズの出射光の強度分布を示す図 光検出器間での距離が40mmであるとしてシミュレーションにより測定された、本発明の実施形態によるボタン型光学レンズのトップ方向の光出射率を示すグラフ 本発明の一実施形態によるバックライトアセンブリの断面図 本発明の一実施形態による液晶表示装置の分解斜視図

符号の説明

10 ボタン型光学レンズ
12 中心レンズ部
14 周辺レンズ部
16 ボタン型光学レンズの溝
20 ボウル型光学レンズ
22 羽部
24 ガイド部
26 ボウル型光学レンズの溝
100 バックライトアセンブリ
110 光学パッケージ
112 発光ダイオード
114 ボタン型光学レンズ
120 電源供給基板
130 収納容器
132 底板部材
133 開口部
134 側壁部材
140 反射板
142 反射板の穴
150 光ミキシング部材
160 光学シート
162 拡散シート
164 プリズムシート
200 ディスプレイユニット
210 液晶表示パネル
212 アレイ基板
214 カラーフィルタ基板
220 データ側ＴＣＰ
230 ゲート側ＴＣＰ
240 統合回路印刷基板
300 トップシャーシ
400 リアケース
500 フロントケース

Claims (26)

1. 中心部に凹みを有する凸形状の中心レンズ部、及び、
   前記中心レンズ部の外側に形成された凹形状の周辺レンズ部、
   を含む光学レンズであり、
   外部の点光源から底部に入射した光の経路を調節し、前記中心レンズ部の中心部及び周辺部は、前記中心部に入射された光の屈折が、前記周辺部に入射された光の屈折よりも大きくなる曲面で形成され、前記中心部では光を弱めて出射し、前記周辺部では光を強めて出射し、
   前記周辺レンズ部は、前記周辺レンズ部に入射された光を全反射する曲面と、前記全反射された光を前記点光源の上方に対して側方に出射する側壁と、で形成されている光学レンズ。
2. 前記中心レンズ部の最も外側の高さが前記光学レンズの高さの最小値であり、前記周辺レンズ部の最も外側の高さが前記光学レンズの高さの最大値である、請求項１に記載の光学レンズ。
3. 前記周辺レンズ部の高さの最小値が実質的に2.1mmであり、前記周辺レンズ部の高さの最大値が実質的に3.6mmである、請求項１に記載の光学レンズ。
4. 前記周辺レンズ部の高さが4.5mm以下である、請求項１に記載の光学レンズ。
5. 前記周辺レンズ部の高さが3.6mm以下である、請求項１に記載の光学レンズ。
6. 前記中心レンズ部の中心の高さが実質的に3mmである、請求項５に記載の光学レンズ。
7. 前記中心レンズ部と前記周辺レンズ部との各屈折率が1.5である、請求項１に記載の光学レンズ。
8. 前記中心レンズ部と前記周辺レンズ部との各材質がＰＭＭＡである、請求項１に記載の光学レンズ。
9. 前記中心レンズ部の平面形状が円形状であり、前記周辺レンズ部の平面形状が、前記中心レンズ部を囲むドーナツ形状である、請求項１に記載の光学レンズ。
10. 前記ドーナツ形状の幅が前記中心レンズ部の半径以上である、請求項９に記載の光学レンズ。
11. 前記中心レンズ部の凸形状が複数の異なる曲率によって決定され、前記周辺レンズ部の凹形状が複数の異なる曲率によって決定されている、請求項１に記載の光学レンズ。
12. 前記凸形状が中心から周辺へ向かう順に、
    前記凸形状の突出方向とは逆方向に曲率中心を持つ曲率半径2.76mmの曲面、曲率半径1.98mmの曲面、及び曲率半径2.15mmの曲面、並びに、
    前記凸形状の突出方向に曲率中心を持つ曲率半径13.74mmの曲面と曲率半径22.97mmの曲面、を含む、請求項１１に記載の光学レンズ。
13. 前記凹形状が中心から周辺へ向かう順に、前記凹形状の陥没方向とは逆方向に曲率中心を持つ曲率半径4.07mmの曲面と曲率半径2.70mmの曲面とを含む、請求項５に記載の光学レンズ。
14. 前記中心レンズ部の半径が実質的に3.5mmであり、前記周辺レンズ部の半径方向の幅が実質的に2.5mmである、請求項１に記載の光学レンズ。
15. 発光部、及び、
    前記請求項１の光学レンズ、
    を有する光学パッケージ。
16. 前記発光部が点光源又は発光ダイオードである、請求項１５に記載の光学パッケージ。
17. 前記中心レンズ部の底部には、前記発光部を収容するための溝が形成されている、請求項１５に記載の光学パッケージ。
18. 前記光学レンズの前記溝が前記発光部と密着している、請求項１７に記載の光学パッケージ。
19. 前記溝には空気層が形成され、前記発光部から出射された光が前記空気層を通して前記光学レンズに入射する、請求項１７に記載の光学パッケージ。
20. 前記中心部の配光角が実質的に±60°である、請求項１５に記載の光学パッケージ。
21. 前記周辺部の配光角が実質的に±80°である、請求項１５に記載の光学パッケージ。
22. 基板、
    前記基板に実装され、光を出射する発光ダイオード、
    前記請求項１に記載の光学レンズ、及び、
    前記発光ダイオードと前記光学レンズとの間に配置され、前記光学レンズから漏れた光を反射する反射板、
    を有するバックライトアセンブリ。
23. 前記中心部の凸形状が複数の異なる曲率によって決定され、前記周辺部の凹形状が複数の異なる曲率によって決定されている、請求項２２に記載のバックライトアセンブリ。
24. 光を用いて画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルに前記光を供給するバックライトアセンブリと、を備えた表示装置であり、
    前記バックライトアセンブリが、
    前記光を出射する発光ダイオード、及び
    前記請求項１の光学レンズ、
    を有する表示装置。
25. 前記バックライトアセンブリが、
    前記光学レンズから出射される光を拡散させて前記表示パネルに提供する拡散板、を更に含む、請求項２４に記載の表示装置。
26. 前記バックライトアセンブリが、
    前記発光ダイオードと前記光学レンズとの間に配置され、前記光学レンズから漏れた光を反射する反射板、
    を更に含む、請求項２４に記載の表示装置。

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