发光器件、包括器件的背光单元及包括该单元的显示装置的制造方法
发光器件、包括器件的背光单元及包括该单元的显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 实施例涉及发光器件、包括该器件的背光单元以及包括该单元的显示装置。
【背景技术】
[0002] 传统的包括发光二极管的发光器件具有圆顶状的透镜。此时，发光器件可能有将 光线发射到环绕光轴的特定区域，这样会存在问题而且是不期望的。
[0003] 此外，发光器件可以被应用到背光单元，而该背光单元可以被应用到显示装置。
[0004] 背光单元可以基于诸如发光二极管之类的光源的设置，被划分为侧入式背光单元 和直下式背光单元。特别地，直下式背光单元可以使用用于朗伯发光的发光二极管。从发 光二极管出射的光线可以由光学片分散，从而被引导至显示装置的液晶。此时，被采用来阻 止从光源出射的高强度光线在液晶上被立即看到的透镜用于增大从发光二极管出射的光 线的视角，从而导致光线被横向引导。然而，传统的包括透镜和发光二极管的发光器件由于 它的形状和尺寸方面的限制被配置为仅在有限的距离上发射光线。
【发明内容】
[0005] 实施例提供了厚度小、半极大处全宽较宽而且照明均勾（even illuminance)的发 光器件，包括该器件的背光单元，以及包括该单元的显示装置。
[0006] 在一个实施例中，一种发光器件包括；光源；和透镜，设置在所述光源上；其中所 述透镜包括：下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及上部，具有 第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对，其中所述第一凹部和所述第二凹 部在光轴上彼此间隔开1mm到4. 7mm范围内的间隔距离。
[0007] 在另一个实施例中，一种发光器件包括：光源；和透镜，设置在所述光源上，其中 所述透镜包括：下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及上部，具 有第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对，其中所述下部和上部的侧表面 包括处于-10°到+10°范围内的倾斜角度。所述侧表面的倾斜角度可以处于0°到10° 的范围内。
[0008] 例如，所述侧表面的倾斜角度可以处于0°到10°的范围内，所述侧表面可以为 平坦的，并且所述透镜可以具有处于4. 5mm到7mm范围内的厚度。
[0009] 例如，所述第一凹部和所述第二凹部可以在与所述光轴交叉的方向上关于所述光 轴对称。在与所述光轴方向交叉的方向上，所述第一凹部的最大宽度小于所述第二凹部的 最大宽度。
[0010] 例如，在所述光轴上所述第一凹部的最深点和所述光源的发光表面之间的距离小 于在与所述光轴方向交叉的方向上所述第一凹部的最大宽度。
[0011] 所述第一凹部可以包括：第一区域，其深度随着与所述光轴之间的距离减小而增 大；以及第二区域，环绕所述第一区域的周边，所述第二区域具有恒定深度。
[0012] 例如，所述下部可以包括：第一底部，具有第一底表面，其限定所述第一凹部；以 及第二底部，与所述第一底部相邻，所述第二底部具有平坦的第二底表面。
[0013] 例如，所述光源可以具有顶表面，该顶表面位于从所述第二底表面延伸的假想水 平面之下，或位于所述假想水平面之上。所述光源的至少一部分可以位于所述第一凹部之 内。
[0014] 例如，所述第一底表面可以具有第一曲率半径，所述第一曲率半径适于将从所述 光源出射并被引导至所述第一底表面的光线朝着限定所述第二凹部的所述透镜的顶表面 折射，并且其中所述透镜的所述顶表面可以具有第二曲率半径，所述第二曲率半径适于将 在所述第一底表面处被折射的光线朝着所述透镜的侧表面反射。
[0015] 例如，光轴和从所述光源出射从而被引导至所述第一底表面的光线之间的第一角 度可以大于所述光轴和在所述第一底表面处被折射从而被引导至所述透镜的顶表面的光 线的延伸线之间的第二角度。
[0016] 在另一个实施例中，一种背光单元包括：上述发光器件；上板，被设置在所述透镜 之上；以及下板，被设置在所述光源和所述透镜之下。例如，所述上板可以包括扩散板、棱镜 片或偏振板中的至少一个。所述下板可以包括反射片、印刷电路板或辐射板中的至少一个。 所述背光单元可以具有l〇mm或更小的厚度。
[0017] 在又一个实施例中，一种显示装置包括：所述背光单元；以及显示面板，被设置在 所述背光单元的上侧。
[0018] 采用本申请提供的技术方案，发光器件、包括该器件的背光单元以及包括该单元 的显示装置可以不仅具有小的厚度，而且具有大的半极大处全宽，这可以确保出射光线的 均匀照明。
【附图说明】
[0019] 将参考下面的附图详细描述布置方式和实施例，附图中类似的附图标记指代类似 的元件，其中：
[0020] 图1A和图1B分别是根据一个实施例的发光器件的顶部透视图和底部透视图；
[0021] 图2是沿图1中所示的线1-1'截取的发光器件的剖视图；
[0022] 图3是根据另一个实施例的发光器件的剖视图；
[0023] 图4是根据一实施例的背光单元的剖视图；
[0024] 图5A和图5B是示出与光源的面积相关的正交投影面的面积的曲线图；
[0025] 图6是示出与光源的面积相关的透镜的高度的曲线图；
[0026] 图7是示出与透镜的厚度相关的归一化总体功率的曲线图；
[0027] 图8是示出与第一和第二凹部之间在光轴上的垂直距离相关的归一化总体功率 的曲线图；
[0028] 图9是示出与第一角度相关的归一化总体功率的曲线图；
[0029] 图10是示出与第一角度相关的半极大处全宽的曲线图；
[0030] 图11是示出与第四角度相关的背光单元的厚度的曲线图；以及
[0031] 图12是示意性示出根据一实施例的显示装置的透视图。
【具体实施方式】
[0032] 在下文中，将参照附图详细描述例示性实施例以帮助理解实施例。然而，实施例可 以以各种方式变换，并且实施例的范围不能被理解为对下面描述的限制。实施例意图是为 所属技术领域的技术人员提供更完整的理解。
[0033] 在对实施例的如下描述中，可以理解地是，当每个元件被称为形成在另一个元件 的"上方"或"下方"时，其可以直接在另一个元件的"上方"或"下方"，或者也可以其间具 有一个或更多介入元件而间接地形成。另外，还可以理解地是，在元件的"上方"或"下方" 也可以指元件的向上方向和向下方向。
[0034] 此外，说明书和权利要求书中的相对术语"第一"、"第二"、"上"、"下"等可以被用 来在任意一个物体或元件和其他物体或元件之间进行区分，并且并不必然用于描述这些物 体和元件之间的任何物理或逻辑上的关系或特定次序。
[0035] 图1A和1B分别为根据一个实施例的发光器件100A的顶部透视图和底部透视图， 图2是沿图1中所示的线1-1'截取的发光器件100A的剖视图。为了便于示意，图2中示 出的发光器件100A的光源110在图1A和1B中示出的发光器件100A中被省略。
[0036] 参照图2,根据该实施例的发光器件100A包括光源110和透镜120A。
[0037] 光源110可以包括发光二极管（LED)。例如，尽管包括LED的光源110可以以围绕 发光表面所面向的方向成大约120°的视角发射光线，但该实施例不限于此。
[0038] 构成光源110的LED封装可以基于发光面所面向的方向被划分为顶视型LED封装 和侧视型LED封装，并且该实施例不限于这样的划分。
[0039] 此外，光源110可以包括彩色LED或白光LED，其发射的光线具有例如红色、绿色和 蓝色中的至少一种颜色。此外，彩色LED可以包括红光LED、蓝光LED或绿光LED中的至少 一种，并且在该实施例的技术范围内，从这些LED发射的光线可以改变。
[0040] 参照图1A、图1B和图2,透镜120A可以被设置 在光源110上，并且可以包括上部 UP和下部LP。
[0041] 首先，透镜120A的下部LP包括第一凹部R1。第一凹部R1可以被形成在光轴112 的方向上，以便面向光源110。
[0042] 在一个实施例中，第一凹部R1可以包括第一区域A1和第二区域A2。在第一区域 A1，随着到光轴112的距离缩短，第一凹部R1的深度可以更深。这里，深度被定义为随着与 光源110之间的距离增大而增大。第二区域A2可以位于第一区域A1的周边，并且可以具 有恒定的深度。即，不同于第一区域A1，不管到光轴112的距离如何，在第二区域A2中第一 凹部R1都可以具有恒定的深度，但是该实施例不限于此。
[0043] 图3是根据另一个实施例的发光器件100B的剖视图。
[0044] 在图2中示出的发光器件100A的第一凹部R1包括第一区域A1和第二区域A2,而 图3中示出的发光器件100B的第一凹部R1仅包括第一区域A1而没有包括第二区域A2。
[0045] 此外，在图2中不出的发光器件100A中，透镜120A的侧表面SS可以不是垂直表 面，而是可以相对于与光轴112平行的假想垂直线114倾斜第一角度Θ 1。这里，透镜120A 的侧表面SS是垂直表面意指第一角度Θ 1为〇°。
[0046] 在下面的描述中，在透镜120A的上部UP具有比下部LP更小的宽度W2的情形中， 可以限定第一角度Θ1具有负值。此外，在透镜120B的上部UP具有比下部LP更大的宽度 W2的情形中，可以限定第一角度Θ1具有正值。本文中，透镜120A或透镜120B的上部UP 的宽度W2可以意指在与光轴112的方向（例如，y轴）交叉的方向（例如，x轴）上，透镜 120A或透镜120B的上部UP的最小宽度或最大宽度，或者透镜120A或透镜120B的上部UP 的顶表面TS的宽度。此外，透镜120A或120B的下部LP的宽度可以意指透镜120A或120B 的下部LP的最小宽度或最大宽度。
[0047] 例如，透镜120A或透镜120B的上部UP的宽度W2在图2的情形中可以意指透镜 120A的上部UP在X轴上的的最小宽度（或者透镜120A的上部UP的顶表面TS的宽度）， 并且在图3的情形中可以意指透镜120B的上部UP在X轴上的的最大宽度（或者透镜120B 的上部UP的顶表面TS的宽度）。
[0048] 此外，透镜120A或透镜120B的下部LP的宽度在图2的情形中可以意指透镜120A 的下部LP在X轴上的最大宽度，在图3的情形中可以意指透镜120B的下部LP在X轴上的 最小宽度。
[0049] 在下文中，尽管已经参照图2和3描述了透镜120A或120B的上部UP的宽度W2 和下部LP的宽度，但是实施例不限于此。
[0050] 除了上述的不同之外，在图3中示出的发光器件100B与在图2中示出的发光器件 100A相同。
[0051] 此外，参照图2和图3,透镜120A或120B的下部LP可以包括第一底部B1和第二 底部B2。图2和图3中示出的第一底部B1包括限定第一凹部R1的第一底表面122A或 122B。第二底部B2包括是平坦的并与第一底部B1相邻的第二底部124。图2中示出的第 一底部B1还可以包括第三底表面126和128。
[0052] 在图2的情形中，第一区域A1中的第一底表面122A具有曲面形状，而第二区域A2 中的第三底表面126和128具有平坦形状。此外，在图3的情形中，第一底表面122B具有 曲面形状。此外，图2和图3中示出的第二底表面124具有平坦形状。然而，实施例中第一 底表面122A或122B、第二底表面124以及第三底表面126和128中的每一个不限于特定形 状，而是可以具有除了所示形状之外的各种其他形状。
[0053] 第一区域A1中的第一底表面122A或122B和假想水平面PH之间的垂直间隔距 离可以随着与光轴之间的距离减小而增大，并且可以随着与光轴112之间的距离增大而减 小。本文中，假想水平面PH可以意指包括第二底表面124的水平面，或可以意指在与光轴 112的方向（例如，y轴）交叉的方向（例如，X轴）上延伸的水平面。
[0054] 此外，光源110的顶表面110A可以位于假想水平面PH之下，但不限于此。
[0055] 可替换地，光源110的顶表面110A可以位于假想水平面PH之上。在该情形中，光 源110的至少一部分可以位于第一凹部R1之内，或者整个光源110可以位于第一凹部R1 之内。
[0056] 此外，根据该实施例，在光轴方向（例如，y轴）上第一凹部R1上的最深点P1 (或 者光轴112和第一底表面122A或122B彼此相交的点）和光源110的发光表面110A之间 的垂直间隔距离d可以小于第一凹部R1在与光轴方向交叉的方向（例如，X轴）上的宽度 (例如，第一宽度W1，该第一宽度W1是第一凹部R1的最大宽度）。
[0057] 参照图2和图3,第二角度Θ 2意指光轴112和从光源110出射并被引导至第一底 表面122A或122B的光线之间的角度。即，第二角度Θ 2可以对应于从光源110发射的光 线LP1的发散角度，并且可以对应于包括从光源110出射的光通量的90%的半角。第三角 度θ 3意指光轴112和在第一底表面122A或122B处被折射并被引导至顶表面TS的光线 LP2的延伸线LP4之间的角度。此时，在该实施例中，第二角度Θ 2可以大于第三角度Θ 3。
[0058] 如上所述，当距离d小于第一宽度W1，即，当第二宽度Θ 2大于第三角度Θ 3时，从 光源110出射并被引导至透镜120A或120B的第一底表面122A或122B的光线LP1可以在 第一底表面122A或122B处被更大地折射，从而被引导至透镜120A或120B的顶表面TS。 此时，到达顶表面TS的光线LP1可以在横向（即，在X轴）上被折射，从而从透镜120A或 120B出射。因此，在X轴（横向）上可以发射的光量比在y轴上（是发光器件100A或100B 的向上方向）更大，从而使得透镜120A或120B的厚度T1得以减小。
[0059] 同时，透镜120A或120B的上部UP可以包括第二凹部R2。第二凹部R2可以被形 成在光轴方向，以便与下部LP相对。透镜120A或120B的顶表面TS可以限定第二凹部R2 并且可以朝向光轴112呈锥形。
[0060] 此外，在图2和图3的情形中，尽管第一凹部R1和第二凹部R2每一个都被示出为 在与光轴方向（例如，y轴）交叉的方向（例如，X轴）关于光轴112对称，但实施例不限于 此。
[0061] 此外，尽管在与光轴方向交叉的方向（例如，X轴）上，第一凹部R1的宽度W1可 以小于第二凹部R2的第二宽度W2,但是实施例不限于此。这里，尽管第二凹部R2的宽度已 经被描述为第二凹部R2的最大宽度，即，第二宽度W2是透镜120A或120B的顶表面TS的 宽度，但是实施例不限于此。
[0062] 此外，尽管透镜120A或120B的上部UP和下部LP的侧表面SS可以是平坦的，但 是实施例不限于此。即，在另一个实施例中，侧表面SS可以具有凸起（没有示出）以便于 在透镜120A和120B的制造过程中容易使得透镜120A或120B容易夹起。
[0063] 在上面描述的发光器件100A或100B的情形中，第一底表面122A或122B用于折 射从光源110出射并被引导到这里的光线LP1。此时，第一底表面122A或122B可以具有第 一曲率半径，其可以适于朝向透镜120A或120B的顶表面TS折射入射的光线LP1。此外，透 镜120A或120B的顶表面TS可以具有第二曲率半径，其适于朝着透镜120A或120B的侧表 面SS反射由第一表面122A或122B折射并被引导至该顶表面TS的光线LP2。
[0064] B卩，从光源110出射的光线LP1可以被引导至第一底表面122A或122B，从而在第 一底表面122A或122B处被折射，在第一底表面122A或122B处被折射的光线LP2可以由顶 表面TS 反射，并且由顶表面TS反射的光线LP3可以从侧表面SS出射（或穿过侧表面SS)。 如上所述，发光器件100A或100B可以通过使用透镜120A或120B，在与光轴方向（例如，y 轴）交叉的横向（例如，X轴）上发射光线。
[0065] 根据上述实施例的发光器件100A或100B可以被应用到各种领域。例如，发光器 件100A或100B可以被应用到背光单元。
[0066] 在下文中，将参照附图描述根据一实施例的背光单元200。
[0067] 图4是根据该实施例的背光单元200的剖视图。
[0068] 图4中示出的背光单元200可以包括光源110、透镜120A、上板210以及下板220。 本文中，光源110和透镜120A分别对应于图2中示出的光源110和透镜120A，因此由相同 的附图标记标识。在下文中，将省略对它们的重复描述。
[0069] 在另一个实施例中，背光单元200可以包括在图3中示出的透镜120B而不是图2 中示出的透镜120A。因此，下面与背光单元200相关的描述可以被应用到背光单元200包 括图3中示出的透镜120B的情形。
[0070] 上板210可以被设置在透镜120A之上，使得从光源110出射的光线在穿过透镜 120A之后最终到达上板210。上板210可以具有恒定的厚度。例如，上板210可以包括扩 散板、棱镜片或偏振板中的至少一个。
[0071] 此外，下板220可以被设置在光源110和透镜120A之下，以便支撑120A和110这 二者，并且可以具有恒定的厚度。下板220可以包括反射片、印刷电路板（PCB)或辐射板中 的至少一个。
[0072] 上板210和下板220之间在光轴112的方向上的间隔距离T2可以对应于背光单 元200的厚度。尽管背光单元200的厚度T2可以为10mm或更小，但实施例不限于此。
[0073] 图4中示出的背光单元200仅以举例的方式给出，当然，图2和图3中示出的发光 器件100A和100B可以被应用到结构与图4中所示结构不同的背光单元中。
[0074] 同时，将在下文参照附图描述透镜120A或120B的特性。下面的描述还可以以相 同的方式被应用到图4示出的背光单元200采用图3所示的透镜120B而不是图2所示的 透镜120A的情形中。为了方便起见，假想目标照度面（illuminance plane) 230在图4中 被示出，以设置从透镜120A的侧表面SS出射的光线强度的目标值。这里，目标照度面230 可以被限定为位于与光轴112相距规定距离L的点处的垂直面（即平行于光轴112的面）。 规定距离L可以被限定为光轴112和点P2之间的X轴上的距离，在点P2处从光源110出 射的光线在穿过透镜120A后以50%的照度到达上板210。此外，目标照度板230的高度T2 可以被限定为上板210和下板220之间的间隔距离。
[0075] 例如通过使用下面的方程2可以确定透镜120A的尺寸，方程2从下面的方程1推 导出。
[0076] 方程 1
[0077] π n2Scsin2 Θ 4 = π n2SLsin2 Θ 2
[0078] 方程 2
[0079]
[0080] 这里，η是介质折射率，是参照图1A和图4在与光轴方向（例如，y轴）交叉的 方向（例如，X轴）上将透镜120A投影获得的正交投影面130的面积，S e是光源110的发 光面积，第四角度Θ 4是从透镜120A发出的光线的辐射角度。具体而言，第四角度Θ 4可以 是当从正交投影平面130出射的光线被引导至目标照度面230时观察到的辐射角的一半。
[0081] &可以通过使用方程1和方程2由下面的方程3表示。
[0082] 方程 3
[0083] SL= T1XW3
[0084] 这里，参照图1A，W3是透镜120A在z轴上的第三宽度。正交投影面130的高度T1 对应于透镜120A在光轴方向上的厚度。应当理解，正交投影面130的面积&，即，透镜120A 的尺寸由高度T1和z轴上的第三宽度W3确定，z轴垂直于光轴方向。
[0085] 尽管上述的第四角度Θ 4与目标照度面230的高度（或厚度）T2成比例，但是也 可以与目标照度面230和光轴112之间的规定距离L成反比例。第四角度θ 4可以在Γ 到15°的范围内，例如，可以在3°到12°的范围之内，更具体地，可以在4. 5°到8. 5°的 范围之内。
[0086] 图5Α和图5Β是示出与光源110的面积Sc相关的正交投影面130的面积S J勺曲 线图。横轴表示Se，而竖轴表示
[0087] 图6是示出与光源110的面积Sc相关的透镜120A的高度（或厚度）T1的曲线图。 横轴表示S e，并且竖轴表示对应于透镜120A的高度的厚度T1。
[0088] 参照图5A将理解根据第四角度Θ 4的变化的Sc和心之间的关系，参照图5B将理 解根据第二角度Θ 2和第四角度Θ 4的变化的Se和^之间的关系。
[0089] 参照图5A和图5B，应当理解，随着Sc的增大而增大。因此，应当理解，随着光源 110的发光面积S c增大，必须增大透镜120A的尺寸。即，如在图6中示意性示出的，应当理 解，透镜120A的厚度T1随着光源110的发光面积S e的增大而增大。因此，在该实施例中， 光源110的发光面积&可以减小从而减小透镜120A的厚度T1。
[0090] 图7是示出与透镜120A的厚度T1相关的归一化总体功率（或辐射强度）的曲线 图。横轴表示透镜120A的厚度T1，竖轴表示归一化总体功率。
[0091] 透镜120A的厚度T1可以根据背光单元200的厚度T2被合适地选择。此时，参照 图7应当理解，从发光器件100A或100B或背光单元200出射的光线强度，即总体功率基于 透镜120A的厚度T1而变化。因此，透镜120A的厚度T1可以从其中归一化总体功率的变 化小的范围A3中选择。透镜120A的厚度可以例如减小到4. 5mm到7mm的范围内，同时归 一化总体功率实现最小变化。
[0092] 图8是示出与光轴112的方向上第一凹部R1和第二凹部R2之间的间隔距离D相 关的归一化总体功率（或辐射强度）的曲线图。横轴表示间隔距离D，竖轴表示归一化总体 功率。
[0093] 第一凹部R1和第二凹部R2可以在光轴112上具有最大深度，并且可以根据第一 凹部R1和第二凹部之间在光轴112上的距离D控制在y轴上出射的光线的辐射强度，y轴 是透镜120A的向上方向。从透镜120A的侧表面SS出射的光线的辐射强度随着归一化总 体功率的增大而减小，这可能导致发光器件100A或100B或包括发光器件100A或100B的 背光单元200的性能下降。鉴于此，间隔距离D可以从其中标准化总体功率变化小的范围 内选择。例如，参照图8应当理解，间隔距离D可以处于1mm到4. 7mm的范围内，这对应于 其中归一化总体功率变化小的范围R。当间隔距离D被设置为该值时，透镜120A的厚度T1 可以减小。
[0094] 图9是示出与第一角度θ 1相关的归一化总体功率（g卩，辐射强度）的曲线图。横 轴表示第一角度Θ1，竖轴表示归一化总体功率。这里，⑶是第一角度Θ1的转折点。
[0095] 由于从侧表面SS出射的光线的辐射强度被根据透镜120A倾斜侧表面SS的第一 角度Θ1而控制，因此第一角度Θ1可以从其中总体辐射强度的值较高的范围中选择。参 照图9,第一角度θ 1可以被确定为使得其高于阈值范围TH，在阈值范围TH中总体辐射强 度为90%或更多。第一角度Θ1例如可以在-10°到+10°的范围内，以增大总体功率，该 总体功率是透镜120A的厚度T1减小时从发光器件100A出射的光线的辐射强度。
[0096] 图10是示出与第一角度θ 1相关的半极大处全宽（FWHM)的曲线图。横轴表示第 一角度θ 1，而竖轴表示半极大处全宽（FWHM)。
[0097] 半极大处全宽与目标照度面230和光轴112之间的间隔距离L相关。此外，半极 大处全宽（FWHM)可以在确定背光单元200中的距离L时起到关键作用，并且可以要求50nm 或更大的值。参照图10,应当理解，半极大处全宽为50nm或更大的第一角度θ 1具有正值 而不是负值。鉴于此，第一角度Θ1可以处于0°到10°的范围内。因此，在该实施例中， 如在图3中例示性示出的，半极大处全宽（FWHM)可以随着透镜120B的倾斜侧表面SS的第 一角度Θ1被调节为正值时增大。
[0098] 图11是示出与第四角度Θ 4相关的背光单元200的厚度T2的曲线图。横轴表示 第四角度Θ 4,左边的竖轴表示厚度T2,右边的竖轴表示透镜120A的横向宽度。
[0099] 较小的第四角度Θ 4允许光线在X轴上扩散得较远，X轴是透镜120A的横向方 向，这在减小背光单元200的厚度T2(还由附图标记180标识）方面是有利的。然而，透镜 120Α需要更大面积以在它的横向上将光线扩散得更远。此时，当透镜120Α的横向宽度（例 如，W3)(还由附图标记182标识）增大时，没有必要增大透镜120Α的高度，因此背光单元 200的厚度Τ2可以相对减小。参照图11，应当理解，背光单元200的厚度Τ2(还由附图标 记180标识）和透镜120Α的横向宽度182根据第四角度Θ 4的变化而以不同方式变化。
[0100] 如上所述，通过改变发光器件100Α或100Β中的透镜120Α的特性（例如，d、D、Wl、 W3、Θ 1、Θ4和T1)，不仅发光器件100A或100B或背光单元200的厚度T1或T2可以减小， 而且半极大处全宽可以增大，这可以确保出射的光线的均匀照明。
[0101] 上述背光单元可以被应用到各种领域。例如，背光单元可以被应用到显示装置。
[0102] 下文中，将参照附图描述根据一实施例的显示装置。
[0103] 图12是示意性示出根据该实施例的显示装置300的透视图。
[0104] 在图12中示出的显示装置300可以包括前框架300、显示面板320、背光单元200、 第一后盖330、控制器框架340、子控制器350、第二后盖360以及控制模块370。
[0105] 前框架310用于围绕显示面板320的前表面。前框架310在边缘部限定了该前表 面的外观，边缘部是显示装置300的非显示区域，即边框区域。即，前框架310的宽度可以 是边框区域的宽度。
[0106] 显示面板320被设置在背光单元200的上侧。显示面板320可以包括：下基板（没 有示出）和上基板（没有示出），它们被结合为彼此面向，以便维持它们之间的均匀单元间 隙；以及液晶层（没有示出），被插入到这两个基板之间。下基板可以形成有多条栅线和与 栅线交叉的多条数据线。薄膜晶体管（TFT)可以形成在栅线和数据线的交叉处。
[0107] 背光单元200用来出射光线，以便为显示面板320提供背光。背光单元200可以 对应于图4中示出的背光单元200。在该情形中，如上所述，图4中示出的背光单元200的 上板210可以包括多个光学片来散射或处理朝着显不面板320出射的光线，例如，散射片或 棱镜片。
[0108] 第一后盖330被配置为围绕背光单元200的背部，以便限定显示装置300的背部 表面的外观。
[0109] 子控制器350被固定到第一后盖330的背部表面的下端并且用于一旦接收到来自 控制模块370的供电和图像信号时驱动显示装置300。子控制器350用于一旦接收到图像 信号时驱动显示面板320和背光单元200。子控制器350被形成为最小化的尺寸，以便设置 在第一后盖330和第二后盖360之间。在该情形中，控制器框架340可以为子控制器350提 供固定位置，并且子控制器350可以被固定到第一后盖330的背部表面的第二后盖360覆 盖。
[0110] 控制模块370可以包括电源单元（没有示出）和主控制器（没有示出），电源单元 接收外部电力并将接收到的电力转换为驱动显示装置300所需的驱动电力，主控制器产生 驱动显示装置300所需的图像信号。
[0111] 在图12中示出的驱动装置300仅以举例的方式示出，当然，在图4中示出的背光 单元200可以被应用到具有不同于图12中所示结构的显示装置中。
[0112] 从上面的描述中可以清楚，根据这些实施例，发光器件、包括该器件的背光单元以 及包括该单元的显示装置可以不仅具有小的厚度，而且具有大的半极大处全宽，这可以确 保出射光线的均匀照明。
[0113] 虽然已经参考本发明的多个例示性实施例而对实施例进行了描述，但应理解的 是，所属技术领域的技术人员可以推导出落在此公开原理的精神和范围内的大量的其它变 化和实施例。更具体地，可以在此公开、附图以及所附权利要求书的范围内对元件和/或主 要组合排列中的设置进行各种改变与变化。除了元件和/或设置的改变与变化之外，本发 明的其他应用对本领域技术人员而言也是显而易见的。
【主权项】
1. 一种发光器件，包括： 光源；和 透镜，设置在所述光源上； 其中所述透镜包括： 下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及 上部，具有第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对， 其中所述第一凹部和所述第二凹部在光轴上彼此间隔开1mm到4. 7mm范围内的间隔距 离。2. 根据权利要求1所述的器件，其中在与所述光轴方向交叉的方向上，所述第一凹部 的最大宽度小于所述第二凹部的最大宽度。3. 根据权利要求1所述的器件，其中在所述光轴上所述第一凹部的最深点和所述光源 的发光表面之间的距离小于在与所述光轴方向交叉的方向上所述第一凹部的最大宽度。4. 根据权利要求1所述的器件，其中所述第一凹部包括： 第一区域，其深度随着与所述光轴之间的距离减小而增大；以及 第二区域，环绕所述第一区域的周边，所述第二区域具有恒定深度。5. 根据权利要求1所述的器件，其中所述下部包括： 第一底部，具有限定所述第一凹部的第一底表面；以及 第二底部，与所述第一底部相邻，所述第二底部具有平坦的第二底表面。6. 根据权利要求5所述的器件，其中所述第一底表面具有第一曲率半径，所述第一曲 率半径适于将从所述光源出射并被引导至所述第一底表面的光线朝着限定所述第二凹部 的所述透镜的顶表面折射，并且 其中所述透镜的所述顶表面具有第二曲率半径，所述第二曲率半径适于将在所述第一 底表面处被折射的光线朝着所述透镜的侧表面反射。7. -种背光单元，包括： 根据权利要求1到6中任一项所述的发光器件。 上板，被设置在所述透镜之上；以及 下板，被设置在所述光源和所述透镜之下。8. 根据权利要求7所述的背光单元，其中所述上板包括扩散板、棱镜片或偏振板中的 至少一个。9. 根据权利要求7所述的背光单元，其中所述下板包括反射片、印刷电路板或辐射板 中的至少一个。10. -种显示装置，包括： 根据权利要求7所述的背光单元；以及 显示面板，被设置在所述背光单元的上侧。
【专利摘要】实施例提供了一种发光器件、包括器件的背光单元以及包括该单元的显示装置。该发光器件包括：光源和设置在所述光源上的透镜。所述透镜包括：下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及上部，具有第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对。所述第一凹部和所述第二凹部在光轴上彼此间隔开1mm到4.7mm范围内的间隔距离。采用本申请提供的方案，发光器件、包括该器件的背光单元以及包括该单元的显示装置可以不仅具有小的厚度，而且具有大的半极大处全宽，这可以确保出射光线的均匀照明。
【IPC分类】G02F1/13357
【公开号】CN105487289
【申请号】CN201510639914
【发明人】郑宰旭
【申请人】Lg伊诺特有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】EP3006978A1, US20160097510
【技术领域】
[0001] 实施例涉及发光器件、包括该器件的背光单元以及包括该单元的显示装置。
【背景技术】
[0002] 传统的包括发光二极管的发光器件具有圆顶状的透镜。此时，发光器件可能有将 光线发射到环绕光轴的特定区域，这样会存在问题而且是不期望的。
[0003] 此外，发光器件可以被应用到背光单元，而该背光单元可以被应用到显示装置。
[0004] 背光单元可以基于诸如发光二极管之类的光源的设置，被划分为侧入式背光单元 和直下式背光单元。特别地，直下式背光单元可以使用用于朗伯发光的发光二极管。从发 光二极管出射的光线可以由光学片分散，从而被引导至显示装置的液晶。此时，被采用来阻 止从光源出射的高强度光线在液晶上被立即看到的透镜用于增大从发光二极管出射的光 线的视角，从而导致光线被横向引导。然而，传统的包括透镜和发光二极管的发光器件由于 它的形状和尺寸方面的限制被配置为仅在有限的距离上发射光线。
【发明内容】
[0005] 实施例提供了厚度小、半极大处全宽较宽而且照明均勾（even illuminance)的发 光器件，包括该器件的背光单元，以及包括该单元的显示装置。
[0006] 在一个实施例中，一种发光器件包括；光源；和透镜，设置在所述光源上；其中所 述透镜包括：下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及上部，具有 第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对，其中所述第一凹部和所述第二凹 部在光轴上彼此间隔开1mm到4. 7mm范围内的间隔距离。
[0007] 在另一个实施例中，一种发光器件包括：光源；和透镜，设置在所述光源上，其中 所述透镜包括：下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及上部，具 有第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对，其中所述下部和上部的侧表面 包括处于-10°到+10°范围内的倾斜角度。所述侧表面的倾斜角度可以处于0°到10° 的范围内。
[0008] 例如，所述侧表面的倾斜角度可以处于0°到10°的范围内，所述侧表面可以为 平坦的，并且所述透镜可以具有处于4. 5mm到7mm范围内的厚度。
[0009] 例如，所述第一凹部和所述第二凹部可以在与所述光轴交叉的方向上关于所述光 轴对称。在与所述光轴方向交叉的方向上，所述第一凹部的最大宽度小于所述第二凹部的 最大宽度。
[0010] 例如，在所述光轴上所述第一凹部的最深点和所述光源的发光表面之间的距离小 于在与所述光轴方向交叉的方向上所述第一凹部的最大宽度。
[0011] 所述第一凹部可以包括：第一区域，其深度随着与所述光轴之间的距离减小而增 大；以及第二区域，环绕所述第一区域的周边，所述第二区域具有恒定深度。
[0012] 例如，所述下部可以包括：第一底部，具有第一底表面，其限定所述第一凹部；以 及第二底部，与所述第一底部相邻，所述第二底部具有平坦的第二底表面。
[0013] 例如，所述光源可以具有顶表面，该顶表面位于从所述第二底表面延伸的假想水 平面之下，或位于所述假想水平面之上。所述光源的至少一部分可以位于所述第一凹部之 内。
[0014] 例如，所述第一底表面可以具有第一曲率半径，所述第一曲率半径适于将从所述 光源出射并被引导至所述第一底表面的光线朝着限定所述第二凹部的所述透镜的顶表面 折射，并且其中所述透镜的所述顶表面可以具有第二曲率半径，所述第二曲率半径适于将 在所述第一底表面处被折射的光线朝着所述透镜的侧表面反射。
[0015] 例如，光轴和从所述光源出射从而被引导至所述第一底表面的光线之间的第一角 度可以大于所述光轴和在所述第一底表面处被折射从而被引导至所述透镜的顶表面的光 线的延伸线之间的第二角度。
[0016] 在另一个实施例中，一种背光单元包括：上述发光器件；上板，被设置在所述透镜 之上；以及下板，被设置在所述光源和所述透镜之下。例如，所述上板可以包括扩散板、棱镜 片或偏振板中的至少一个。所述下板可以包括反射片、印刷电路板或辐射板中的至少一个。 所述背光单元可以具有l〇mm或更小的厚度。
[0017] 在又一个实施例中，一种显示装置包括：所述背光单元；以及显示面板，被设置在 所述背光单元的上侧。
[0018] 采用本申请提供的技术方案，发光器件、包括该器件的背光单元以及包括该单元 的显示装置可以不仅具有小的厚度，而且具有大的半极大处全宽，这可以确保出射光线的 均匀照明。
【附图说明】
[0019] 将参考下面的附图详细描述布置方式和实施例，附图中类似的附图标记指代类似 的元件，其中：
[0020] 图1A和图1B分别是根据一个实施例的发光器件的顶部透视图和底部透视图；
[0021] 图2是沿图1中所示的线1-1'截取的发光器件的剖视图；
[0022] 图3是根据另一个实施例的发光器件的剖视图；
[0023] 图4是根据一实施例的背光单元的剖视图；
[0024] 图5A和图5B是示出与光源的面积相关的正交投影面的面积的曲线图；
[0025] 图6是示出与光源的面积相关的透镜的高度的曲线图；
[0026] 图7是示出与透镜的厚度相关的归一化总体功率的曲线图；
[0027] 图8是示出与第一和第二凹部之间在光轴上的垂直距离相关的归一化总体功率 的曲线图；
[0028] 图9是示出与第一角度相关的归一化总体功率的曲线图；
[0029] 图10是示出与第一角度相关的半极大处全宽的曲线图；
[0030] 图11是示出与第四角度相关的背光单元的厚度的曲线图；以及
[0031] 图12是示意性示出根据一实施例的显示装置的透视图。
【具体实施方式】
[0032] 在下文中，将参照附图详细描述例示性实施例以帮助理解实施例。然而，实施例可 以以各种方式变换，并且实施例的范围不能被理解为对下面描述的限制。实施例意图是为 所属技术领域的技术人员提供更完整的理解。
[0033] 在对实施例的如下描述中，可以理解地是，当每个元件被称为形成在另一个元件 的"上方"或"下方"时，其可以直接在另一个元件的"上方"或"下方"，或者也可以其间具 有一个或更多介入元件而间接地形成。另外，还可以理解地是，在元件的"上方"或"下方" 也可以指元件的向上方向和向下方向。
[0034] 此外，说明书和权利要求书中的相对术语"第一"、"第二"、"上"、"下"等可以被用 来在任意一个物体或元件和其他物体或元件之间进行区分，并且并不必然用于描述这些物 体和元件之间的任何物理或逻辑上的关系或特定次序。
[0035] 图1A和1B分别为根据一个实施例的发光器件100A的顶部透视图和底部透视图， 图2是沿图1中所示的线1-1'截取的发光器件100A的剖视图。为了便于示意，图2中示 出的发光器件100A的光源110在图1A和1B中示出的发光器件100A中被省略。
[0036] 参照图2,根据该实施例的发光器件100A包括光源110和透镜120A。
[0037] 光源110可以包括发光二极管（LED)。例如，尽管包括LED的光源110可以以围绕 发光表面所面向的方向成大约120°的视角发射光线，但该实施例不限于此。
[0038] 构成光源110的LED封装可以基于发光面所面向的方向被划分为顶视型LED封装 和侧视型LED封装，并且该实施例不限于这样的划分。
[0039] 此外，光源110可以包括彩色LED或白光LED，其发射的光线具有例如红色、绿色和 蓝色中的至少一种颜色。此外，彩色LED可以包括红光LED、蓝光LED或绿光LED中的至少 一种，并且在该实施例的技术范围内，从这些LED发射的光线可以改变。
[0040] 参照图1A、图1B和图2,透镜120A可以被设置 在光源110上，并且可以包括上部 UP和下部LP。
[0041] 首先，透镜120A的下部LP包括第一凹部R1。第一凹部R1可以被形成在光轴112 的方向上，以便面向光源110。
[0042] 在一个实施例中，第一凹部R1可以包括第一区域A1和第二区域A2。在第一区域 A1，随着到光轴112的距离缩短，第一凹部R1的深度可以更深。这里，深度被定义为随着与 光源110之间的距离增大而增大。第二区域A2可以位于第一区域A1的周边，并且可以具 有恒定的深度。即，不同于第一区域A1，不管到光轴112的距离如何，在第二区域A2中第一 凹部R1都可以具有恒定的深度，但是该实施例不限于此。
[0043] 图3是根据另一个实施例的发光器件100B的剖视图。
[0044] 在图2中示出的发光器件100A的第一凹部R1包括第一区域A1和第二区域A2,而 图3中示出的发光器件100B的第一凹部R1仅包括第一区域A1而没有包括第二区域A2。
[0045] 此外，在图2中不出的发光器件100A中，透镜120A的侧表面SS可以不是垂直表 面，而是可以相对于与光轴112平行的假想垂直线114倾斜第一角度Θ 1。这里，透镜120A 的侧表面SS是垂直表面意指第一角度Θ 1为〇°。
[0046] 在下面的描述中，在透镜120A的上部UP具有比下部LP更小的宽度W2的情形中， 可以限定第一角度Θ1具有负值。此外，在透镜120B的上部UP具有比下部LP更大的宽度 W2的情形中，可以限定第一角度Θ1具有正值。本文中，透镜120A或透镜120B的上部UP 的宽度W2可以意指在与光轴112的方向（例如，y轴）交叉的方向（例如，x轴）上，透镜 120A或透镜120B的上部UP的最小宽度或最大宽度，或者透镜120A或透镜120B的上部UP 的顶表面TS的宽度。此外，透镜120A或120B的下部LP的宽度可以意指透镜120A或120B 的下部LP的最小宽度或最大宽度。
[0047] 例如，透镜120A或透镜120B的上部UP的宽度W2在图2的情形中可以意指透镜 120A的上部UP在X轴上的的最小宽度（或者透镜120A的上部UP的顶表面TS的宽度）， 并且在图3的情形中可以意指透镜120B的上部UP在X轴上的的最大宽度（或者透镜120B 的上部UP的顶表面TS的宽度）。
[0048] 此外，透镜120A或透镜120B的下部LP的宽度在图2的情形中可以意指透镜120A 的下部LP在X轴上的最大宽度，在图3的情形中可以意指透镜120B的下部LP在X轴上的 最小宽度。
[0049] 在下文中，尽管已经参照图2和3描述了透镜120A或120B的上部UP的宽度W2 和下部LP的宽度，但是实施例不限于此。
[0050] 除了上述的不同之外，在图3中示出的发光器件100B与在图2中示出的发光器件 100A相同。
[0051] 此外，参照图2和图3,透镜120A或120B的下部LP可以包括第一底部B1和第二 底部B2。图2和图3中示出的第一底部B1包括限定第一凹部R1的第一底表面122A或 122B。第二底部B2包括是平坦的并与第一底部B1相邻的第二底部124。图2中示出的第 一底部B1还可以包括第三底表面126和128。
[0052] 在图2的情形中，第一区域A1中的第一底表面122A具有曲面形状，而第二区域A2 中的第三底表面126和128具有平坦形状。此外，在图3的情形中，第一底表面122B具有 曲面形状。此外，图2和图3中示出的第二底表面124具有平坦形状。然而，实施例中第一 底表面122A或122B、第二底表面124以及第三底表面126和128中的每一个不限于特定形 状，而是可以具有除了所示形状之外的各种其他形状。
[0053] 第一区域A1中的第一底表面122A或122B和假想水平面PH之间的垂直间隔距 离可以随着与光轴之间的距离减小而增大，并且可以随着与光轴112之间的距离增大而减 小。本文中，假想水平面PH可以意指包括第二底表面124的水平面，或可以意指在与光轴 112的方向（例如，y轴）交叉的方向（例如，X轴）上延伸的水平面。
[0054] 此外，光源110的顶表面110A可以位于假想水平面PH之下，但不限于此。
[0055] 可替换地，光源110的顶表面110A可以位于假想水平面PH之上。在该情形中，光 源110的至少一部分可以位于第一凹部R1之内，或者整个光源110可以位于第一凹部R1 之内。
[0056] 此外，根据该实施例，在光轴方向（例如，y轴）上第一凹部R1上的最深点P1 (或 者光轴112和第一底表面122A或122B彼此相交的点）和光源110的发光表面110A之间 的垂直间隔距离d可以小于第一凹部R1在与光轴方向交叉的方向（例如，X轴）上的宽度 (例如，第一宽度W1，该第一宽度W1是第一凹部R1的最大宽度）。
[0057] 参照图2和图3,第二角度Θ 2意指光轴112和从光源110出射并被引导至第一底 表面122A或122B的光线之间的角度。即，第二角度Θ 2可以对应于从光源110发射的光 线LP1的发散角度，并且可以对应于包括从光源110出射的光通量的90%的半角。第三角 度θ 3意指光轴112和在第一底表面122A或122B处被折射并被引导至顶表面TS的光线 LP2的延伸线LP4之间的角度。此时，在该实施例中，第二角度Θ 2可以大于第三角度Θ 3。
[0058] 如上所述，当距离d小于第一宽度W1，即，当第二宽度Θ 2大于第三角度Θ 3时，从 光源110出射并被引导至透镜120A或120B的第一底表面122A或122B的光线LP1可以在 第一底表面122A或122B处被更大地折射，从而被引导至透镜120A或120B的顶表面TS。 此时，到达顶表面TS的光线LP1可以在横向（即，在X轴）上被折射，从而从透镜120A或 120B出射。因此，在X轴（横向）上可以发射的光量比在y轴上（是发光器件100A或100B 的向上方向）更大，从而使得透镜120A或120B的厚度T1得以减小。
[0059] 同时，透镜120A或120B的上部UP可以包括第二凹部R2。第二凹部R2可以被形 成在光轴方向，以便与下部LP相对。透镜120A或120B的顶表面TS可以限定第二凹部R2 并且可以朝向光轴112呈锥形。
[0060] 此外，在图2和图3的情形中，尽管第一凹部R1和第二凹部R2每一个都被示出为 在与光轴方向（例如，y轴）交叉的方向（例如，X轴）关于光轴112对称，但实施例不限于 此。
[0061] 此外，尽管在与光轴方向交叉的方向（例如，X轴）上，第一凹部R1的宽度W1可 以小于第二凹部R2的第二宽度W2,但是实施例不限于此。这里，尽管第二凹部R2的宽度已 经被描述为第二凹部R2的最大宽度，即，第二宽度W2是透镜120A或120B的顶表面TS的 宽度，但是实施例不限于此。
[0062] 此外，尽管透镜120A或120B的上部UP和下部LP的侧表面SS可以是平坦的，但 是实施例不限于此。即，在另一个实施例中，侧表面SS可以具有凸起（没有示出）以便于 在透镜120A和120B的制造过程中容易使得透镜120A或120B容易夹起。
[0063] 在上面描述的发光器件100A或100B的情形中，第一底表面122A或122B用于折 射从光源110出射并被引导到这里的光线LP1。此时，第一底表面122A或122B可以具有第 一曲率半径，其可以适于朝向透镜120A或120B的顶表面TS折射入射的光线LP1。此外，透 镜120A或120B的顶表面TS可以具有第二曲率半径，其适于朝着透镜120A或120B的侧表 面SS反射由第一表面122A或122B折射并被引导至该顶表面TS的光线LP2。
[0064] B卩，从光源110出射的光线LP1可以被引导至第一底表面122A或122B，从而在第 一底表面122A或122B处被折射，在第一底表面122A或122B处被折射的光线LP2可以由顶 表面TS 反射，并且由顶表面TS反射的光线LP3可以从侧表面SS出射（或穿过侧表面SS)。 如上所述，发光器件100A或100B可以通过使用透镜120A或120B，在与光轴方向（例如，y 轴）交叉的横向（例如，X轴）上发射光线。
[0065] 根据上述实施例的发光器件100A或100B可以被应用到各种领域。例如，发光器 件100A或100B可以被应用到背光单元。
[0066] 在下文中，将参照附图描述根据一实施例的背光单元200。
[0067] 图4是根据该实施例的背光单元200的剖视图。
[0068] 图4中示出的背光单元200可以包括光源110、透镜120A、上板210以及下板220。 本文中，光源110和透镜120A分别对应于图2中示出的光源110和透镜120A，因此由相同 的附图标记标识。在下文中，将省略对它们的重复描述。
[0069] 在另一个实施例中，背光单元200可以包括在图3中示出的透镜120B而不是图2 中示出的透镜120A。因此，下面与背光单元200相关的描述可以被应用到背光单元200包 括图3中示出的透镜120B的情形。
[0070] 上板210可以被设置在透镜120A之上，使得从光源110出射的光线在穿过透镜 120A之后最终到达上板210。上板210可以具有恒定的厚度。例如，上板210可以包括扩 散板、棱镜片或偏振板中的至少一个。
[0071] 此外，下板220可以被设置在光源110和透镜120A之下，以便支撑120A和110这 二者，并且可以具有恒定的厚度。下板220可以包括反射片、印刷电路板（PCB)或辐射板中 的至少一个。
[0072] 上板210和下板220之间在光轴112的方向上的间隔距离T2可以对应于背光单 元200的厚度。尽管背光单元200的厚度T2可以为10mm或更小，但实施例不限于此。
[0073] 图4中示出的背光单元200仅以举例的方式给出，当然，图2和图3中示出的发光 器件100A和100B可以被应用到结构与图4中所示结构不同的背光单元中。
[0074] 同时，将在下文参照附图描述透镜120A或120B的特性。下面的描述还可以以相 同的方式被应用到图4示出的背光单元200采用图3所示的透镜120B而不是图2所示的 透镜120A的情形中。为了方便起见，假想目标照度面（illuminance plane) 230在图4中 被示出，以设置从透镜120A的侧表面SS出射的光线强度的目标值。这里，目标照度面230 可以被限定为位于与光轴112相距规定距离L的点处的垂直面（即平行于光轴112的面）。 规定距离L可以被限定为光轴112和点P2之间的X轴上的距离，在点P2处从光源110出 射的光线在穿过透镜120A后以50%的照度到达上板210。此外，目标照度板230的高度T2 可以被限定为上板210和下板220之间的间隔距离。
[0075] 例如通过使用下面的方程2可以确定透镜120A的尺寸，方程2从下面的方程1推 导出。
[0076] 方程 1
[0077] π n2Scsin2 Θ 4 = π n2SLsin2 Θ 2
[0078] 方程 2
[0079]
[0080] 这里，η是介质折射率，是参照图1A和图4在与光轴方向（例如，y轴）交叉的 方向（例如，X轴）上将透镜120A投影获得的正交投影面130的面积，S e是光源110的发 光面积，第四角度Θ 4是从透镜120A发出的光线的辐射角度。具体而言，第四角度Θ 4可以 是当从正交投影平面130出射的光线被引导至目标照度面230时观察到的辐射角的一半。
[0081] &可以通过使用方程1和方程2由下面的方程3表示。
[0082] 方程 3
[0083] SL= T1XW3
[0084] 这里，参照图1A，W3是透镜120A在z轴上的第三宽度。正交投影面130的高度T1 对应于透镜120A在光轴方向上的厚度。应当理解，正交投影面130的面积&，即，透镜120A 的尺寸由高度T1和z轴上的第三宽度W3确定，z轴垂直于光轴方向。
[0085] 尽管上述的第四角度Θ 4与目标照度面230的高度（或厚度）T2成比例，但是也 可以与目标照度面230和光轴112之间的规定距离L成反比例。第四角度θ 4可以在Γ 到15°的范围内，例如，可以在3°到12°的范围之内，更具体地，可以在4. 5°到8. 5°的 范围之内。
[0086] 图5Α和图5Β是示出与光源110的面积Sc相关的正交投影面130的面积S J勺曲 线图。横轴表示Se，而竖轴表示
[0087] 图6是示出与光源110的面积Sc相关的透镜120A的高度（或厚度）T1的曲线图。 横轴表示S e，并且竖轴表示对应于透镜120A的高度的厚度T1。
[0088] 参照图5A将理解根据第四角度Θ 4的变化的Sc和心之间的关系，参照图5B将理 解根据第二角度Θ 2和第四角度Θ 4的变化的Se和^之间的关系。
[0089] 参照图5A和图5B，应当理解，随着Sc的增大而增大。因此，应当理解，随着光源 110的发光面积S c增大，必须增大透镜120A的尺寸。即，如在图6中示意性示出的，应当理 解，透镜120A的厚度T1随着光源110的发光面积S e的增大而增大。因此，在该实施例中， 光源110的发光面积&可以减小从而减小透镜120A的厚度T1。
[0090] 图7是示出与透镜120A的厚度T1相关的归一化总体功率（或辐射强度）的曲线 图。横轴表示透镜120A的厚度T1，竖轴表示归一化总体功率。
[0091] 透镜120A的厚度T1可以根据背光单元200的厚度T2被合适地选择。此时，参照 图7应当理解，从发光器件100A或100B或背光单元200出射的光线强度，即总体功率基于 透镜120A的厚度T1而变化。因此，透镜120A的厚度T1可以从其中归一化总体功率的变 化小的范围A3中选择。透镜120A的厚度可以例如减小到4. 5mm到7mm的范围内，同时归 一化总体功率实现最小变化。
[0092] 图8是示出与光轴112的方向上第一凹部R1和第二凹部R2之间的间隔距离D相 关的归一化总体功率（或辐射强度）的曲线图。横轴表示间隔距离D，竖轴表示归一化总体 功率。
[0093] 第一凹部R1和第二凹部R2可以在光轴112上具有最大深度，并且可以根据第一 凹部R1和第二凹部之间在光轴112上的距离D控制在y轴上出射的光线的辐射强度，y轴 是透镜120A的向上方向。从透镜120A的侧表面SS出射的光线的辐射强度随着归一化总 体功率的增大而减小，这可能导致发光器件100A或100B或包括发光器件100A或100B的 背光单元200的性能下降。鉴于此，间隔距离D可以从其中标准化总体功率变化小的范围 内选择。例如，参照图8应当理解，间隔距离D可以处于1mm到4. 7mm的范围内，这对应于 其中归一化总体功率变化小的范围R。当间隔距离D被设置为该值时，透镜120A的厚度T1 可以减小。
[0094] 图9是示出与第一角度θ 1相关的归一化总体功率（g卩，辐射强度）的曲线图。横 轴表示第一角度Θ1，竖轴表示归一化总体功率。这里，⑶是第一角度Θ1的转折点。
[0095] 由于从侧表面SS出射的光线的辐射强度被根据透镜120A倾斜侧表面SS的第一 角度Θ1而控制，因此第一角度Θ1可以从其中总体辐射强度的值较高的范围中选择。参 照图9,第一角度θ 1可以被确定为使得其高于阈值范围TH，在阈值范围TH中总体辐射强 度为90%或更多。第一角度Θ1例如可以在-10°到+10°的范围内，以增大总体功率，该 总体功率是透镜120A的厚度T1减小时从发光器件100A出射的光线的辐射强度。
[0096] 图10是示出与第一角度θ 1相关的半极大处全宽（FWHM)的曲线图。横轴表示第 一角度θ 1，而竖轴表示半极大处全宽（FWHM)。
[0097] 半极大处全宽与目标照度面230和光轴112之间的间隔距离L相关。此外，半极 大处全宽（FWHM)可以在确定背光单元200中的距离L时起到关键作用，并且可以要求50nm 或更大的值。参照图10,应当理解，半极大处全宽为50nm或更大的第一角度θ 1具有正值 而不是负值。鉴于此，第一角度Θ1可以处于0°到10°的范围内。因此，在该实施例中， 如在图3中例示性示出的，半极大处全宽（FWHM)可以随着透镜120B的倾斜侧表面SS的第 一角度Θ1被调节为正值时增大。
[0098] 图11是示出与第四角度Θ 4相关的背光单元200的厚度T2的曲线图。横轴表示 第四角度Θ 4,左边的竖轴表示厚度T2,右边的竖轴表示透镜120A的横向宽度。
[0099] 较小的第四角度Θ 4允许光线在X轴上扩散得较远，X轴是透镜120A的横向方 向，这在减小背光单元200的厚度T2(还由附图标记180标识）方面是有利的。然而，透镜 120Α需要更大面积以在它的横向上将光线扩散得更远。此时，当透镜120Α的横向宽度（例 如，W3)(还由附图标记182标识）增大时，没有必要增大透镜120Α的高度，因此背光单元 200的厚度Τ2可以相对减小。参照图11，应当理解，背光单元200的厚度Τ2(还由附图标 记180标识）和透镜120Α的横向宽度182根据第四角度Θ 4的变化而以不同方式变化。
[0100] 如上所述，通过改变发光器件100Α或100Β中的透镜120Α的特性（例如，d、D、Wl、 W3、Θ 1、Θ4和T1)，不仅发光器件100A或100B或背光单元200的厚度T1或T2可以减小， 而且半极大处全宽可以增大，这可以确保出射的光线的均匀照明。
[0101] 上述背光单元可以被应用到各种领域。例如，背光单元可以被应用到显示装置。
[0102] 下文中，将参照附图描述根据一实施例的显示装置。
[0103] 图12是示意性示出根据该实施例的显示装置300的透视图。
[0104] 在图12中示出的显示装置300可以包括前框架300、显示面板320、背光单元200、 第一后盖330、控制器框架340、子控制器350、第二后盖360以及控制模块370。
[0105] 前框架310用于围绕显示面板320的前表面。前框架310在边缘部限定了该前表 面的外观，边缘部是显示装置300的非显示区域，即边框区域。即，前框架310的宽度可以 是边框区域的宽度。
[0106] 显示面板320被设置在背光单元200的上侧。显示面板320可以包括：下基板（没 有示出）和上基板（没有示出），它们被结合为彼此面向，以便维持它们之间的均匀单元间 隙；以及液晶层（没有示出），被插入到这两个基板之间。下基板可以形成有多条栅线和与 栅线交叉的多条数据线。薄膜晶体管（TFT)可以形成在栅线和数据线的交叉处。
[0107] 背光单元200用来出射光线，以便为显示面板320提供背光。背光单元200可以 对应于图4中示出的背光单元200。在该情形中，如上所述，图4中示出的背光单元200的 上板210可以包括多个光学片来散射或处理朝着显不面板320出射的光线，例如，散射片或 棱镜片。
[0108] 第一后盖330被配置为围绕背光单元200的背部，以便限定显示装置300的背部 表面的外观。
[0109] 子控制器350被固定到第一后盖330的背部表面的下端并且用于一旦接收到来自 控制模块370的供电和图像信号时驱动显示装置300。子控制器350用于一旦接收到图像 信号时驱动显示面板320和背光单元200。子控制器350被形成为最小化的尺寸，以便设置 在第一后盖330和第二后盖360之间。在该情形中，控制器框架340可以为子控制器350提 供固定位置，并且子控制器350可以被固定到第一后盖330的背部表面的第二后盖360覆 盖。
[0110] 控制模块370可以包括电源单元（没有示出）和主控制器（没有示出），电源单元 接收外部电力并将接收到的电力转换为驱动显示装置300所需的驱动电力，主控制器产生 驱动显示装置300所需的图像信号。
[0111] 在图12中示出的驱动装置300仅以举例的方式示出，当然，在图4中示出的背光 单元200可以被应用到具有不同于图12中所示结构的显示装置中。
[0112] 从上面的描述中可以清楚，根据这些实施例，发光器件、包括该器件的背光单元以 及包括该单元的显示装置可以不仅具有小的厚度，而且具有大的半极大处全宽，这可以确 保出射光线的均匀照明。
[0113] 虽然已经参考本发明的多个例示性实施例而对实施例进行了描述，但应理解的 是，所属技术领域的技术人员可以推导出落在此公开原理的精神和范围内的大量的其它变 化和实施例。更具体地，可以在此公开、附图以及所附权利要求书的范围内对元件和/或主 要组合排列中的设置进行各种改变与变化。除了元件和/或设置的改变与变化之外，本发 明的其他应用对本领域技术人员而言也是显而易见的。
【主权项】
1. 一种发光器件，包括： 光源；和 透镜，设置在所述光源上； 其中所述透镜包括： 下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及 上部，具有第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对， 其中所述第一凹部和所述第二凹部在光轴上彼此间隔开1mm到4. 7mm范围内的间隔距 离。2. 根据权利要求1所述的器件，其中在与所述光轴方向交叉的方向上，所述第一凹部 的最大宽度小于所述第二凹部的最大宽度。3. 根据权利要求1所述的器件，其中在所述光轴上所述第一凹部的最深点和所述光源 的发光表面之间的距离小于在与所述光轴方向交叉的方向上所述第一凹部的最大宽度。4. 根据权利要求1所述的器件，其中所述第一凹部包括： 第一区域，其深度随着与所述光轴之间的距离减小而增大；以及 第二区域，环绕所述第一区域的周边，所述第二区域具有恒定深度。5. 根据权利要求1所述的器件，其中所述下部包括： 第一底部，具有限定所述第一凹部的第一底表面；以及 第二底部，与所述第一底部相邻，所述第二底部具有平坦的第二底表面。6. 根据权利要求5所述的器件，其中所述第一底表面具有第一曲率半径，所述第一曲 率半径适于将从所述光源出射并被引导至所述第一底表面的光线朝着限定所述第二凹部 的所述透镜的顶表面折射，并且 其中所述透镜的所述顶表面具有第二曲率半径，所述第二曲率半径适于将在所述第一 底表面处被折射的光线朝着所述透镜的侧表面反射。7. -种背光单元，包括： 根据权利要求1到6中任一项所述的发光器件。 上板，被设置在所述透镜之上；以及 下板，被设置在所述光源和所述透镜之下。8. 根据权利要求7所述的背光单元，其中所述上板包括扩散板、棱镜片或偏振板中的 至少一个。9. 根据权利要求7所述的背光单元，其中所述下板包括反射片、印刷电路板或辐射板 中的至少一个。10. -种显示装置，包括： 根据权利要求7所述的背光单元；以及 显示面板，被设置在所述背光单元的上侧。
【专利摘要】实施例提供了一种发光器件、包括器件的背光单元以及包括该单元的显示装置。该发光器件包括：光源和设置在所述光源上的透镜。所述透镜包括：下部，具有第一凹部，形成在光轴方向上，以便面向所述光源；以及上部，具有第二凹部，形成在所述光轴方向上，以便与所述下部相对。所述第一凹部和所述第二凹部在光轴上彼此间隔开1mm到4.7mm范围内的间隔距离。采用本申请提供的方案，发光器件、包括该器件的背光单元以及包括该单元的显示装置可以不仅具有小的厚度，而且具有大的半极大处全宽，这可以确保出射光线的均匀照明。
【IPC分类】G02F1/13357
【公开号】CN105487289
【申请号】CN201510639914
【发明人】郑宰旭
【申请人】Lg伊诺特有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月30日
【公告号】EP3006978A1, US20160097510
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