侧向出射型led透镜、具备该透镜的背光单元及显示装置的制造方法
侧向出射型led透镜、具备该透镜的背光单元及显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种侧向出射型LED透镜、具备该透镜的背光单元及显示装置，所述侧向出射型LED透镜使在LED发散的光朝向侧面出射。
【背景技术】
[0002]—般来讲，在用于计算机的显示屏或TV等的显示装置(display device)具备液晶显示器(Liquid Crystal Display，IXD)，而这种液晶显示器不能自行发光，因此，需要另行具备光源。
[0003]作为液晶显示器用光源，使用如冷阴极焚光灯(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)、夕卜置电极焚光灯(External Electrode Fluorescent Lamp,EEFL)等那样的几个焚光灯(fluorescent lamp)或使用多个发光二极管(Light Emitting D1de，LED)，这种光源与导光板、多个光学片、反射板等一起具备于背光单元(Back Light Unit，BLU)。
[0004]最近，这种光源中LED由于耗电少、耐久性优良且能够降低制造成本，因此，作为下一代光源而受人瞩目。然而，LED在用作光源的情况下，由于具有使光集中在狭窄的区域而发散的倾向，因此，为了将LED适用到如显示装置那样的面光源，有必要使光均匀地分布在宽广的区域。
[0005]因此，最近在积极进行对于执行这种功能的LED透镜的研宄，其中，作为代表性的现有技术，在美国授权专利第6679621号中公开有“SIDE EMITTING LED LENS”(侧发光LED透镜)。
[0006]这种侧向出射型LED透镜是使在LED发散的光朝向侧面出射的透镜，其具备反射面，该反射面使在LED发散而入射至透镜内部的光朝向侧面反射，而反射面能够将上表面施以反射涂层而形成，或者还能够以使上表面全反射所入射的光的方式形成。
[0007]然而，在将上表面施以反射涂层而形成反射面的情况下，在以透明物质通过注塑成型而制作透镜之后须在上表面另行实施反射涂层，从这一角度来讲，存在制造成本上升的问题，在以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层的情况下，存在着在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光变多的问题。
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]本发明旨在解决如上所述的问题，本发明提供一种侧向出射型LED透镜，该透镜在形成反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化。
[0010]解决问题方案
[0011]根据本发明的侧向出射型LED透镜，其使发自以面光源来发散光的LED芯片(LEDchip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜能够包括:底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面；上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及，侧面，其连接上述底面与上述上表面，并以使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成，上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的发光面的端点发散而向上述上表面上的任意点入射。
[0012]另一方式的根据本发明的侧向出射型LED透镜，其使发自以立体光源来发散光的LED芯片(LED chip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜能够包括:底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面；上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及，侧面，其连接上述底面与上述上表面，并使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射，上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的侧面下部端点发散而向上述上表面上的任意点入射。
[0013]另一方面，根据本发明的背光单元(Back Light Unit，BLU)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述背光单元其特征在于，在上述LED芯片上部具备具有如上所述的构成的透镜。
[0014]另外，根据本发明的显示装置(display device)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述显示装置其特征在于，在上述LED芯片上部具备具有如上所述的构成的透镜。
[0015]发明效果
[0016]具有如上所述的构成的根据本发明的侧向出射型LED透镜，在以使入射至透镜内部的光朝向侧面全反射的方式形成上表面时，由于将在LED芯片(LED chip)发散的光考虑成非为点光源(point source)的面光源(flat source)或立体光源(volume source)而形成，因此，与其相应地具有能够使透过上表面而朝向上部出射的光最少化的效果。
[0017]另外，根据本发明的侧向出射型LED透镜，在以使入射至透镜内部的光朝向侧面全反射的方式形成上表面时，由于考虑在LED芯片发散并向透镜内部入射的入射面的形状而形成，因此，与其相应地具有能够使透过上表面而朝向上部出射的光最少化的效果。
【附图说明】
[0018]图1是表示根据本发明的侧向出射型LED透镜的竖向剖视图。
[0019]图2是表示现有侧向出射型LED透镜的以上表面使所入射的光全反射的方式形成的状态的图。
[0020]图3和图4是用于说明如在根据本发明的透镜那样将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的上表面条件的图。
[0021]图5是用于说明考虑了入射面的形状的上表面的条件的图。
[0022]图6是概略地表示了在上表面具有发光面的LED芯片的一实施例的图。
[0023]图7是概略地表示了立体光源的LED芯片的图。
[0024]图8是说明将在LED芯片发散的光考虑成立体光源的情况下的上表面条件的图。
[0025]图9和图10是用于说明将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的侧面条件的图。
[0026]图11是用于说明将在LED芯片发散的光考虑成立体光源的情况下的侧面条件的图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照附图详细说明根据本发明的各实施例，以使本领域普通技术人员能够容易实施。
[0028]本发明允许进行各种修改以及变形，通过各附图来例示而表示其各特定实施例，以下将详细说明。然而，并无以所公开的特别的方式来限定本发明的意图，反而本发明包括与由各项权利要求所定义的本发明的思想一致的所有修改、等同、以及替代。
[0029]另一方面，附图中厚度以及大小是为了说明书的明确性而夸张的，因此，本发明并不由附图中所图示的相对大小或厚度所限制。
[0030]本发明涉及一种侧向出射型LED透镜，该透镜在形成使在LED芯片(LED chip)发散的光朝向侧面出射的反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化。另外，本发明涉及包括这种LED透镜的背光单元(Back Light Unit，BLU)和显示装置(display device) ο这里，背光单元和显示装置的除了根据本发明的LED透镜之外的其它构成是本领域普通技术人员所能够容易实施的事项，因此在本说明书中省略对其的详细说明。
[0031]图1是表示根据本发明的侧向出射型LED透镜的竖向剖视图。
[0032]参照图1，根据本发明的侧向出射用发光二极管(Light Emitting D1de,LED)透镜10由底面20、上表面30、以及连接底面20和上表面30的侧面40构成。
[0033]底面20具备在安装于电路板(circuit board) 9上的LED芯片(LED chip) 11发散的光向透镜10内部入射的入射面100，入射面100能够由形成于底面20的中心部的槽部21的内表面构成。如图1所示，如此地由槽部21的内表面构成的入射面100的形状虽然能够以大致圆形的形状构成以使在LED芯片11发散的光径直向透镜10内部入射而不会折射，但本发明并不限定于此，入射面100的形状还能够以多种形态构成使得在LED芯片11发散的光折射而向透镜10内部入射。
[0034]上表面30以使在LED芯片11发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向上表面30入射的光LI朝向侧面40全反射的方式形成，侧面40以使在上表面30所全反射的光L2朝向透镜10外部出射的方式形成。侧面40尤其以使在LED芯片11发散并透过入射面100而入 射至透镜10内部的光中直接向侧面40入射的光L3朝向透镜10外部出射的方式形成。对其的详细说明将在后面叙述。
[0035]另外，侧面40能够构成为以光轴12为基准越趋向上方就越以预定角度Θ张开的形状，或者能够构成为以光轴12为基准越趋向下方就越以预定角度Θ张开的形状。如图1所示，例如侧面40还能够构成为以光轴12为基准越趋向上方就越以一定的倾斜度Θ张开的倾斜面，或者，虽然未在附图中图示但能够构成为朝向下方弯曲的形状，或者，还能够构成为以光轴12为基准越趋向下方就越以一定的倾斜度张开的倾斜面，构成为朝向上方弯曲的形状亦可。即、侧面40能够构成为以光轴12为基准朝向上方或下方即朝向一个方向张开的形态，而这样一来，在通过注塑成型而制作透镜10的情况下，由于能够容易分离下部金属模，因此能够容易进行透镜10的制造。
[0036]—般来讲，LED透镜能够以玻璃、甲基丙稀酸甲醋(Methylmethacrylate)、聚甲基丙稀酸甲醋(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸醋(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇醋(PolyEthylenTerephthalate，PET)等透射率优良的透明的物质通过注塑成型(inject1n molding)而制成一体(one-body)，在这样通过注塑成型而制作透镜时，需要使用多个金属模，但根据本发明的透镜10由于侧面40形状构成为以光轴12为基准朝向上方或下方即朝向一个方向张开的形态，因此，仅凭上部金属模和下部金属模这两个金属模就能够进行注塑成型，另外，使得上部金属模的向上分离以及下部金属模的向下分离能够容易进行。
[0037]另外，根据本发明的透镜10能够进一步包括从底面20的预定位置朝向下方延伸并与电路板9结合而支撑透镜10的支柱(Leg) 50。
[0038]另一方面，上表面30如上所述那样以使在LED芯片11发散而入射至入射面100的光中直接入射的光LI朝向侧面40全反射的方式形成，而以下对于这种上表面30进行详细说明。
[0039]图2是表示现有侧向出射型LED透镜的以上表面使所入射的光全反射的方式形成的状态的图。
[0040]如图2所示，在以上表面30使直接入射的光LI朝向侧面40全反射的方式形成现有侧向出射型LED透镜I时，以仅仅使在LED芯片11发散的光作为点光源(one pointsource)也就是使在LED芯片11与光轴12相交的交点即第一基准点Pl发散的光全反射的方式形成。
[0041]然而，根据本发明的侧向出射型LED透镜10由于做成其体积并不远大于LED芯片11，因此，在如现有技术那样将在LED芯片11发散的光假定为点光源而以上表面30仅仅使在第一基准点Pl发散的光全反射的方式形成的情况下，会与其相应地发生在上表面30并未全反射而透过上表面30朝向上部出射的光变多的问题。
[0042]因此，在以上表面30使直接入射的光LI全反射的方式形成根据本发明的侧向出射型LED透镜10时，最好将在LED芯片11发散的光考虑成非为点光源的面光源(flatsuurce)或立体光源(volume source)而形成，这样一来，能够使在上表面30并未全反射而透过上表面30朝向上部出射的光最少化。这里，将在LED芯片11发散的光考虑成面光源还是考虑成立体光源因LED芯片11的形态而异，对其将在后面叙述。
[0043]图3和图4是用于说明如在根据本发明的透镜那样将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的上表面条件的图。
[0044]首先参照图3，在将LED芯片11的光源考虑成非为点光源的面光源时，不仅要考虑在LED芯片11的中心点即第一基准点Pl发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的发光面112的两端点P2、P3发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准存在于与上表面30上的任意点P相同侧的发光面112的端点P2发散而向上述任意点P入射的光L与在上述任意点P的法线13所成的角Θ小于在与第一基准点Pl相反侧端点P3发散而入射的场合。因此，若上表面30以使在上述相同侧发光面112端点P2发散而入射的光L全反射的方式形成，则上表面30能够使在LED芯片11的发光面112发散而直接向上表面30入射的光几乎全部被全反射，由此能够使透过上表面30而朝向上部出射的光最少化。
[0045]参照图4说明这种上表面30条件，在将以光轴12为基准位于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11发光面112的端点P2作为第二基准点P2时，若将在上述第二基准点P2发散而到达上述任意点P的光L与光轴12所成的角假定为α，将上表面30上的任意点P与第二基准点Ρ2之间的距离假定为R，将上述α的增量假定为Λ α，将对于Λ α的R的增量假定为AR，并将构成透镜10的材料的折射率假定为η，则上表面30能够构成为满足AR/(RA α)>1/ V (η2-1)条件(以下称为'条件I ')。
[0046]艮P、条件I: AR/(RA α )>1/ V (η2-1)
[0047](其中，α:在第二基准点Ρ2发散而到达上述任意点P的光L与光轴12所成的角，Δ α:α的增量，R:上表面30上的任意点P与第二基准点Ρ2之间的距离，AR:对于Λ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0048]如上所述，上表面30若以满足上述条件I的方式构成，则能够使在LED芯片11的发光面112发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向上表面30入射的光几乎全部朝向侧面40全反射，由此能够使透过上表面30而朝向上部出射的光最少化。
[0049]另一方面，上述条件I是在未考虑入射面100的形状的情况下所要满足的条件，而实际上在LED芯片11发散的光L按照入射面100的形状折射而向透镜10内部入射，因而为了使在上表面30并未全反射而朝向上部出射的光最少化，最好考虑入射面100的形状而形成上表面30，为此，上述条件I不应针对在第二基准点Ρ2发散而到达上述上表面30上的任意点P的光L与光轴12所成的角，而应针对上述光L在入射面100所折射的光L丨与光轴12所成的角下定义。
[0050]图5是用于说明考虑了入射面的形状的上表面的条件的图。
[0051]参照图5，若将在第二基准点Ρ2发散的光L与光轴12所成的角假定为α，将上述光L在入射面100所折射的光L'与光轴12所成的角假定为α '，将在第二基准点Ρ2发散的光L与在所到达的入射面100任意点P '的法线14所成的角假定为β，并将上述所折射的光L'与上述法线14所成的角假定为β '，则下式成立。
[0052]Sin β = nX Sin β '
[0053]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0054]因此，将考虑了入射面100的形状的上表面30的条件(以下称为‘条件2’ )能够定义为如下。
[0055]条件2: AR' /(R ; Δ α ; )>1/ V (η2-1)
[0056]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0057](其中，α:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P ^的光L与光轴12所成的角，β:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P '的光L与在上述入射面100上的任意点P '的法线14所成的角，α ':到达了上述入射面100上的任意点P'的光L所折射而到达上表面30上的任意点P的光L '与光轴12所成的角，Λα丨:α ’的增量，R:上述上表面30上的任意点P与上述入射面100上的任意点P'之间的距离，AR ':对于Λα丨的R '的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0058]另一方面，虽然在附图中以发光面112的两端点Ρ2、Ρ3来图示了 LED芯片11的上表面两端点，但这只是便于说明起见概略地图示而已，本发明并不限定于此。
[0059]以下对于LED芯片11的多种实施例进行详细说明。
[0060]图6是概略地表示了在上表面具有发光面的LED芯片的一实施例的图。
[0061]参照图6，面光源的LED芯片11的一个方式能够构成为包括壳体111、安装在形成于壳体111的槽113中而发散光的发光部114、形成于槽113的侧面而使在发光部114发散的光朝向上部反射的反射面115、以及覆盖槽113的透明板116。
[0062]在具有这种方式的LED芯片11的情况下，由于在发光部114直接发散的光和在反射面113所反射的光从LED芯片11透过透明板116而出射，因而LED芯片11以面光源来发散光，此时LED芯片11的发光面112成为透明板116的上表面。不过这种面光源的LED芯片11的方式能够以多种方式来实现，本发明并不限定于此。
[0063]另一方 面，就LED芯片11发散光的方式而言，虽然如上所述那样以面光源的方式构成，但还能够以立体光源(volume source)方式构成，若概略地示出这种立体光源的LED芯片11则如图7。
[0064]如图7所示，在LED芯片11以立体光源来发散光的情况下，不同于面光源的LED芯片11，不仅要考虑在LED芯片11的上表面117发散的光，而且也要考虑在侧面118发散的光，这样才能使透过上表面30而朝向透镜10上部出射的光最少化。
[0065]图8是用于说明将在LED芯片发散的光考虑成立体光源的情况下的上表面条件的图。
[0066]参照图8，在将LED芯片11的光源考虑成立体光源时，不仅要考虑在LED芯片11的上表面117发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的侧面118发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准存在于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11的侧面118下部端点P4发散而向上述任意点P入射的光L与在上述任意点P的法线13所成的角Θ小于在第一基准点Pl和上表面117上的两侧端点P2、P3发散而入射的场合。因此，若上表面30以使在上述相同侧LED芯片11的侧面118下部端点P4发散而入射的光L全反射的方式形成，则上表面30能够使从立体光源即LED芯片11立体地发散而直接向上表面30入射的光几乎全部被全反射，由此能够使透过上表面30而朝向上部出射的光最少化。
[0067]将这种上表面30条件(以下称为‘条件3’ )能够定义为如下。
[0068]条件3: AR/(RA α )>1/ V (η2-1)
[0069](其中，α:在将以光轴12为基准位于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点Ρ4作为第四基准点Ρ4时在上述第四基准点Ρ2发散而到达上述任意点P的光L与光轴12所成的角，Λ α:α的增量，R:上表面30上的任意点P与第四基准点P2之间的距离，AR:对于Λ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0070]另外如上所述，在该情况下，将考虑了入射面100的形状的上表面30的条件(以下称为‘条件4’ )能够定义为如下。
[0071]条件4: AR' /(R ; Δ α ; )>1/ V (η2-1)
[0072]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0073](其中，α:在将以光轴12为基准位于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点Ρ4作为第四基准点Ρ4时在上述第四基准点Ρ4发散而到达入射面100上的任意点P '的光L与光轴12所成的角，β:在第四基准点Ρ4发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与在上述入射面100上的任意点P'的法线14所成的角，α ':到达了上述入射面100上的任意点P ^的光L所折射而到达上表面30上的任意点P的光Lr与光轴12所成的角，Λα ':α '的增量，R:上述上表面30上的任意点P与上述入射面100上的任意点P ’之间的距离，AR ’:对于Δα ’的IT的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0074]另一方面，侧面40以使在LED芯片11发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接入射的光L3朝向透镜10外部出射的方式形成，在以侧面40使直接入射的光L3朝向透镜10外部出射的方式形成根据本发明的侧向出射型LED透镜10时，与上表面30相同地、最好将在LED芯片11发散的光考虑成非为点光源的面光源(flat suurce)或立体光源(volume source)而形成，这样一来，在侧面40能够使因内部全反射而不向透镜10外部出射的光最少化。
[0075]以下参照附图而对于这种侧面40条件进行详细说明。
[0076]图9和图10是用于说明如在根据本发明的透镜那样将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的侧面条件的图。
[0077]首先参照图9，在将LED芯片11的光源考虑成面光源时，不仅要考虑在LED芯片11的中心点即第一基准点Pl发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的发光面112的两端点P2、P3发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的发光面112端点P2发散而向上述任意点P入射的光L6与在上述任意点P的法线15所成的角Θ远大于在与第一基准点Pl相反侧端点P3发散而入射的场合。因此，若侧面40以使在上述相同侧发光面112端点P2发散而入射的光L朝向透镜10外部出射的方式形成，则即便将LED芯片11光源考虑成面光源，侧面40也能够使在LED芯片11发散而直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜10外部出射。
[0078]参照图10而说明这种侧面40条件，在将以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的发光面112的端点P2作为第二基准点P2时，若将在上述第二基准点P2发散而到达侧面40上的任意点P的光L与光轴12所成的角假定为α，将侧面40上的任意点P与第二基准点Ρ2之间的距离假定为R，将上述α的增量假定为Λ α，将对于Λ α的R的增量假定为△!?，并将构成透镜10的材料的折射率假定为η，则侧面40能够构成为满足AR/(RA α)<1/ V (η2_1)条件(以下称为‘条件5’)。
[0079]即、条件5: AR/(RA a )〈1/W (η2-1)
[0080](其中，α:在第二基准点P发散而到达侧面40上的任意点P的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，Δ α:α的增量，R:侧面40上的任意点P与第二基准点P2之间的距离，AR:对于Λ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0081]如上所述，侧面40若以满足上述条件5的方式构成，则能够使在LED芯片11的发光面112发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜10外部出射，由此通过侧面40能够使内部全反射的光最少化。
[0082]另外在该情况下，将考虑了入射面100的形状的侧面40的条件(以下称为‘条件6’ )能够定义为如下。
[0083]条件6-AR' /(R ; Δ α ; )<1/ V (η2-1)
[0084]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0085](其中，α:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，β:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P ^的光L与在上述入射面100上的任意点P ’的法线14所成的角，α ’:到达了上述入射面100上的任意点P '的光L所折射而到达侧面40上的任意点P的光L'与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，“丨:α '的增量，R:上述侧面40上的任意点P与上述入射面100上的任意点P ’之间的距离，AR ’:对于Δα ’的IT的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0086]图11是用于说明将在LED芯片11发散的光考虑成立体光源的情况下的侧面40条件的图。
[0087]参照图11，在将LED芯片11的光源考虑成立体光源时，不仅要考虑在LED芯片11的上表面117发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的侧面118发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准存在于与侧面30上的任意点P相同侧的LED芯片11的侧面118下部端点Ρ4发散而向上述任意点P入射的光L与在上述任意点P的法线15与所成的角Θ大于在第一基准点Pl和LED芯片11的上表面117上的两侧端点Ρ2、Ρ3发散而入射的场合。因此，若侧面30以使在上述相同侧LED芯片11的侧面118下部端点Ρ4发散而入射的光L朝向透镜10外部出射的方式形成，则侧面40能够使从立体光源即LED芯片11立体地发散而直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜10外部出射，由此通过侧面40能够使内部全反射的光最少化。
[0088]将这种侧面40条件(以下称为‘条件V )能够定义为如下。
[0089]条件7: AR/(RA α )<1/ V (η2-1)
[0090](其中，α:在将以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点P4作为第四基准点P4时在上述第四基准点P4发散而到达侧面40上的任意点P的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，Δ α: α的增量，R:侧面40上的任意点P与第四基准点Ρ4之间的距离，AR:对于Δ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0091]如上所述，侧面40若以满足上述条件7的方式构成，则能够使在立体光源即LED芯片11发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜40外部出射，由此在侧面40能够使内部全反射的光最少化。 [0092]另外在该情况下，将考虑了入射面100的形状的侧面40的条件(以下称为‘条件8，)能够定义为如下。
[0093]条件8-AR' /(R ; Δ α ; )<1/ V (η2-1)
[0094]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0095](其中，α:在将以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点P4作为第四基准点P4时在上述第四基准点P4发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，β:在第四基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与在上述入射面100上的任意点P'的法线14所成的角，α丨:到达了上述入射面100上的任意点P '的光L所折射而到达侧面40上的任意点P的光Lr与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，“ ’:α /的增量，R:上述侧面40上的任意点P与上述入射面100上的任意点之间的距离，AR':对于Λα ’的R '的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0096]从上述说明可知，本发明涉及一种侧向出射型LED透镜，该透镜在形成使在LED芯片(LED chip)发散的光朝向侧面出射的反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化，可谓本发明的实施方式能够以多种方式来进行变更。因此，本发明并不由本说明书中所公开的实施例所限定，需要指出的是，本领域普通技术人员所能够变更的所有方式均属于本发明的权利范围。
【主权项】
1.一种侧向出射型LED透镜，其使发自以面光源来发散光的LED芯片(LED chip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜其特征在于，包括: 底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面； 上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及， 侧面，其连接上述底面与上述上表面，并以使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成， 上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的发光面的端点发散而向上述上表面上的任意点入射。2.根据权利要求1所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述上表面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ a ' )>1/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与上述光轴所成的角，β:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述上表面上的任意点的光与上述光轴所成的角，Δ α ':α '的增量，R:上述上表面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR':对于Λα '的R丨的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。3.根据权利要求1所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面以使所入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述侧面上的任意点相同侧的上述LED芯片的发光面的端点发散而向上述侧面上的任意点入射。4.根据权利要求3所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ α ' Xl/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，β:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述侧面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，Δα ':α '的增量，R:上述侧面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR丨:对于Λα '的IT的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。5.—种侧向出射型LED透镜，其使发自以立体光源来发散光的LED芯片(LED chip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜其特征在于，包括: 底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面； 上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及， 侧面，其连接上述底面与上述上表面，并使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射， 上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的侧面下部端点发散而向上述上表面上的任意点入射。6.根据权利要求5所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述上表面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ α ' )>1/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与上述光轴所成的角，β:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述上表面上的任意点的光与上述光轴所成的角，Δ α ':α '的增量，R:上述上表面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR':对于Λα '的R丨的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。7.根据权利要求5所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面以使所入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述侧面上的任意点相同侧的上述LED芯片的侧面下部端点发散而向上述侧面上的任意点入射。8.根据权利要求7所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ α ' Xl/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，β:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述侧面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，Δα ':α '的增量，R:上述侧面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR丨:对于Λα '的IT的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。9.根据权利要求1至8中任一项所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面构成为以上述光轴为基准越趋向上方就越张开的形状，或者构成为以上述光轴为基准越趋向下方就越张开的形状。10.根据权利要求1至8中任一项所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述透镜进一步包括从上述底面的预定位置朝向下方延伸而支撑上述透镜的支柱。11.一种背光单元(Back Light Unit，BLU)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述背光单元其特征在于， 在上述LED芯片上部具备权利要求1至8中任一项所述的LED透镜。12.—种显示装置(displaydevice)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述显示装置其特征在于， 在上述LED芯片上部具备权利要求1至8中任一项所述的LED透镜。
【专利摘要】本发明涉及一种侧向出射型LED透镜、具备该透镜的背光单元及显示装置，所述侧向出射型LED透镜使在LED发散的光朝向侧面出射，具体来讲，所涉及的侧向出射型LED透镜在形成使在LED芯片发散的光朝向侧面全反射的反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化。
【IPC分类】H01L33/48, G02F1/13357, H01L33/58
【公开号】CN104885239
【申请号】CN201480004012
【发明人】金诚斌, 金秉郁, 李文宰, 郑在裕
【申请人】韩国艾尼凯斯特有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年1月6日
【公告号】US20150338057
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种侧向出射型LED透镜、具备该透镜的背光单元及显示装置，所述侧向出射型LED透镜使在LED发散的光朝向侧面出射。
【背景技术】
[0002]—般来讲，在用于计算机的显示屏或TV等的显示装置(display device)具备液晶显示器(Liquid Crystal Display，IXD)，而这种液晶显示器不能自行发光，因此，需要另行具备光源。
[0003]作为液晶显示器用光源，使用如冷阴极焚光灯(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)、夕卜置电极焚光灯(External Electrode Fluorescent Lamp,EEFL)等那样的几个焚光灯(fluorescent lamp)或使用多个发光二极管(Light Emitting D1de，LED)，这种光源与导光板、多个光学片、反射板等一起具备于背光单元(Back Light Unit，BLU)。
[0004]最近，这种光源中LED由于耗电少、耐久性优良且能够降低制造成本，因此，作为下一代光源而受人瞩目。然而，LED在用作光源的情况下，由于具有使光集中在狭窄的区域而发散的倾向，因此，为了将LED适用到如显示装置那样的面光源，有必要使光均匀地分布在宽广的区域。
[0005]因此，最近在积极进行对于执行这种功能的LED透镜的研宄，其中，作为代表性的现有技术，在美国授权专利第6679621号中公开有“SIDE EMITTING LED LENS”(侧发光LED透镜)。
[0006]这种侧向出射型LED透镜是使在LED发散的光朝向侧面出射的透镜，其具备反射面，该反射面使在LED发散而入射至透镜内部的光朝向侧面反射，而反射面能够将上表面施以反射涂层而形成，或者还能够以使上表面全反射所入射的光的方式形成。
[0007]然而，在将上表面施以反射涂层而形成反射面的情况下，在以透明物质通过注塑成型而制作透镜之后须在上表面另行实施反射涂层，从这一角度来讲，存在制造成本上升的问题，在以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层的情况下，存在着在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光变多的问题。
【发明内容】
[0008]技术问题
[0009]本发明旨在解决如上所述的问题，本发明提供一种侧向出射型LED透镜，该透镜在形成反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化。
[0010]解决问题方案
[0011]根据本发明的侧向出射型LED透镜，其使发自以面光源来发散光的LED芯片(LEDchip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜能够包括:底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面；上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及，侧面，其连接上述底面与上述上表面，并以使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成，上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的发光面的端点发散而向上述上表面上的任意点入射。
[0012]另一方式的根据本发明的侧向出射型LED透镜，其使发自以立体光源来发散光的LED芯片(LED chip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜能够包括:底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面；上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及，侧面，其连接上述底面与上述上表面，并使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射，上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的侧面下部端点发散而向上述上表面上的任意点入射。
[0013]另一方面，根据本发明的背光单元(Back Light Unit，BLU)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述背光单元其特征在于，在上述LED芯片上部具备具有如上所述的构成的透镜。
[0014]另外，根据本发明的显示装置(display device)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述显示装置其特征在于，在上述LED芯片上部具备具有如上所述的构成的透镜。
[0015]发明效果
[0016]具有如上所述的构成的根据本发明的侧向出射型LED透镜，在以使入射至透镜内部的光朝向侧面全反射的方式形成上表面时，由于将在LED芯片(LED chip)发散的光考虑成非为点光源(point source)的面光源(flat source)或立体光源(volume source)而形成，因此，与其相应地具有能够使透过上表面而朝向上部出射的光最少化的效果。
[0017]另外，根据本发明的侧向出射型LED透镜，在以使入射至透镜内部的光朝向侧面全反射的方式形成上表面时，由于考虑在LED芯片发散并向透镜内部入射的入射面的形状而形成，因此，与其相应地具有能够使透过上表面而朝向上部出射的光最少化的效果。
【附图说明】
[0018]图1是表示根据本发明的侧向出射型LED透镜的竖向剖视图。
[0019]图2是表示现有侧向出射型LED透镜的以上表面使所入射的光全反射的方式形成的状态的图。
[0020]图3和图4是用于说明如在根据本发明的透镜那样将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的上表面条件的图。
[0021]图5是用于说明考虑了入射面的形状的上表面的条件的图。
[0022]图6是概略地表示了在上表面具有发光面的LED芯片的一实施例的图。
[0023]图7是概略地表示了立体光源的LED芯片的图。
[0024]图8是说明将在LED芯片发散的光考虑成立体光源的情况下的上表面条件的图。
[0025]图9和图10是用于说明将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的侧面条件的图。
[0026]图11是用于说明将在LED芯片发散的光考虑成立体光源的情况下的侧面条件的图。
【具体实施方式】
[0027]以下，参照附图详细说明根据本发明的各实施例，以使本领域普通技术人员能够容易实施。
[0028]本发明允许进行各种修改以及变形，通过各附图来例示而表示其各特定实施例，以下将详细说明。然而，并无以所公开的特别的方式来限定本发明的意图，反而本发明包括与由各项权利要求所定义的本发明的思想一致的所有修改、等同、以及替代。
[0029]另一方面，附图中厚度以及大小是为了说明书的明确性而夸张的，因此，本发明并不由附图中所图示的相对大小或厚度所限制。
[0030]本发明涉及一种侧向出射型LED透镜，该透镜在形成使在LED芯片(LED chip)发散的光朝向侧面出射的反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化。另外，本发明涉及包括这种LED透镜的背光单元(Back Light Unit，BLU)和显示装置(display device) ο这里，背光单元和显示装置的除了根据本发明的LED透镜之外的其它构成是本领域普通技术人员所能够容易实施的事项，因此在本说明书中省略对其的详细说明。
[0031]图1是表示根据本发明的侧向出射型LED透镜的竖向剖视图。
[0032]参照图1，根据本发明的侧向出射用发光二极管(Light Emitting D1de,LED)透镜10由底面20、上表面30、以及连接底面20和上表面30的侧面40构成。
[0033]底面20具备在安装于电路板(circuit board) 9上的LED芯片(LED chip) 11发散的光向透镜10内部入射的入射面100，入射面100能够由形成于底面20的中心部的槽部21的内表面构成。如图1所示，如此地由槽部21的内表面构成的入射面100的形状虽然能够以大致圆形的形状构成以使在LED芯片11发散的光径直向透镜10内部入射而不会折射，但本发明并不限定于此，入射面100的形状还能够以多种形态构成使得在LED芯片11发散的光折射而向透镜10内部入射。
[0034]上表面30以使在LED芯片11发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向上表面30入射的光LI朝向侧面40全反射的方式形成，侧面40以使在上表面30所全反射的光L2朝向透镜10外部出射的方式形成。侧面40尤其以使在LED芯片11发散并透过入射面100而入 射至透镜10内部的光中直接向侧面40入射的光L3朝向透镜10外部出射的方式形成。对其的详细说明将在后面叙述。
[0035]另外，侧面40能够构成为以光轴12为基准越趋向上方就越以预定角度Θ张开的形状，或者能够构成为以光轴12为基准越趋向下方就越以预定角度Θ张开的形状。如图1所示，例如侧面40还能够构成为以光轴12为基准越趋向上方就越以一定的倾斜度Θ张开的倾斜面，或者，虽然未在附图中图示但能够构成为朝向下方弯曲的形状，或者，还能够构成为以光轴12为基准越趋向下方就越以一定的倾斜度张开的倾斜面，构成为朝向上方弯曲的形状亦可。即、侧面40能够构成为以光轴12为基准朝向上方或下方即朝向一个方向张开的形态，而这样一来，在通过注塑成型而制作透镜10的情况下，由于能够容易分离下部金属模，因此能够容易进行透镜10的制造。
[0036]—般来讲，LED透镜能够以玻璃、甲基丙稀酸甲醋(Methylmethacrylate)、聚甲基丙稀酸甲醋(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸醋(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇醋(PolyEthylenTerephthalate，PET)等透射率优良的透明的物质通过注塑成型(inject1n molding)而制成一体(one-body)，在这样通过注塑成型而制作透镜时，需要使用多个金属模，但根据本发明的透镜10由于侧面40形状构成为以光轴12为基准朝向上方或下方即朝向一个方向张开的形态，因此，仅凭上部金属模和下部金属模这两个金属模就能够进行注塑成型，另外，使得上部金属模的向上分离以及下部金属模的向下分离能够容易进行。
[0037]另外，根据本发明的透镜10能够进一步包括从底面20的预定位置朝向下方延伸并与电路板9结合而支撑透镜10的支柱(Leg) 50。
[0038]另一方面，上表面30如上所述那样以使在LED芯片11发散而入射至入射面100的光中直接入射的光LI朝向侧面40全反射的方式形成，而以下对于这种上表面30进行详细说明。
[0039]图2是表示现有侧向出射型LED透镜的以上表面使所入射的光全反射的方式形成的状态的图。
[0040]如图2所示，在以上表面30使直接入射的光LI朝向侧面40全反射的方式形成现有侧向出射型LED透镜I时，以仅仅使在LED芯片11发散的光作为点光源(one pointsource)也就是使在LED芯片11与光轴12相交的交点即第一基准点Pl发散的光全反射的方式形成。
[0041]然而，根据本发明的侧向出射型LED透镜10由于做成其体积并不远大于LED芯片11，因此，在如现有技术那样将在LED芯片11发散的光假定为点光源而以上表面30仅仅使在第一基准点Pl发散的光全反射的方式形成的情况下，会与其相应地发生在上表面30并未全反射而透过上表面30朝向上部出射的光变多的问题。
[0042]因此，在以上表面30使直接入射的光LI全反射的方式形成根据本发明的侧向出射型LED透镜10时，最好将在LED芯片11发散的光考虑成非为点光源的面光源(flatsuurce)或立体光源(volume source)而形成，这样一来，能够使在上表面30并未全反射而透过上表面30朝向上部出射的光最少化。这里，将在LED芯片11发散的光考虑成面光源还是考虑成立体光源因LED芯片11的形态而异，对其将在后面叙述。
[0043]图3和图4是用于说明如在根据本发明的透镜那样将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的上表面条件的图。
[0044]首先参照图3，在将LED芯片11的光源考虑成非为点光源的面光源时，不仅要考虑在LED芯片11的中心点即第一基准点Pl发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的发光面112的两端点P2、P3发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准存在于与上表面30上的任意点P相同侧的发光面112的端点P2发散而向上述任意点P入射的光L与在上述任意点P的法线13所成的角Θ小于在与第一基准点Pl相反侧端点P3发散而入射的场合。因此，若上表面30以使在上述相同侧发光面112端点P2发散而入射的光L全反射的方式形成，则上表面30能够使在LED芯片11的发光面112发散而直接向上表面30入射的光几乎全部被全反射，由此能够使透过上表面30而朝向上部出射的光最少化。
[0045]参照图4说明这种上表面30条件，在将以光轴12为基准位于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11发光面112的端点P2作为第二基准点P2时，若将在上述第二基准点P2发散而到达上述任意点P的光L与光轴12所成的角假定为α，将上表面30上的任意点P与第二基准点Ρ2之间的距离假定为R，将上述α的增量假定为Λ α，将对于Λ α的R的增量假定为AR，并将构成透镜10的材料的折射率假定为η，则上表面30能够构成为满足AR/(RA α)>1/ V (η2-1)条件(以下称为'条件I ')。
[0046]艮P、条件I: AR/(RA α )>1/ V (η2-1)
[0047](其中，α:在第二基准点Ρ2发散而到达上述任意点P的光L与光轴12所成的角，Δ α:α的增量，R:上表面30上的任意点P与第二基准点Ρ2之间的距离，AR:对于Λ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0048]如上所述，上表面30若以满足上述条件I的方式构成，则能够使在LED芯片11的发光面112发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向上表面30入射的光几乎全部朝向侧面40全反射，由此能够使透过上表面30而朝向上部出射的光最少化。
[0049]另一方面，上述条件I是在未考虑入射面100的形状的情况下所要满足的条件，而实际上在LED芯片11发散的光L按照入射面100的形状折射而向透镜10内部入射，因而为了使在上表面30并未全反射而朝向上部出射的光最少化，最好考虑入射面100的形状而形成上表面30，为此，上述条件I不应针对在第二基准点Ρ2发散而到达上述上表面30上的任意点P的光L与光轴12所成的角，而应针对上述光L在入射面100所折射的光L丨与光轴12所成的角下定义。
[0050]图5是用于说明考虑了入射面的形状的上表面的条件的图。
[0051]参照图5，若将在第二基准点Ρ2发散的光L与光轴12所成的角假定为α，将上述光L在入射面100所折射的光L'与光轴12所成的角假定为α '，将在第二基准点Ρ2发散的光L与在所到达的入射面100任意点P '的法线14所成的角假定为β，并将上述所折射的光L'与上述法线14所成的角假定为β '，则下式成立。
[0052]Sin β = nX Sin β '
[0053]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0054]因此，将考虑了入射面100的形状的上表面30的条件(以下称为‘条件2’ )能够定义为如下。
[0055]条件2: AR' /(R ; Δ α ; )>1/ V (η2-1)
[0056]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0057](其中，α:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P ^的光L与光轴12所成的角，β:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P '的光L与在上述入射面100上的任意点P '的法线14所成的角，α ':到达了上述入射面100上的任意点P'的光L所折射而到达上表面30上的任意点P的光L '与光轴12所成的角，Λα丨:α ’的增量，R:上述上表面30上的任意点P与上述入射面100上的任意点P'之间的距离，AR ':对于Λα丨的R '的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0058]另一方面，虽然在附图中以发光面112的两端点Ρ2、Ρ3来图示了 LED芯片11的上表面两端点，但这只是便于说明起见概略地图示而已，本发明并不限定于此。
[0059]以下对于LED芯片11的多种实施例进行详细说明。
[0060]图6是概略地表示了在上表面具有发光面的LED芯片的一实施例的图。
[0061]参照图6，面光源的LED芯片11的一个方式能够构成为包括壳体111、安装在形成于壳体111的槽113中而发散光的发光部114、形成于槽113的侧面而使在发光部114发散的光朝向上部反射的反射面115、以及覆盖槽113的透明板116。
[0062]在具有这种方式的LED芯片11的情况下，由于在发光部114直接发散的光和在反射面113所反射的光从LED芯片11透过透明板116而出射，因而LED芯片11以面光源来发散光，此时LED芯片11的发光面112成为透明板116的上表面。不过这种面光源的LED芯片11的方式能够以多种方式来实现，本发明并不限定于此。
[0063]另一方 面，就LED芯片11发散光的方式而言，虽然如上所述那样以面光源的方式构成，但还能够以立体光源(volume source)方式构成，若概略地示出这种立体光源的LED芯片11则如图7。
[0064]如图7所示，在LED芯片11以立体光源来发散光的情况下，不同于面光源的LED芯片11，不仅要考虑在LED芯片11的上表面117发散的光，而且也要考虑在侧面118发散的光，这样才能使透过上表面30而朝向透镜10上部出射的光最少化。
[0065]图8是用于说明将在LED芯片发散的光考虑成立体光源的情况下的上表面条件的图。
[0066]参照图8，在将LED芯片11的光源考虑成立体光源时，不仅要考虑在LED芯片11的上表面117发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的侧面118发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准存在于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11的侧面118下部端点P4发散而向上述任意点P入射的光L与在上述任意点P的法线13所成的角Θ小于在第一基准点Pl和上表面117上的两侧端点P2、P3发散而入射的场合。因此，若上表面30以使在上述相同侧LED芯片11的侧面118下部端点P4发散而入射的光L全反射的方式形成，则上表面30能够使从立体光源即LED芯片11立体地发散而直接向上表面30入射的光几乎全部被全反射，由此能够使透过上表面30而朝向上部出射的光最少化。
[0067]将这种上表面30条件(以下称为‘条件3’ )能够定义为如下。
[0068]条件3: AR/(RA α )>1/ V (η2-1)
[0069](其中，α:在将以光轴12为基准位于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点Ρ4作为第四基准点Ρ4时在上述第四基准点Ρ2发散而到达上述任意点P的光L与光轴12所成的角，Λ α:α的增量，R:上表面30上的任意点P与第四基准点P2之间的距离，AR:对于Λ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0070]另外如上所述，在该情况下，将考虑了入射面100的形状的上表面30的条件(以下称为‘条件4’ )能够定义为如下。
[0071]条件4: AR' /(R ; Δ α ; )>1/ V (η2-1)
[0072]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0073](其中，α:在将以光轴12为基准位于与上表面30上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点Ρ4作为第四基准点Ρ4时在上述第四基准点Ρ4发散而到达入射面100上的任意点P '的光L与光轴12所成的角，β:在第四基准点Ρ4发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与在上述入射面100上的任意点P'的法线14所成的角，α ':到达了上述入射面100上的任意点P ^的光L所折射而到达上表面30上的任意点P的光Lr与光轴12所成的角，Λα ':α '的增量，R:上述上表面30上的任意点P与上述入射面100上的任意点P ’之间的距离，AR ’:对于Δα ’的IT的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0074]另一方面，侧面40以使在LED芯片11发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接入射的光L3朝向透镜10外部出射的方式形成，在以侧面40使直接入射的光L3朝向透镜10外部出射的方式形成根据本发明的侧向出射型LED透镜10时，与上表面30相同地、最好将在LED芯片11发散的光考虑成非为点光源的面光源(flat suurce)或立体光源(volume source)而形成，这样一来，在侧面40能够使因内部全反射而不向透镜10外部出射的光最少化。
[0075]以下参照附图而对于这种侧面40条件进行详细说明。
[0076]图9和图10是用于说明如在根据本发明的透镜那样将在LED芯片发散的光考虑成面光源的情况下的侧面条件的图。
[0077]首先参照图9，在将LED芯片11的光源考虑成面光源时，不仅要考虑在LED芯片11的中心点即第一基准点Pl发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的发光面112的两端点P2、P3发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的发光面112端点P2发散而向上述任意点P入射的光L6与在上述任意点P的法线15所成的角Θ远大于在与第一基准点Pl相反侧端点P3发散而入射的场合。因此，若侧面40以使在上述相同侧发光面112端点P2发散而入射的光L朝向透镜10外部出射的方式形成，则即便将LED芯片11光源考虑成面光源，侧面40也能够使在LED芯片11发散而直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜10外部出射。
[0078]参照图10而说明这种侧面40条件，在将以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的发光面112的端点P2作为第二基准点P2时，若将在上述第二基准点P2发散而到达侧面40上的任意点P的光L与光轴12所成的角假定为α，将侧面40上的任意点P与第二基准点Ρ2之间的距离假定为R，将上述α的增量假定为Λ α，将对于Λ α的R的增量假定为△!?，并将构成透镜10的材料的折射率假定为η，则侧面40能够构成为满足AR/(RA α)<1/ V (η2_1)条件(以下称为‘条件5’)。
[0079]即、条件5: AR/(RA a )〈1/W (η2-1)
[0080](其中，α:在第二基准点P发散而到达侧面40上的任意点P的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，Δ α:α的增量，R:侧面40上的任意点P与第二基准点P2之间的距离，AR:对于Λ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0081]如上所述，侧面40若以满足上述条件5的方式构成，则能够使在LED芯片11的发光面112发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜10外部出射，由此通过侧面40能够使内部全反射的光最少化。
[0082]另外在该情况下，将考虑了入射面100的形状的侧面40的条件(以下称为‘条件6’ )能够定义为如下。
[0083]条件6-AR' /(R ; Δ α ; )<1/ V (η2-1)
[0084]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0085](其中，α:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，β:在第二基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P ^的光L与在上述入射面100上的任意点P ’的法线14所成的角，α ’:到达了上述入射面100上的任意点P '的光L所折射而到达侧面40上的任意点P的光L'与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，“丨:α '的增量，R:上述侧面40上的任意点P与上述入射面100上的任意点P ’之间的距离，AR ’:对于Δα ’的IT的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0086]图11是用于说明将在LED芯片11发散的光考虑成立体光源的情况下的侧面40条件的图。
[0087]参照图11，在将LED芯片11的光源考虑成立体光源时，不仅要考虑在LED芯片11的上表面117发散的光，而且也要考虑在LED芯片11的侧面118发散的光，在该情况下，可知在以光轴12为基准存在于与侧面30上的任意点P相同侧的LED芯片11的侧面118下部端点Ρ4发散而向上述任意点P入射的光L与在上述任意点P的法线15与所成的角Θ大于在第一基准点Pl和LED芯片11的上表面117上的两侧端点Ρ2、Ρ3发散而入射的场合。因此，若侧面30以使在上述相同侧LED芯片11的侧面118下部端点Ρ4发散而入射的光L朝向透镜10外部出射的方式形成，则侧面40能够使从立体光源即LED芯片11立体地发散而直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜10外部出射，由此通过侧面40能够使内部全反射的光最少化。
[0088]将这种侧面40条件(以下称为‘条件V )能够定义为如下。
[0089]条件7: AR/(RA α )<1/ V (η2-1)
[0090](其中，α:在将以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点P4作为第四基准点P4时在上述第四基准点P4发散而到达侧面40上的任意点P的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，Δ α: α的增量，R:侧面40上的任意点P与第四基准点Ρ4之间的距离，AR:对于Δ α的R的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0091]如上所述，侧面40若以满足上述条件7的方式构成，则能够使在立体光源即LED芯片11发散并透过入射面100而入射至透镜10内部的光中直接向侧面40入射的光几乎全部朝向透镜40外部出射，由此在侧面40能够使内部全反射的光最少化。 [0092]另外在该情况下，将考虑了入射面100的形状的侧面40的条件(以下称为‘条件8，)能够定义为如下。
[0093]条件8-AR' /(R ; Δ α ; )<1/ V (η2-1)
[0094]α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β )
[0095](其中，α:在将以光轴12为基准位于与侧面40上的任意点P相同侧的LED芯片11侧面118的下部端点P4作为第四基准点P4时在上述第四基准点P4发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，β:在第四基准点Ρ2发散而到达入射面100上的任意点P'的光L与在上述入射面100上的任意点P'的法线14所成的角，α丨:到达了上述入射面100上的任意点P '的光L所折射而到达侧面40上的任意点P的光Lr与垂直于光轴12的水平轴16所成的角，“ ’:α /的增量，R:上述侧面40上的任意点P与上述入射面100上的任意点之间的距离，AR':对于Λα ’的R '的增量，η:构成透镜10的材料的折射率)
[0096]从上述说明可知，本发明涉及一种侧向出射型LED透镜，该透镜在形成使在LED芯片(LED chip)发散的光朝向侧面出射的反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化，可谓本发明的实施方式能够以多种方式来进行变更。因此，本发明并不由本说明书中所公开的实施例所限定，需要指出的是，本领域普通技术人员所能够变更的所有方式均属于本发明的权利范围。
【主权项】
1.一种侧向出射型LED透镜，其使发自以面光源来发散光的LED芯片(LED chip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜其特征在于，包括: 底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面； 上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及， 侧面，其连接上述底面与上述上表面，并以使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成， 上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的发光面的端点发散而向上述上表面上的任意点入射。2.根据权利要求1所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述上表面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ a ' )>1/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与上述光轴所成的角，β:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述上表面上的任意点的光与上述光轴所成的角，Δ α ':α '的增量，R:上述上表面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR':对于Λα '的R丨的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。3.根据权利要求1所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面以使所入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述侧面上的任意点相同侧的上述LED芯片的发光面的端点发散而向上述侧面上的任意点入射。4.根据权利要求3所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ α ' Xl/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，β:在上述LED芯片的发光面的端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述侧面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，Δα ':α '的增量，R:上述侧面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR丨:对于Λα '的IT的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。5.—种侧向出射型LED透镜，其使发自以立体光源来发散光的LED芯片(LED chip)的光朝向侧面出射，所述侧向出射型LED透镜其特征在于，包括: 底面，其具备在上述LED芯片发散的光所入射的入射面； 上表面，其以使入射至上述入射面的光中直接入射的光全反射的方式形成；以及， 侧面，其连接上述底面与上述上表面，并使在上述上表面所全反射的光与入射至上述入射面的光中直接入射的光朝向上述透镜外部出射， 上述上表面以使所入射的光朝向上述侧面全反射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述上表面上的任意点相同侧的上述LED芯片的侧面下部端点发散而向上述上表面上的任意点入射。6.根据权利要求5所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述上表面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ α ' )>1/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与上述光轴所成的角，β:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述上表面上的任意点的光与上述光轴所成的角，Δ α ':α '的增量，R:上述上表面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR':对于Λα '的R丨的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。7.根据权利要求5所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面以使所入射的光朝向上述透镜外部出射的方式形成，其中，上述光在以上述LED芯片的光轴为基准时存在于与上述侧面上的任意点相同侧的上述LED芯片的侧面下部端点发散而向上述侧面上的任意点入射。8.根据权利要求7所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面形成为满足下述条件， 条件:AR , /(R, Λ α ' Xl/ V (η2_1) α ' = α + β - β ' = α + β-sirf1 ((1/η) X sin β ) (其中，α:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，β:在上述LED芯片的侧面下部端点发散而到达上述入射面上的任意点的光与在上述入射面上的任意点的法线所成的角，α ':到达了上述入射面上的任意点的光所折射而到达上述侧面上的任意点的光与垂直于上述光轴的水平轴所成的角，Δα ':α '的增量，R:上述侧面上的任意点与上述入射面上的任意点之间的距离，AR丨:对于Λα '的IT的增量，η:构成上述透镜的材料的折射率)。9.根据权利要求1至8中任一项所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述侧面构成为以上述光轴为基准越趋向上方就越张开的形状，或者构成为以上述光轴为基准越趋向下方就越张开的形状。10.根据权利要求1至8中任一项所述的侧向出射型LED透镜，其特征在于， 上述透镜进一步包括从上述底面的预定位置朝向下方延伸而支撑上述透镜的支柱。11.一种背光单元(Back Light Unit，BLU)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述背光单元其特征在于， 在上述LED芯片上部具备权利要求1至8中任一项所述的LED透镜。12.—种显示装置(displaydevice)，其将上述LED芯片(LED chip)用作光源，所述显示装置其特征在于， 在上述LED芯片上部具备权利要求1至8中任一项所述的LED透镜。
【专利摘要】本发明涉及一种侧向出射型LED透镜、具备该透镜的背光单元及显示装置，所述侧向出射型LED透镜使在LED发散的光朝向侧面出射，具体来讲，所涉及的侧向出射型LED透镜在形成使在LED芯片发散的光朝向侧面全反射的反射面时，不仅以上表面使所入射的光全反射的方式形成而在上表面并无反射涂层，而且能够使在上表面并未全反射而透过上表面朝向上部出射的光最少化。
【IPC分类】H01L33/48, G02F1/13357, H01L33/58
【公开号】CN104885239
【申请号】CN201480004012
【发明人】金诚斌, 金秉郁, 李文宰, 郑在裕
【申请人】韩国艾尼凯斯特有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年1月6日
【公告号】US20150338057
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