CN103968327A - 具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，该扩散非球面透镜是适用于LED发光元件决定从发光元件输出的光的光学机制，该组成包括：主体，具有既定大小；入射面，在所述主体下部面中央凹入形成，使从LED发光元件输出的光入射；第一出射面和第二出射面，在所述主体上部面中央两侧各自凸出形成；第三出射面，在所述第一出射面边缘和第二出射面的边缘以既定高度垂直形成；凹部，配备于所述第一出射面和第二出射面之间；以及，固定部，在所述主体下部面上构成，且以所述入射面为准配备有多个。具有所述结构的本发明是使LED封装上输出的光具有矩形配光分布而非常适用于显示器用扩散非球面透镜，结构简单，而且具有生产性高的优点。

Description

具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜

【技术领域】

本发明涉及具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，具体是最终获得所需的有效光分布，且结构简化的扩散非球面透镜。

【背景技术】

一般发光二极管(Light Emitting Diode:LED)是利用半导体的P-N接合结构制造出注入的少数载流子，利用这些再结合发光的电光转换半导体器件。发光波长是根据半导体上添加的杂质种类出现变化，例如磷化镓是，锌和原子氧参与的发光呈红色（波长700nm），原子氮参与的发光呈绿色（波长550nm）。发光二极管比传统的光源小，寿命长，电能量直接转换成光能量而所需电力少且效率好。

LED主要用于发光显示元件或低照度光源，从环保、寿命长、消耗电力低、色彩再现、高效率发光性、精密控制等方面具有很多优点，而且近来随着高亮度化以及超薄化的技术发展，其应用范围日益扩大。

如今，利用所述LED用于各种显示装置，随之开发出很多使从LED输出的光优化后输出到外部的透镜技术。

适用于LED元件的透镜条件是，应输出可以满足不同工业领域的各种设计值的光，而所述透镜就是可以用多种方法使从光源输出的光更加有效地被视觉化。尤其正在开发一种使用少量相当于光源的LED元件的同时实现同样的光分布效率的透镜。

【先有技术文献】

【专利文献】

(专利文献1)KR10-1144635号

(专利文献2)KR10-1069690号

【发明内容】

【技术问题】

本发明的目的是提供一种在使用LED元件的用途各异的显示装置上最终使光更加有效地输出，并减少LED元件的数量且提高光效率的显示器用扩散非球面透镜，以解决所述问题。

【技术方案】

为解决的述述问题本发明所采用的技术方案是，提供一种具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，该扩散非球面透镜是适用于LED发光元件决定从发光元件输出的光的光学机制，该组成包括：主体，具有既定大小；入射面，在所述主体下部面中央凹入形成，使从LED发光元件输出的光入射；第一出射面和第二出射面，在所述主体上部面中央两侧各自凸出形成；第三出射面，在所述第一出射面边缘和第二出射面的边缘以既定高度垂直形成；凹部，配备于所述第一出射面和第二出射面之间；以及固定部，在所述主体下部面上构成，且以所述入射面为准配备有多个。

所述第一出射面和第二出射面是非球面从设计上满足以下数学式：

[数学式]

$Z=\frac{(1/R)*H^2}{1+\sqrt{1-(1+k)*{(1/R)}^2{H}^{\text{2}}}}$

(其中，H是光轴上向垂直方向的距离，Z=从非球面顶点的切面到其非球面上的高H点的距离，R=非球面顶点上的曲率半径，k=圆锥(Conic)常数)

所述第一出射面和第二出射面具有1.4-1.6的折射率值。

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于0度的入射面条件满足0.4<R<0.9,-1.5<k<1的条件。

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于25度的入射面条件满足0.5<R<1.0,-1.5<k<1的条件。

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于60度的入射面的条件满足1.0<R<1.5,-1.5<k<1的条件。

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于90度的入射面的条件满足1.7<R<2.2,-1.5<k<1的条件。

所述第三出射面是，沿所述第一出射面和第二出射面的边缘，其幅度在各个位置上相互不同。

【有益效果】

如上所述构成且发挥作用的本发明的有益效果在于，将从LED元件输出的圆形光分布变更为矩形形态而对利用LED元件的光学配件非常有效，尤其是，可以实现无变化（uniformity）的光出射。

而且按照矩形图像输出，从而减少LED元件的数量，有利于四角形显示装置的设计。

【附图说明】

图1是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的剖面图和背面透视图。

图2是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的平面图。

图3是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的剖面图。

图4是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜方向上的各剖面图。

图5至图8是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜方向上的光出射角度图示。

图9是本发明的具有矩形光分布的非球面透镜的光分布图示。

图10是本发明的扩散非球面透镜的配光分布图。

【符号说明】

100:透镜

101:主体

110:入射面

120:第一出射面

130:第二出射面

131:第三出射面

140:凹部

200:固定部

300:LED元件

310:PCB

【具体实施方式】

下面结合附图，对本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的优选实施例详细进行说明。

本发明涉及具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，该扩散非球面透镜决定适用于LED发光元件从发光元件输出的光的光学机制，其组成包括：具有既定大小的主体；在所述主体下部面中央凹入形成，使从LED发光元件输出的光入射的入射面；在所述主体上部面中央的两侧分别凸出形成的第一出射面；第二出射面；在所述第一出射面边缘和第二出射面边缘上以既定高度垂直形成的第三出射面；配备于所述第一出射面和第二出射面之间的凹部；在所述主体下部面上构成并以所述入射面为准配备多个的固定部。

本发明的具有矩形光发布的显示器用扩散非球面透镜（10）是具备一个在主体（101）底面中央形成的入射面（110），其组成包括在主体上部面中央两侧分别形成的第一出射面（120）和第二出射面（130），而且透镜各剖面方向入射面的曲率值的设计与圆锥常数不同而提供可实现最佳光学出射的非球面透镜。

图1是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的透视图和背面透视图。如图所示，本发明的扩散非球面透镜（100）是以既定大小的主体（101）为准向上部侧具备出射面，下面部则构成由具有既定深度的槽构成的入射面。

也是对透镜侧面部位的呈直角部分进行调节而椭圆型配光呈直角形态的核心部分。本发明的扩散非球面透镜是为实现与输出光的LED封装元件的一体化或装配结构，在下部面构成以既定大小凸出的固定部（200）而固定或接合于外部结构物。

主体的上部面中央具有形成凹槽的凹部（140），以所述凹部为准分别形成第一出射面（120）和第二出射面（130），详见以下叙述内容。

图2是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的平面图。图中沿平面角度方向显示出支持线，用于说明图4的说明中图2上显示的从各个角度的剖面状面为准的入射面具有相互不同的光学特征。

图3是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜的剖面图。

对于本发明的扩散非球面透镜具体说明如下。主体（101）的下部面具有由凹槽形成的入射面（110），上部面的中央两侧分别具备凸出形成的第一出射面（120）和第二出射面（130）。以所述第一出射面和第二出射面为准，中央形成由凹槽形成的凹部（140），光主要是从所述凹部的两侧就是从所述第一出射面和第二出射面出射。

本发明是根据剖面方向对入射面的光学特性不同地进行设计而最终输出矩形光。

图4是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜方向上的各剖面图。

所述非球面透镜的设计可以满足以下数学式1。

[数学式1]

$Z=\frac{(1/R)*H^2}{1+\sqrt{1-(1+k)*{(1/R)}^2{H}^{\text{2}}}}$

(其中，H是光轴向垂直方向的距离，Z=从非球面顶点的切面到该非球面上的高H点的距离，R=非球面顶点上的曲率半径，k=圆锥(Conic)常数)

入射面的曲率半径和圆锥常数如下。

所述入射面是以平面上的剖面为准，从其剖面的构成上，相当于0度的入射面的条件是满足0.4<R<0.9,-1.5<k<1的条件，相当于25度的入射面的条件是满足0.5<R<1.0,-1.5<k<1的条件，相当于60度的入射面的条件是满足1.0<R<1.5,-1.5<k<1的条件，相当于90度的入射面的条件是满足1.7<R<2.2,-1.5<k<1的条件。

就是说，将入射面的曲率半径值不同地适用而决定最终出射的光的形态。

另外，本发明中沿着相当于所述第一出射面和第二出射面末端的边缘形成决定配光分布控制的第三出射面（131）。所述第三出射面是其表面平坦，在透镜的正面底面形成垂直的形态。

而且控制所述第三出射面的配光发布形状，根据前面叙述的角度即0度、25度、60度、90度，第三出射面的高度各不相同。进一步具体说明就是，第三出射面是在25度的位置上具有最低幅度（从底面向上部面的方向），其次是在0度具有较高幅度，在60度和90度的位置具有最大幅度。最终结果是，光通过第三出射面和第二出射面出射时从各个位置调节光的扩散率而大致控制配光的分布区域。

图5至图8是本发明的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜方向上的光出射角度的图示。

随之，对透镜平面半径的出射角度实施补偿而最终出射既定的即矩形光。如图所示，决定从入射面到第一、二、三出射面的距离和出射面的角度（以水平面为准）而决定最理想的矩形配光分布。

图9是本发明的具有矩形光分布的非球面透镜的光分布图示，图10是本发明的具有扩散非球面透镜的配光分布的图示。如图9和图10所示，本发明的扩散非球面透镜是沿着第一出射面和第二出射面的边缘垂直形成，其高度根据半径会有所不同，从而控制最终出射的光的配光分布呈现矩形。

以上优选实施例仅用以说明本发明的原理，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明的结构和作用进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，该扩散非球面透镜是适用于LED发光元件决定从发光元件输出的光的光学机制，该组成包括：

主体，具有既定大小；

入射面，在所述主体下部面中央凹入形成，使从LED发光元件输出的光入射；

第一出射面和第二出射面，在所述主体上部面中央两侧分别凸出形成；

第三出射面，在所述第一出射面边缘和第二出射面的边缘以既定高度垂直形成；

凹部，配备于所述第一出射面和第二出射面之间；以及

固定部，在所述主体下部面上构成，且以所述入射面为准配备有多个。

2.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述第一出射面和第二出射面是非球面从设计上满足以下数学式：

[数学式]

$Z=\frac{(1/R)*H^2}{1+\sqrt{1-(1+k)*{(1/R)}^2{H}^{\text{2}}}}$

(其中，H是光轴上向垂直方向的距离，Z=从非球面顶点的切面到其非球面上的高H点的距离，R=非球面顶点上的曲率半径，k=圆锥(Conic)常数)

3.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述第一出射面和第二出射面具有1.4-1.6的折射率值。

4.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于0度的入射面条件满足0.4<R<0.9,-1.5<k<1的条件。

5.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于25度的入射面条件满足0.5<R<1.0,-1.5<k<1的条件。

6.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于60度的入射面的条件满足1.0<R<1.5,-1.5<k<1的条件。

7.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述入射面是以所述主体的平面上剖面为准，其剖面从构成上，相当于90度的入射面的条件满足1.7<R<2.2,-1.5<k<1的条件。

8.根据权利要求1所述的具有矩形光分布的显示器用扩散非球面透镜，其特征在于，

所述第三出射面是，沿所述第一出射面和第二出射面的边缘，其幅度在各个位置上相互不同。