TW201443368A

TW201443368A - 光學透鏡

Info

Publication number: TW201443368A
Application number: TW102137719A
Authority: TW
Inventors: Hae-Woon Jeong; Hidenori Nonaka
Original assignee: Hae-Woon Jeong; Asiabridge Japan Co Ltd; J Tek Co Ltd
Priority date: 2013-05-01
Filing date: 2013-10-18
Publication date: 2014-11-16
Also published as: JP5735669B2; CN104132304A; KR101301206B1; US9488814B2; JP2014220230A; US20140328069A1

Abstract

本發明涉及光學透鏡，更具體地涉及對光軸部位的光量減少進行最小化，從而形成對於非照明部件的均勻亮度分佈，從而可提高光的亮度。為此，本發明提供一種光學透鏡，其包括：凹陷部，其用於接收照明元件的光；入射面，其形成凹陷部並入射照明元件的光；出射面，其用於出射通過入射面所入射的光，上述光學透鏡，其特徵在於，上述出射面形成有折射防止部，上述折射防止部從出射面凸出形成為一體，從而對通過出射面所出射的光軸L附近的光不進行折射而直線前進，並且出射有光的折射防止部的表面包括有直交面，其相對於通過入射面所入射的光的前進方向進行直交，通過折射防止部的直交面所出射的光不產生折射，沿著通過入射面所入射的方向直線前進而出射。

Description

光學透鏡

本發明關於一種光學透鏡，更為具體地涉及在對照明元件的光進行擴散的過程中，對光軸部位的光量減少進行最小化，從而均勻對於非照明部件的亮度分佈，進而提高光的亮度。

習知以來，作為用於個人電腦(personal computer)或電視等的液晶顯示器的照明方法，將多個發光二極體(LED)用作點光源的平面光源裝置廣為人知。

上述平面光源裝置中，具有與液晶顯示面板幾乎相同形狀的板形光束控制部件(光學透鏡)，並且在其背面將多個LED配置為矩陣形狀。

上述來自於LED的光從光束控制部件的背面入射至光束控制部件的內部，從而從對立於其背面的出射面出射。

並且，通過上述出射光，對液晶顯示面板進行背光照明(back lighting)。

表現上述技術的幾類文獻有表示為如下：

(第一習知範例)

其為專利文獻1中提出的習知範例。如圖1a所示，根據此習知範例，在平面光源裝置10上配置有微透鏡陣列(Microlens array)12，以便多個LED 11分別一對一地對應，並且來自於LED 11的光通過微透鏡陣列(Microlens array)12向垂直於平面的方向(上方)射出。

(第二習知範例)

其為專利文獻2中提出的習知範例。如圖1b所示，根據此習知範例，發光顯示裝置13包括：LED 11、凹透鏡14、凸透鏡15。

來自於LED 11的光通過凹透鏡擴散後，通過凸透鏡15聚光，從而向幾乎平行於LED 11的“光軸”的方向出射。

此處，“光軸”是指從立體的出射光束中心的光的前進方向，上述立體的出射光束來自於作為點光源的LED 11。

(第三習知範例)

其為專利文獻3中提出的習知範例。如圖1c所示，根據此習知範例，提供將LED 11作為光源的顯示裝置16。

來自於LED 11的光通過聚光透鏡17聚光，從而導向至前方，並且接下來通過擴散透鏡18擴散。

(第四習知範例)

此習知範例中，提供如圖2所示的顯示裝置20。

顯示裝置20包括：多個LED晶片21、光擴散部件22、非照明部件(例如，液晶顯示面板)23，上述非照明部件利用透射光擴散部件22的光來進行照明。

各個LED晶片21中，將具有半球形出射面24的光束控制部件25固定於LED 26的出射面24，並且配置為等間距。

從各個LED晶片21出射的光中，透射光擴散部件22後，供給至非照明部件23。

但是，上述習知範例存在如下問題。

(1)第一習知範例：在平面光源裝置10中，作為相鄰LED 11的中間部分，具有微透鏡陣列12的形狀不連續的部分。

在此部分中，光的射出量急劇變化，因此在各個微透鏡陣列12的邊界部分出射光的明暗偏差會變大，從而很顯眼。

(2)第二習知範例：在發光顯示裝置13中的多個凹透鏡14連續相接，從而很難稱其形成有平面。

此外，多個凸透鏡15也多個連續相接，從而難於形成平面。

由此，例如類似於大型液晶顯示面板，對於大面積的非照明部件，難以供給均勻的面形照明。

(3)第三習知範例：在顯示裝置16中，將來自於LED 11的光通過聚光透鏡118進行聚光後，通過擴散透鏡18進行擴散。

由此，相比第一習知範例，則光的明暗差不顯眼。

但是，問題在於：來自於相鄰的多個LED 11的光彼此難以混合，從而各個LED 11間的發光顏色的偏差比較顯眼。

(4)第四習知範例：如圖3所示，第四習知範例的顯示裝置20中，對應於各個LED 26而出現的照明光的亮度的偏差變大為波形形狀。

由此，在各個LED 26間的照明光生成暗部，從而難以實現均勻的面形照明。

此外，如圖3的曲線(curve)A所示，在第四習知範例中，從各個LED晶片21所出射的光的光量(光強度)在LED 26的光軸L附近具有局部變大的傾向。

因此，問題在於：從相鄰的多個LED 26所發出的光彼此難以混合，從而各個LED 26間的發光色的偏差很顯眼。

為解決上述問題，在「韓國登記專利10-0971639號」、「韓國登記專利10-0977336號」等中提出光束控制部件(光學透鏡)，其對點光源所出射的光進行擴散，從而將LED所出射的光彼此混合，進而縮小發光色的偏差。

由此可知，將LED用於廣角照明時，一般將光學元件(光束控制部件)配置於LED的前面，上述光學元件(光束控制部件)將LED所散發的光變換為廣角。

換句話說，根據光學元件的材料的折射率及斯涅爾定律(Snell's law)，將LED所出射的光通過光學元件進行出射，從而變換為廣角擴散光後使用。

上述光束控制部件中，將作為點光源的LED所出射的光相對LED中心垂直線(光軸)出射為具有大約120°的擴散的光。

換句話說，光學設計為將LED的光所出射的光量強的部分，即，圖4a角度的光更大地擴散至c的角度。

但是，根據上述習知技術的光束控制部件(光學透鏡)具有如下問題。

雖然可將作為點光源的LED所出射的光擴散為廣角光，但如圖5所示，具有如下問題：出射光a部分的光變換為廣角光後，會導致光量的減少。

由此，隨著光的光度未最大化，則問題在於效率降低，並且當將其應用於背光照明(back lighting)時，為了對光度進行最大化，通過額外構成有類似於稜鏡板(Prism Sheet)的擴散板，則問題在於，從節省製造費用角度來講，降低了經濟性。

[先行技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2002-49326號公報

[專利文獻2]日本特開昭59-226381號公報

[專利文獻3]日本特開昭63-6702號公報

本發明為解決上述問題所提出，本發明的目的在於提供一種光學透鏡，將折射防止部形成於出射面中央部位，從而入射的光在通過折射防止部的同時，可不產生折射而直線前進地出射，從而對光軸部位的光量減少進行最小化，從而可均勻非照明部件的亮度分佈，並且提高光度。

本發明為實現上述目的，提供一種光學透鏡，其包括：凹陷部，其用於接收照明元件的光；入射面，其形成有凹陷部並入射有照明元件的光；出射面，其用於出射通過入射面所入射的光。上述光學透鏡，其特徵在於，上述出射面形成有折射防止部，上述折射防止部從出射面凸出形成為一體，從而對通過出射面所出射的光軸L附近的光不進行折射而直線前進，並且出射有光的折射防止部的表面包括有直交面，其相對於通過入射面所入射的光的前進方向進行直交，通過折射防止部的直交面所出射的光不產生折射，沿著通過入射面所入射的方向直線前進而出射。

此時，優選地，上述折射防止部的最大形成範圍為，從相當於照明元件所放出至入射面的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光學透鏡內部的入射角b間的出射面面積的20%範圍內。

此外，優選地，上述折射防止部以出射面的光軸L為中心，向同心圓方向形成為多個圓周形狀。

此外，上述折射防止部以出射面的光軸L為中心，形成為多個點(dot)形狀，並且優選地，上述點(dot)的縱截面形成為三角形狀，上述三角形狀具有相對於通過入射面所入射的光的前進方向直交的直交面。

本發明為實現上述目的，另提供一種光學透鏡，其包括：凹陷部，其用於接收照明元件的光；入射面，其形成有凹陷部並入射有照明元件的光；出射面，其用於出射通過入射面所入射的光。上述光學透鏡，其特徵在於：上述出射面形成有折射防止部，上述折射防止部從出射面凸出形成為一體，從而對通過出射面所出射的光軸L附近的光不進行折射而直線前進，並且上述折射防止部形成為圓錐形狀，上述圓錐形狀具有相對於通過入射面所入射的光的前進方向進行直交的任何一個母線，並且上述折射防止部在出射面形成為多個。

根據本發明的光學透鏡具有如下效果。

通過出射面出射至非照明部件的出射光的亮度均勻地進行照明。

換句話說，在出射面上形成多個折射防止部，以便從光學透鏡的內部通過出射面所出射的光，可不產生折射而直線前進，從而通過出射面的折射防止部的光不產生折射，並且朝向將要照明的非照明部件面上的中央，從而可對面上的中央部位的光量減少進行最小化。

由此，光學透鏡的特性上具有如下效果：可縮小對通過將光擴散為廣角的中央部位的光量減少，因此可對將要照明的面上的亮度分佈進行均勻化，並且可更加提高光的亮度。

並且具有如下效果：即使沒有用於均勻照明元件的亮度分佈的稜鏡片(Prism sheet)等擴散板的構成，也可提高背光照明(backlighting)的亮度，從而提高通過節省製造成本而帶來的經濟性。

100‧‧‧入射面

200‧‧‧出射面

300‧‧‧底面

400‧‧‧折射防止部

410‧‧‧直交面

500‧‧‧照明元件

L‧‧‧光軸

圖1係表示本發明之實施方式1之IC插座中之探針附近之放大剖面圖。

圖1a是表示根據先前技術的平面光源裝置的第一習知範例的概略圖。

圖1b是表示根據先前技術的平面光源裝置的第二習知範例的概略圖。

圖1c是表示根據先前技術的平面光源裝置的第三習知範例的概略圖。

圖2是表示根據先前技術的平面光源裝置的第四習知範例的概略圖。

圖3是表示根據先前技術的平面光源裝置的將光照射至非照明部件的光的強度分佈的曲線圖。

圖4是表示為了解決根據先前技術的第一習知範例至第四習知範例的問題，將照明元件的光擴散為廣角的狀態的照明元件的光所出射的方向的概略圖。

圖5是表示通過根據先前技術的光學透鏡，照明元件的光變換為廣角後擴散的過程中，離光軸越近，則光量越加減少，從而表現出亮度分佈不均勻的概略圖。

圖6是表示根據本發明的第一實施例的光學透鏡的立體圖。

圖7是表示對根據本發明的第一實施例的光學透鏡的要點進行放大的截面圖。

圖8是表示根據本發明的第一實施例的光學透鏡的截面圖。

圖9是表示透射根據本發明的實施例的光學透鏡的照明元件的光不產生折射，且直線前進狀態的圖。

圖10是表示根據本發明的第二實施例的光學透鏡的立體圖。

圖11是表示對根據本發明的實施例的光學透鏡的要點進行放大的截面圖。

圖12是表示根據本發明的第三實施例的光學透鏡的立體圖。

圖13是表示對根據本發明的第三實施例的光學透鏡的要點進行放大的截面圖。

圖14是表示透射根據本發明的實施例的光學透鏡的照明元件的光不產生折射，且直線前進狀態的圖。

圖15是表示對圖14的要點進行放大的圖，表示透射根據本發明的實施例的光學透鏡的光不產生折射，且直線前進透射折射防止部的直交的扁平的面的狀態的放大圖。

使用於本說明書及請求範圍的術語或單詞不限定解釋為一般的或詞典的意義，並且發明人為了將其本人的發明以最佳的方法進行說明，本著能夠將術語的概念進行恰當定義的原則，從而必須理解為符合本發明的技術思想的意義和概念。

以下，參照圖6至15，對根據本發明的優選實施例的光學透鏡進行說明。

光學透鏡又被稱為光學元件或光束控制部件，並且具有將照明元件所照射的光擴散為廣角的作用。

光學透鏡與照明元件一起被稱為照明裝置，並且用作液晶顯示面板等的顯示器裝置的背光照明裝置。

根據本發明的光學透鏡將照明元件的光擴散為廣角，並且具有如下技術特徵：在照明元件的光擴散為廣角的過程中，相對於靠近光量可減少的光軸的部位光量不減少，從而可均勻非照明部件的亮度分佈。

此時，光軸是指位於光的立體出射光束的中心的光的前進方向，上述光從照明元件出射。

由此，通過光學透鏡可提高所出射的光的亮度。

光學透鏡雖然優選地形成為以光軸為中心旋轉對稱的形狀，但是對於照明元件，不需要一定為旋轉對稱。換句話說，照明元件也可形成為直六面體的形狀。

此時，光學透鏡的材料優選為光透射性好的熱塑性的樹脂。

例如，優選地，光學透鏡的材料提供為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、環氧樹脂(epoxy resin)等透明樹脂或透明玻璃等。

此時，光學透鏡的折射率通常提供為1.45以上，1.65以下。

如圖6至圖8所示，光學透鏡有以下構成：作為內表面的入射面100、作為外表面的出射面200、連接入射面100和出射面200的底面300、形成於出射面的折射防止部400。

入射面100為了將照明元件500所出射的光透射光學透鏡，形成於最開始入射的部位，且光學透鏡的內側。

此時，如圖8所示，入射面100的截面形狀與光軸L垂直交叉，在光軸L附近輪廓線的傾斜變化較大，並且從光軸L分離的部分中輪廓線的變化不大，因此上述入射面100形成有凹陷的凹陷部。

此時，入射面100的截面形狀類似於梵鐘的形狀。

接下來，出射面200是通過入射面100入射至光學透鏡內部的光透射光學透鏡後出射至外部的部位，並且形成有光學透鏡的表面。

此時，出射面200的截面形狀形成為如下形狀：在光軸L附近的輪廓線的傾斜與光軸L大略垂直，傾斜變化較小，並且從光軸L分離的部分中，輪廓線的傾斜變化變大的同時，逐漸向與光軸L平行的方向變化。

此外，出射面200中的光軸L附近的形狀形成為凹陷的形狀，但並不限於此。

換句話說，光學透鏡中，入射面100和出射面200兩面全部對光的方向進行變化，因此光軸L附近的形狀不受限定，並且將光軸L附近的形狀可形成為凸出。

接下來，折射防止部400的作用在於，使得照明元件500的光不產生折射，而直線前進，上述照明元件的光通過入射面100透射至出射面200。

其為了使得對非照明部件的光軸L附近的光量減少進行最小化。

如圖9所示，光學透鏡的特性上，照明元件500所照射的光通過入射面100入射至光學透鏡的內部的同時，形成的廣角(θ2)大於從照明元件500至入射面100的廣角(θ1)，並且出射面200和通過上述出射面200所出射的廣角(θ4)大於入射至光學透鏡的內部的光和出射面200形成的廣角(θ3)，此為光的折射現象所致。

上述技術特性提出於「韓國登記專利10-0977336號」及「韓國登記專利10-0971639號」，在此省略詳細說明。

另外，如上所述，透射光學透鏡的光擴散的同時，光軸L附近的光量減少，透射光軸L附近的出射面300的光不產生折射，且按照光學透鏡的內部入射角進行前進，由此如圖9及圖14所示，可對光軸L附近的光量減少進行最小化。

具有上述技術特徵的折射防止部400形成於出射面200的光軸L附近，並且從出射面200凸出形成為一體。

此時，折射防止部400從出射面200的中央向同心圓方向形成。

此時，如圖9所示，優選地，形成於出射面200上的折射防止部400的最大形成範圍為，從照明元件500所出射至入射面100的光中相當於一半的光的角度a，至上述光折射至光學透鏡內部的入射角b間的出射面200面積的20%範圍內。

上述範圍為通過光學透鏡的照明元件500的光擴散時，光量的減少實現最多的範圍，在上述部位形成折射防止部400，從而通過出射面200的光通過折射防止部400透射的過程中，不產生折射而是直線前進。

由此，對非照明部件的光量減少進行最小化，從而可提高光的亮度。

另外，如圖6至圖8所示，折射防止部400的形狀可形成為圓周形狀。

其作為本發明的第一實施例而提出。

如上所述，根據本發明的第一實施例的折射防止部400從出射面200的中央向同心圓方向形成為圓周形狀。

換句話說，折射防止部400形成為類似於木框的形狀。

此時，如上所述，折射防止部400的最大形成範圍為，從相當於照明元件500所出射至入射面100的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光學透鏡內部的入射角b間的出射面200面積的20%範圍內。

此外，如圖15所示，折射防止部400的表面形成直交面410，上述直交面相對於通過入射面100所入射的光的前進方向，即相對於光線進行直交。

換句話說，通過入射面100所入射的光通過出射面200所出射的過程中，通過圓形(round)形狀的出射面200時，光雖然產生折射，但是光隨著通過形成折射防止部400表面一側的的直交面400，可不產生折射而按照直線前進。

其科學原理在於，直線前進的光，在通過相對於上述光的前進方向直交的面時，上述光不產生折射而直線前進。

此時，優選地折射防止部400的截面形狀雖然形成為三角形狀，但並不限定此。

上述折射防止部400中，相對於通過入射面100的光直交，換句話說，可形成直角表面的形狀。

並且，如圖10及圖11所示，折射防止部400的形狀也可形成為圓錐形狀。

其作為本發明的第二實施例而提出。

如上所述，根據本發明的第二實施例的折射防止部400形成為圓錐形狀，並且從出射面200的中央向出射面200的邊緣方向形成為多個。

換句話說，形成為圓錐形狀的折射防止部400的表面是從頂點向出射面200傾斜形成的母線的集合，因此圓錐形狀的表面任何一個母線可形成有相對於通過入射面100所入射的光的前進方向相交的支點，從而通過上述折射防止部400所出射的眾多的光中的任何一個不產生折射而直線前進。

另外，如上所述，此時折射防止部400的最大形成範圍為，從相當於照明元件500所出射至入射面100的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光學透鏡內部的入射角b間的出射面200面積的20%範圍內。

並且，如圖12及圖13所示，折射防止部400的形狀形成為從出射面200凸出形成的點(dot)形狀，並且點的縱截面形狀形成為三角形狀。

其作為本發明的第三實施例而提出。

此時，折射防止部400從出射面的中央向出射面200的邊緣形成為多個，並且如上所述，其最大形成範圍為，從相當於照明元件500所放出至入射面200的光中一半的光的角度a，至上述光折射至光學透鏡內部的入射角b間的出射面200面積的20%範圍內。

此時，折射防止部400的表面也形成直交面410，其相對於通過入射面100所入射的光的前進方向進行直交，因此通過上述折射防止部400的直交面410所出射的光不產生折射而是按照光的前進方向直線前進。

如上所述，對光學裝置的光的擴散進行說明，上述光學裝置設置有光學透鏡，上述光學透鏡形成有折射防止部400。

光學透鏡的下方設置有照明元件500，並且照明元件500向入射面100散發光。

此時，光通過入射面100向光學透鏡的內部折射的同時入射。

此後，如圖14所示，光通過出射面200向光學透鏡的外側出射，通過未形成有折射防止部400的出射面200所出射的光再次產生折射，從而對光進行擴散，並且通過形成有折射防止部400的部位所出射的光通過上述折射防止部400不產生折射而按照直線出射。

換句話說，透射折射防止部400的直交面410的光，不產生折射而按照直線向上前進，從而出射，由此可對光軸L部位的光量減少進行最小化，上述直交面相對於光的前進方向直交。

如目前為止所述，根據本發明的光學透鏡的技術特徵在於，在出射面200人為地一體形成多個折射防止部400。

換句話說，對照明元件500所照明的光進行擴散的過程中，作為光量減少部位的光學透鏡的光軸L部位形成有多個折射防止部400，從而透射上述折射防止部400的光不產生折射而向上方按照直線前進，上述多個折射防止部400具有相對於通過入射面所入射的光進行直交的直交面410。

由此，可對於光學透鏡的光軸L部位的光量減少進行最小化，因此可均勻對於非照明部件的亮度分佈，並且可提高光的亮度。

以上，對本發明所記載的具體例進行了詳細說明，但是對於所屬技術領域的人員來說明確的是，在本發明的技術思想範圍內可進行多種變形及修正，並且上述變形及修正必然屬於所附專利請求範圍。

100‧‧‧入射面

200‧‧‧出射面

300‧‧‧底面

400‧‧‧折射防止部

500‧‧‧照明元件

Claims

一種光學透鏡，其特徵在於，包括：凹陷部，其用於接收照明元件(500)的光；入射面(100)，其形成有凹陷部並入射有照明元件(500)的光；出射面(200)，其用於出射通過入射面(100)所入射的光；上述出射面(200)形成有折射防止部(400)，上述折射防止部從出射面(100)凸出形成為一體，從而對通過出射面(200)所出射的光軸(L)附近的光不進行折射而直線前進，並且出射有光的折射防止部(400)的表面包括有直交面(410)，其相對於通過入射面(100)所入射的光的前進方向進行直交，通過折射防止部(400)的直交面(410)所出射的光不產生折射，沿著通過入射面(100)所入射的方向直線前進而出射。
根據申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中上述折射防止部(400)的最大形成範圍為，從相當於照明元件(500)放出至入射面(100)的光中一半的光的角度(a)，至上述光折射至光學透鏡內部的入射角(b)間的出射面200面積的20%範圍內。
根據申請專利範圍第1或第2項所述之光學透鏡，其中上述折射防止部(400)以出射面(200)的光軸(L)為中心，向同心圓方向形成為多個圓周形狀。
一種光學透鏡，其特徵在於，包括：凹陷部，其用於接收照明元件(500)的光；入射面(100)，其形成有凹陷部並入射有照明元件(500)的光；出射面(200)，其用於出射通過入射面(100)所入射的光；上述出射面(200)形成有折射防止部(400)，上述折射防止部從出射面 (100)凸出形成為一體，從而對通過出射面(200)所出射的光軸(L)附近的光不進行折射而直線前進，並且上述折射防止部(400)形成為圓錐形狀，上述圓錐形狀具有相對於通過入射面(100)所入射的光的前進方向進行直交的任何一個母線，並且上述折射防止部(400)在出射面(200)形成為多個。
根據申請專利範圍第1或第2項所述之光學透鏡，其中上述折射防止部(400)以出射面(200)的光軸(L)為中心，形成為多個點(dot)形狀，並且，上述點(dot)的縱截面形成為三角形狀，上述三角形狀具有相對於通過入射面(100)所入射的光的前進方向直交的直交面(410)。