TWI509293B - 側出射型led透鏡、具有該透鏡的背光單元及顯示裝置 - Google Patents

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Description

側出射型LED透鏡、具有該透鏡的背光單元及顯示裝置
相關申請的交叉參考 本申請要求2012年12月18日向韓國智慧財產權局提交的韓國專利申請No. 10-2012-0147982的優先權，因此將該韓國專利申請的全部內容以引用的方式併入本文。 本發明總體上涉及側出射型發光二極體（light-emitting diode；LED）透鏡以及具有這種透鏡的背光單元（backlight unit；BLU）和顯示裝置，該側出射型LED透鏡被構造成使得能夠降低其整體體積。
通常，液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）被設置在用於電腦顯示器、TV等的顯示裝置中。這樣的LCD需要獨立的光源，因為它們自身不能產生光。 作為LCD的光源，使用諸如冷陰極螢光燈（cold cathode fluorescent lamp；CCFL）、外部電極螢光燈（external electrode fluorescent lamp；EEFL）、或多個發光二極體（LED）等幾種螢光燈。光源與導光板（light guide plate；LGP）、多個光學片、反射鏡板等一起設置於背光單元（BLU）上。 近來，在這些光源之中，LED作為下一代光源而引起了人們的興趣，這是由於它們耗電更少，具有良好的耐久性，且能降低製造成本。然而，當將LED用作光源時，光往往是在被侷限於有限區域的同時被出射。因此，為了將LED應用於諸如顯示裝置等的平面光源，需要使光均勻地分佈在更寬的區域上。 於是，近來，人們正在積極研究能夠執行這種功能的LED透鏡。美國專利No. 6, 679, 621中批露了“SIDE-EMITTING LED LENS（側出射型LED透鏡）”。然而，該發明具有與製造方面的困難相關的問題。 韓國專利No. 10-0639873批露了“SIDE-EMITTING LED AND LENS ADAPTED THERETO（側出射型LED和與其適應的透鏡）”。第1圖是示出了相關技術的透鏡的圖。 如第1圖所示，透鏡1具有入射面、上表面2和側表面3。該入射面包括凸表面4、入射表面5和較低的全反射表面6。入射表面5和較低的全反射表面6彼此連接且彼此交替。 利用該構造，由LED 7產生的一束光線進入入射面的凸表面4，然後穿過凸表面4沿大體上垂直的方向入射到上表面2。與此不同的是，由LED 7產生的另一束光線進入一個入射表面5，然後在沿大體上垂直的方向入射到上表面2之前，從較低的全反射表面6被反射。此外，沿大體上垂直的方向已經照射到上表面2的光從該上表面2被全部反射，從而穿過側表面3出射到外面。 然而，如在透鏡1中那樣，為了將沿大體上垂直的方向入射到上表面2的光全部反射，上表面2必須向上陡峭地傾斜。這顯著地增加了透鏡1的整體高度和透鏡1的整體體積，這些都可能成為問題。此外，當如此增加了透鏡1的整體體積時，用於製造透鏡1的材料成本也會增加，從而增加了透鏡的整體製造成本。 前述內容僅僅旨在説明理解本發明的背景，而不旨在表明本發明落入到已經知曉的相關技術的範圍內。
於是，本發明是因為認識到在相關技術中出現的上述問題而做出的，並且本發明旨在提供一種側出射型發光二極體（LED）透鏡，其能減小該透鏡的整體體積。 本發明還提供了一種側出射型LED透鏡，其中當LED光源是平面光源而不是點光源時，能提高整體光效率。 為了實現至少一個上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種側出射型LED透鏡，其致使從LED發出的光穿過該透鏡的側表面從該透鏡出射。該側出射型LED透鏡包括：下表面，其具有入射表面，從LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡中；上表面，其反射已經經過該入射表面進入該透鏡中然後直接入射到該上表面的光；以及側表面，其將該下表面連接至該上表面，直接入射到該側表面的光---該光是從該上表面被反射的，且來源於已經經過該入射表面進入該透鏡中的光---經過該側表面從該透鏡出射。該入射表面包括：中心區域，其還包括該LED的光軸，這裡該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能夠減小該透鏡的高度；以及周邊區域，其與該中心區域連接，這裡該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能夠減小該透鏡的寬度或半徑。 根據本發明的另一方面，提供了一種背光單元，其包括：LED光源；以及放置於該LED光源上方的上述LED透鏡。 根據本發明的又一方面，提供了一種顯示裝置，其包括：LED光源；以及放置於該LED光源上方的上述LED透鏡。 根據具有上述構造的本發明的一個方面，由於該入射表面的所包含的該中心區域，所以能夠減小該側出射型LED透鏡的高度，且由於該入射表面的所包含的該周邊區域，所以能夠減小該側出射型LED透鏡的寬度，由此減小了該透鏡的整體體積。所以，這能夠降低材料成本，且因而降低該側出射型LED透鏡的整體製造成本。 此外，由於LED光源是平面光源而不是點光源，所以本發明的側出射型LED透鏡解決了LED的整體光效率。
現在，參照附圖，將詳細地敘述本發明的各實施例，以便本發明所屬領域的普通技術人員能容易地實施本發明。 本發明旨在不僅覆蓋各示例性實施例，而且還覆蓋各種替代、修改、等同物和其他實施例（在附圖中圖示了和在下面說明了它們的示例）。然而，應當理解的是，本說明書並不旨在將本發明限制於這些示例性實施例，而是應當包括不背離權利要求書所界定的本發明要旨的所有更改、等同物和替換。 在附圖中，為了對說明書的清楚理解，可能誇大了相對厚度和尺寸，且因此，本發明並不侷限於附圖中所圖示的相對尺寸或厚度。 本發明涉及一種側出射型LED透鏡，其能夠減小整體體積從而降低材料成本，且其通過將LED光源考慮為平面光源來提高光效率。此外，本發明涉及一種包括上述LED透鏡的背光單元（BLU）和一種包括上述LED透鏡的顯示裝置。然而，這裡除了詳細說明本發明的LED透鏡的構造以外，將會省略對背光單元和顯示裝置的構造的詳細說明，這是因為本發明所屬領域的普通技術人員能夠容易地實施它們。 第2圖是示出了本發明的一個實施例的側出射型LED透鏡的垂直截面圖。 參照第2圖，本發明的側出射型LED透鏡10包括下表面20、上表面30以及將下表面20連接至上表面30的側表面40。 下表面20具有入射表面100，從發光二極體（LED，下面均稱為“LED”）發出的光入射到入射表面100上。入射表面100能夠被形成為位於下表面20的中心部分中的凹部21的內表面。 此外，入射表面100包括上入射表面110和側入射表面120。上入射表面110將光線L1和L2引導至上表面30。來自於從LED 11發出的光線之中的光線L1和L2處在相對於光軸12的預設角度範圍內。側入射表面120將來自於從LED 11發出的光線之中的不入射到上入射表面110的光線L3引導至側表面40。 上入射表面110包括中心區域112和周邊區域114。中心區域112通過將從LED 11發出的光沿遠離光軸12的方向折射從而將該光以及沿LED 11的光軸12傳播的光引導至上表面30。周邊區域114被連接至中心區域112，並且通過將從LED 11發出的光沿趨近光軸12的方向折射從而將該光引導至上表面30。 中心區域112將從LED 11發出的且在光軸12附近傳播的光L1（即，朝著上入射表面110的中心部分發出的光L1）沿遠離光軸12的方向折射，以使得該光L1入射到上表面30。周邊區域114致使從LED 11發出的且是圍繞上入射表面110的周邊部分而發出的光L2沿趨近光軸12的方向發生折射，以使得該光L2入射到上表面30。側入射表面120將周邊區域114連接至下表面20，並且通過將不入射到上入射表面110的光L3折射從而將該光L3引導至側表面40。 在透鏡10中，根據具有上述構造的本發明，能夠實現下述效果：因為有中心區域112所以減小了透鏡10的高度（H），且因為有周邊區域114所以減小了透鏡10的寬度（W）。下文中將更詳細地說明這些。 雖然可以將上表面30設置成使其利用塗層或其他構件來將直接入射光反射，但優選地是，在光學上設計上表面30以使其能夠將入射光全部反射。此外，優選地是，在光學上設計側表面40以使其能夠將直接入射光出射到外面。下文中將會詳細地說明這些。 上表面30是一個關於LED 11的光軸12對稱的元件，並且它將在穿過入射表面100的上入射表面110的同時被折射、然後直接入射到上表面30的光L1和L2反射。側表面40是將下列光出射的元件：從上表面30反射過來的光L1和L2；以及在穿過側入射表面120的同時被折射、然後直接入射到側表面40的光L3。 側表面40能夠被構造成使其以預設角度θ向內傾斜。例如，側表面40能夠被形成為以相對於LED 11的光軸12的預設方位且在向上方向上向外伸展的斜面，或者具有向下彎曲的構造。因此，當通過注射成型來製造透鏡10時，能夠容易地除掉下模具（lower mold），從而使製造製程便利化。 典型地，LED透鏡是通過注射成型從具有良好透光率的透明材料被製成為一體結構（one-body structure），該具有良好透光率的透明材料例如是玻璃、甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）或聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）。雖然通過注射成型來製造這樣的LED透鏡需要多個模具，但是僅使用兩個模具（即，上模具和下模具）就能夠通過注射成型製造出本發明的LED透鏡10，並且由於側表面40被構造成使其向內和沿向下方向傾斜，因此沿向下方向能夠容易地移除下模具。 此外，本發明的透鏡10還包括腿部50，腿部50從下表面20的預設位置向下延伸以用於支撐該透鏡10。 此外，優選地是，在光學上設計上表面30以使其能夠將入射光全部反射。參照一些附圖，下面將給出上表面30的一些實施例的詳細說明。 第3圖是圖示了上表面30的一個實施例的圖。 參照第3圖，當將LED 11與LED 11的光軸12之間的交叉點設定為第一參考點P1時，上表面30被構造成滿足如下關係：
這裡，α1 是將上表面30中的點P連接至第一參考點P1的線與光軸12之間所界定的角度，R1 是從上表面30中的點P至第一參考點P1的距離，Δα1 是α1 的增量，ΔR1 是R1 的與Δα1 對應的增量（即，減小量或增大量），β1 是由點P處的法線13與上述線（即，將上表面30中的點P連接至第一參考點P1的線）所界定的角度，並且n是透鏡10的材料的折射率。 第4圖和第5圖是圖示了上表面的一些替代實施例的圖。 與第3圖所示的實施例不同，第4圖和第5圖中的上表面30的光學條件適用於當LED 11的光源是平面光源而不是點光源時的情況。事實上，透鏡10的體積不會顯著地大於LED 11的體積。因此，優選的是，當設計透鏡10時，LED 11是平面光源。 首先，參照第4圖，當LED 11的光源是平面光源而不是點光源時，不僅必須考慮從LED 11的中心（即，第一參考點P1）發出的光，還必須考慮從LED 11的相對端點P2和P3發出的光。在這種情況下，光線L5從LED 11的端點P2發出之後入射到點P，該端點P2與點P相對於光軸12處於同一側。可以理解的是，光L5與點P處的法線13之間所界定的角度θ1 小於法線13與從相對端點P3發出之後入射到點P的光線之間所界定的角度。因此，當上表面30被構造成使其能夠將從LED 11的相對於光軸12處於同一側的端點P2發出的入射光L5全部反射時，且即使LED 11是平面光源時，上表面30能夠將從LED 11發出的基本上所有的入射光都全部反射。 參照第5圖來說明上述這個光學條件，當LED 11的與上表面30上的點P相對於光軸12處於同一側的端點P2被設定為第二參考點P2時，上表面30可以被構造成滿足如下關係：
這裡，α2 是將上表面30上的點P連接至第二參考點P2的線與平行於光軸12的參考軸15之間所界定的角度，R2 是從上表面30上的點P至第二參考點P2的距離，Δα2 是α2 的增量，ΔR2 是R2 的與Δα2 對應的增量，並且n是透鏡10的材料的折射率。 同樣，優選的是，在光學上設計側表面40以使其能夠將直接入射到其上的光出射到透鏡10的外面。參照相應的附圖，下文中將給出側表面40的一些實施例的詳細說明。 第6圖是圖示了側表面的一個實施例的圖。參照第6圖，當將光軸12與LED 11之間的交叉點設定為第一參考點P1時，側表面40可以被構造成滿足如下關係：
這裡，α3 是將側表面40上的點P連接至第一參考點P1的線與垂直於光軸12的水準軸16之間所界定的角度，R3 是從側表面40上的點P到第一參考點P1的距離，Δα3 是α3 的增量，ΔR3 是R3 的與Δα3 對應的增量，並且n是透鏡10的材料的折射率。 第7圖和第8圖是圖示了側表面的一些替代實施例的圖。 與第6圖所示的前述實施例不同，第7圖和第8圖所示的側表面40的光學條件適用於當LED 11是平面光源而不是點光源時的情況。 首先，參照第7圖，當LED 11是平面光源而不是點光源時，不僅必須考慮從LED 11的中心（即，第一參考點P1）發出的光，還必須考慮從LED 11的相對端點P2和P3發出的光。在這種情況下，光線L6從LED 11的端點P2發出之後入射到側表面40上的點P，該端點P2與點P相對於光軸12處於同一側。可以理解的是，光L6與點P處的法線14所界定的角度θ2 大於法線14與從相對端點P3發出之後入射到點P的光線所界定的角度。因此，當側表面40被構造成能夠將來自LED 11的處於同一側的端點P2的入射光L6出射至透鏡10的外面時，且即使LED 11是平面光源時，側表面40能夠將來自LED 11的基本上所有的入射光都出射至透鏡10的外面。 參照第8圖來說明上述這個光學條件，當LED 11的與側表面40上的點P相對於光軸12處於同一側的端點P2被設定為第二參考點P2時，側表面40可以被構造成滿足如下關係：
這裡，α4 是將側表面40上的點P連接至第二參考點P2的線與垂直於光軸12的水準軸16所界定的角度，R4 是從側表面40上的點P到第二參考點P2的距離，Δα4 是α4 的增量，ΔR4 是R4 的與Δα4 對應的增量，並且n是透鏡10的材料的折射率。 在透鏡10中，根據如上該的本發明，由於包含了入射表面100的中心區域112，因而能夠減小高度（H），且由於包含了入射表面100的周邊區域114，因而能夠減小寬度（W）。下面將給出根據本發明均能夠減小透鏡10的體積的中心區域112和周邊區域114的構造和作用的詳細說明。 第9圖是圖示了中心區域112的構造和作用的圖。 如第9圖所示，當入射表面100的中心區域112將從LED 11的光軸12周圍發出的光線L1沿遠離光軸12的方向（用箭頭a1 表示的方向）折射以使光L1入射到上表面30時，入射到上表面30的光L1與光軸12之間所界定的角度增大了。因此，能夠減小用於將光L1全部反射的上表面30的向上傾斜角度。相比之下，當從LED 11發出的光線沿平行於光軸12的大體上垂直的方向入射到上表面30時，如在相關技術中那樣，用於將光L7全部反射的上表面30的向上傾斜角度需要非常大。也就是說，如第9圖所示，在本發明的透鏡10中，由於透鏡10的中心區域112，因而透鏡10的高度能夠被減小約H。 這樣，為了將入射到中心區域112上的點P4處的光L1沿遠離光軸12的方向折射，中心區域112可以被構造成使其沿遠離光軸12的方向向下取向。在這種情況下，中心區域112與周邊區域114之間的交叉點P5是中心區域112的最低端。 例如，如第9圖所示，能夠用其峰值點處於光軸12上的曲線來形成中心區域112的垂直截面。在另一實施例中，中心區域112的垂直截面可以具有以預設角度向下取向的線性形狀，也可以是向下凸的形狀或者向上凸的形狀。此外，在中心區域112中可以存在拐點P6，以使得中心區域112能夠在交叉點P5處具有平滑的彎曲形狀。 第10圖是圖示了周邊區域114的構造和作用的圖。 如第10圖所示，入射表面100的周邊區域114通過將入射到周邊區域114上所存在的點P7處的光線L2沿趨近光軸12的方向（箭頭a2 的方向）折射從而將該光線L2引導至上表面30。當光L2入射到上表面30時，光L2變得更接近於光軸12。因此，通過變得更接近於光軸12，就能夠減小透鏡10的寬度（或半徑）。具體地，光線L8入射到周邊區域114的邊緣上的端點P8處，然後在端點P8處被折射，以使得光線L8入射到本發明的透鏡10的上表面30上的點（即，上表面30的邊緣上的端點P9）。如第10圖所示，當周邊區域114將光L8沿趨近光軸12的方向折射時，就能夠將上表面30的邊緣上的端點從P9'改變至P9，因而將透鏡10的寬度減小了大約寬度W。因此，周邊區域114將入射到周邊區域114上的點P7處的光L2沿著趨近光軸12的方向越折射，透鏡10的寬度就越減小。特別地，當通過光越接近於周邊區域114的邊緣使該光發生折射的角度越大時，能夠直接地將透鏡10的寬度減小一個較大的量。 為了將入射到周邊區域114上的點P7處的光L2沿趨近光軸12的方向折射，周邊區域114可以被構造成使其沿遠離光軸12的方向向上傾斜。在這種情況下，中心區域112與周邊區域114之間的交叉點P5變為中心區域112的最低點和周邊區域114的最低點。也就是說，交叉點P5變為上入射表面110的最低端。 例如，如第10圖所示，周邊區域114的垂直截面可以是沿遠離光軸12的方向更加指向上方的曲線。在另一實施例中，周邊區域114的垂直截面可以由以預設角度向上傾斜的直線形成，或者具有向下凸的形狀。優選的是，周邊區域114被構造成使切線的傾斜沿趨近周邊區域114的邊緣的方向而增大。在向上傾斜（即，切線的傾斜）的增量沿趨近周邊區域114的邊緣的方向而增大的這一構造中，沿趨近光軸12的方向的折射角度在周邊區域114上的端點P8處達到最大值。因此，能夠直接地將透鏡10的寬度減小至最小量，這是更好的方案。 第11圖是示出了本發明的另一實施例的透鏡的垂直截面圖。 參照第11圖，該實施例的透鏡10被構造成使得中心區域112的截面具有沿遠離光軸12的方向向下傾斜的線性形狀，且周邊區域114的截面具有沿遠離光軸12的方向向上傾斜的線性形狀。在這種情況下，中心區域112與周邊區域114之間的交叉點P5是最底點（nadir），該最底點是上入射表面110的最低端。然而，如前該，本發明的透鏡10不侷限於中心區域112和周邊區域114的特定形狀，而是可以具有能夠減小透鏡10的高度（H）和寬度（W）的任意形狀。 第12圖是圖示了周邊區域114的理想條件的圖。 參照第12圖，為了像所預期的那樣減少和控制從LED 11發出的光的損失，周邊區域114必須被構造成使得從LED 11發出之後入射到周邊區域114的邊緣上的端點P8處的光線L9在傳播至端點P8的同時不會入射到周邊區域114的任何其他點。特別地，當LED 11的光源是平面光源而不是點光源時，不僅必須考慮從LED 11的中心處的第一參考點P1發出的光，還必須考慮從LED 11的相對端點P2和P3發出的光。如第12圖所示，當從LED 11的端點P3（該端點P3與周邊區域114的邊緣上的端點P8相對於光軸12處於相反側）發出的光L9入射到端點P8時，如果光L9的路徑未被周邊區域114改變，那麼從LED 11的其他點P1和P2發出的光也將會滿足同樣的條件。 因此，優選的是，周邊區域114與中心區域112之間的交叉點P5（即，上入射表面110的最低點P5）位於將周邊區域114的邊緣上的端點P8與LED 11的端點P3（其與端點P8相對於光軸12處於相反側）連接起來的虛構直線上。另外，還優選的是，周邊區域114位於該虛構直線上。 第13圖是圖示了本發明的透鏡的體積確定的示例的圖。第13圖圖示了如下的示例：該示例中，通過計算隨周邊區域114的形狀而定的透鏡10的上邊緣處的端點P9的位置來確定透鏡10的寬度（或半徑），基於這樣確定的寬度（或半徑）來確定透鏡10的整體體積。 能夠利用入射表面100的中心區域112和周邊區域114來確定本發明的透鏡10的體積（即，高度和寬度）。具體地，從LED 11發出之後入射到周邊區域114的邊緣上的端點P8處的光L9在該端點P8處沿趨近光軸12的方向被折射，折射光L8照射到上表面30上的那一點就成為透鏡10的上邊緣處的端點P9。也就是說，透鏡10的寬度（或半徑）是依賴於從LED 11發出的光L9在周邊區域114的端點P8處發生折射的角度而確定的。折射的角度依賴於周邊區域114的在端點P8處的形狀而變化。這裡，當LED 11是點光源時，入射到周邊區域114的端點P8處的光L9可以是從第一參考點P1或LED 11的中心發出的光線。當LED 11是平面光源時，光L9可以是從LED 11的端點P3（該端點P3與端點P8相對於光軸12處於相反側）發出的光線。將會參照附圖對此進行詳細說明。 透鏡10的寬度（或半徑）滿足下列公式： W1 = W2 +W3 ； tanθ2 = W3 /(H1 -H2 ) a W3 = (H1 -H2 )·tanθ2 ；以及 n·sinθ￠2 =sinθ￠1 (θ￠1 = θ1 +α, θ￠2 =θ2 +α) a θ2 =sin-1 ((1/n)·sin(θ1 +α))-α。 這裡，n是透鏡10的材料的折射率，W1 是透鏡10的寬度（或半徑）（即，從光軸12至透鏡10的上邊緣處的端點P9（折射光L8在該端點P9處照射到上表面30）的距離或半徑），W2 是從光軸12至周邊區域114的邊緣上的端點P8的距離（寬度或半徑），W3 是從周邊區域114的邊緣上的端點P8至透鏡10的上邊緣處的端點P9的距離，H1 是透鏡10的高度（即，上邊緣處的端點P9的高度），H2 是周邊區域114的邊緣上的端點P8的高度，θ1 是光軸12與從第一參考點P1（即，光軸12與LED 11之間的交叉點P1，或者LED 11的與端點P8相對於光軸12處於相反側的端點P3）發出之後入射到端點P8處的光L9之間所界定的角度，θ￠1 是光L9在端點P8處的入射角度，α是端點P8處的法線18與虛構垂線19（該虛構垂線19與光軸12平行）之間所界定的角度，θ2 是折射光L8（其是由於入射光L9在端點P8處的折射而產生的）與垂線19之間所界定的角度，並且θ￠2 是光L8在端點P8處的折射角度。 第14圖和第15圖是示出了本發明的一個實施例的透鏡的示意性平面圖。 參照第14圖和第15圖，當從上方觀察時，本發明的一個實施例的透鏡10可以具有大體上呈圓形的形狀。如第14圖所示，在與LED 11相距預設距離處可以設置有多個腿部50，這些腿部50以相對於LED 11的預設角度θ佈置著。如第15圖所示，可以在與LED 11相距預設距離處連續地設置有腿部50，以使該腿部具有大體上呈圓形的邊（rim）。 根據上面提出的本發明，能夠通過減小側出射型LED透鏡的整體體積來降低該透鏡的材料成本，且能夠通過使用平面光源作為LED光源來提高LED的光效率。可以將側出射型LED透鏡的各實施例修改為多種形式。於是應當理解，本發明不侷限於本說明書中所公開的各實施例，且本領域普通技術人員所顯而易見的修改也落入本發明的範圍之內。。
1、10．．．透鏡
2、30．．．上表面
3、40．．．側表面
4．．．凸表面
5、100．．．入射表面
6．．．全反射表面
7、11．．．LED
12．．．光軸
13、14、18．．．法線
15．．．參考軸
16．．．水準軸
19．．．虛構垂線
20．．．下表面
21．．．凹部
50．．．腿部
110．．．上入射表面
112．．．中心區域
114．．．周邊區域
120．．．側入射表面
a1 、a2 ．．．箭頭
H、H1 、H2 ．．．高度
L1、L7、L9．．．光
L1、L2、L3、L5、L6、L9．．．光線
L8．．．光線、折射光
LED．．．發光二極體(light-emitting diode)
P、P4、P7．．．點
P1．．．參考點
P2．．．端點、參考點
P3、P8、P9、P9'．．．端點
P5．．．交叉點
P6．．．拐點
R1 、R2 、R3 、R4 、W3 ．．．距離
W、W1 、W2 ．．．寬度
α、α1 、α2 、α3 、α4 、β1 、θ1 、θ2 ．．．角度
θ．．．預設角度
θ' 1 、θ' 2 ．．．入射角度
△α1 、△α2 、△α3 、△α4 、△R1 、△R2 、△R3 、△R4 ．．．增量
根據下面的結合附圖所做出的詳細說明，將會更清楚地理解本發明的上述和別的目的、特徵和其他優勢。在附圖中： 第1圖是示出了相關技術的透鏡的垂直截面圖； 第2圖是示出了本發明的一個實施例的側出射型LED透鏡的垂直截面圖； 第3圖至第5圖是圖示了上表面的一些實施例的圖； 第6圖至第8圖是圖示了側表面的一些實施例的圖； 第9圖是圖示了中心區域的構造和作用的圖； 第10圖是圖示了周邊區域的構造和作用的圖； 第11圖是示出了本發明的另一實施例的透鏡的垂直截面圖； 第12圖是圖示了周邊區域的理想條件的圖； 第13圖是圖示了本發明的透鏡的體積確定的示例的圖；以及 第14圖和第15圖是示出了本發明的實施例的透鏡的示意平面圖。
10．．．側出射型LED透鏡
11．．．LED
12．．．光軸
20．．．下表面
21．．．凹部
30．．．上表面
40．．．側表面
50．．．腿部
100．．．入射表面
110．．．上入射表面
112．．．中心區域
114．．．周邊區域
120．．．側入射表面
L1、L2、L3．．．光線
LED．．．發光二極體(light-emitting diode)

Claims (11)

  1. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中該中心區域的形狀是沿遠離該光軸的方向向下傾斜的，且該周邊區域的形狀是沿遠離該光軸的方向向上傾斜的；其中該中心區域的垂直截面具有峰值點處於該光軸上以及拐點的彎曲形狀，且該周邊區域的垂直截面具有沿遠離該光軸的方向更加指向上方的彎曲形狀。
  2. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光， 該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，當將該LED與該LED的該光軸之間的交叉點設定為第一參考點(P1)時，該上表面被構造成滿足公式1的關係： 這裡，α1 是將該上表面上的預定點連接至該第一參考點(P1)的線與該光軸之間所界定的角度，R1 是從該上表面上的該預定點至該第一參考點(P1)的距離，△α1 是α1 的增量，△R1 是R1 的與△α1 對應的增量，並且n是該透鏡的材料的折射率。
  3. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發 出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，當該LED的與該上表面上的預定點相對於該光軸處於同一側的端點被設定為第二參考點(P2)時，該上表面被構造成滿足公式2的關係： 這裡，α2 是將該上表面上的該預定點連接至該第二參考點(P2)的線與平行於該光軸的參考軸之間所界定的角度，R2 是從該上表面上的該預定點至該第二參考點(P2)的距離，△α2 是α2 的增量，△R2 是R2 的與△α2 對應的增量，並且n是該透鏡的材料的折射率。
  4. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出 的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，當將該光軸和該LED之間的交叉點設定為第一參考點(P1)時，該側表面被構造成滿足公式3的關係： 這裡，α3 是將該側表面上的預定點連接至該第一參考點(P1)的線與垂直於該光軸的水準軸之間所界定的角度，R3 是從該側表面上的該預定點至該第一參考點(P1)的距離，△α3 是α3 的增量，△R3 是R3 的與△α3 對應的增量，並且n是該透鏡的材料的折射率。
  5. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該 透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，當該LED的與該側表面上的預定點相對於該光軸處於同一側的端點被設定為第二參考點(P2)時，該側表面被構造成滿足公式4的關係： 這裡，α4 是將該側表面上的該預定點連接至該第二參考點(P2)的線與垂直於該光軸的水準軸之間所界定的角度，R4 是從該側表面上的該預定點至該第二參考點(P2)的距離，△α4 是α4 的增量，△R4 是R4 的與△α4 對應的增量，並且n是該透鏡的材料的折射率。
  6. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，該側表面為一斜面，該斜面是以相對於該LED的該光軸的一預設 角度從該上表面至該下表面向內傾斜的。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的側出射型LED透鏡，其還包括腿部，該腿部從該下表面的預定位置向下延伸以支撐該透鏡。
  8. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，在垂直截面中從該光軸至該上表面的邊緣上的端點的距離或寬度滿足公式5：W1 =W2 +(H1 -H2 )．tan(sin-1 ((1/n)．sin(θ1 +α))-α) 公式5這裡，W1 是從該光軸至該上表面的該邊緣上的該端點的距離或寬度，W2 是從該光軸至該周邊區域的邊緣上的端點的距離、寬度或半徑，H1 是該透鏡的高度或者該上表面的該邊緣上的該端點處的高度，H2 是該周邊區域的該邊緣上的該端點處的高度，n是該透鏡的材料的折射率，θ1 是該光軸與從該光軸和該LED之間的交叉點發出之後、入射到該周邊區域的該邊緣上 的該端點處的光之間所界定的角度，並且α是該周邊區域的該邊緣上的該端點處的法線與虛構垂線之間所界定的角度，該虛構垂線平行於該光軸。
  9. 一種側出射型LED透鏡，其使從LED發出的光經過該透鏡的側表面從該透鏡出射，該透鏡包括上表面、下表面和側表面，該上表面反射已經經過入射表面進入該透鏡然後直接入射到該上表面的光，該下表面具有該入射表面，從該LED發出的光經過該入射表面進入該透鏡，該入射表面包括：中心區域，它包括該LED的光軸，其中該中心區域通過將從該LED發出的光沿遠離該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的高度；以及周邊區域，它與該中心區域連接，其中該周邊區域通過將從該LED發出的光沿趨近該光軸的方向折射來將該光引導至該上表面，由此能減小該透鏡的寬度或半徑，該側表面將該下表面連接至該上表面，並且已經經過該入射表面進入該透鏡的光之中的直接入射到該側表面的光和從該上表面反射的光均經過該側表面從該透鏡出射；其中，在垂直截面中從該光軸至該上表面的邊緣上的端點的距離或寬度滿足公式5：W1 =W2 +(H1 -H2 )．tan(sin-1 ((1/n)．sin(θ1 +α))-α) 公式5這裡，W1 是從該光軸至該上表面的該邊緣上的該端點的距離或寬度，W2 是從該光軸至該周邊區域的邊緣上的端點的距離、寬度或半徑，H1 是該透鏡的高度或者該上表面的該邊緣上的該端點處的高度，H2 是該周邊區域的該邊緣上的端點處的高度，n是該透鏡的材料的折射率，θ1 是該光軸與從該LED的與該周邊區域的該邊緣上的該端點處於相反側的端點發出之後、入射到該周邊區域的該邊緣上的該端點處的光之間所界定的角度，並且α 是該周邊區域的該邊緣上的該端點處的法線與虛構垂線之間所界定的角度，該虛構垂線平行於該光軸。
  10. 一種背光單元，其包括：LED光源；以及申請專利範圍第1項所述的側出射型LED透鏡，它放置於該LED光源上方。
  11. 一種顯示裝置，其包括：LED光源；以及申請專利範圍第1項所述的側出射型LED透鏡，它放置於該LED光源上方。
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