CN111237721A - 用于发光设备的光扩散透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于发光设备的光扩散透镜，且根据本发明的一实施例的光扩散透镜包括：一光进入部，凹入地形成在一主体的下表面的中心；一光发出部，以一弯曲状形成在所述主体的上表面上；一反射部，沿所述光进入部的周圈形成在所述主体的下表面上；以及一凸缘，沿所述主体的外周从所述光发出部的下端向外突出；其中，所述凸缘具有在其下部沿周向形成的一片逸出凹槽以允许一反射片的片孔的一端部逸出到所述片逸出凹槽中，并且所述凸缘形成为与所述反射部间隔开。

Description

用于发光设备的光扩散透镜
技术领域
本发明涉及一种用于发光设备(light emitting device)的光扩散透镜。
背景技术
液晶显示设备(以下称为“LCD”)是一种平板显示设备，与其它显示设备不同，它本身不发光，并且必须需要一个单独的外部光源来实现图像。因此，LCD除了液晶面板之外还包括一面光源的一背光单元，且背光单元向液晶面板均匀地提供高亮度的光源，由此实现图像。
上述背光单元是指用于实现诸如LCD的一显示设备的一图像的照明设备(lighting device)，并且根据光源的位置分为边缘照明型背光单元或直接照明型背光单元。作为背光单元的光源，主要采用具有体积小(compact size)、功耗低、可靠性高的优点的发光二极管(以下称为“LED”)。
直接照明型背光单元有以固定的间隔直接布置在液晶面板的正下方来直接照亮液晶面板的多个LED，并且能够克服边缘和中心区域之间的光线差异，能够实现高质量的图像，且特别是具有实施大尺寸的背光单元的优点。
当LED用作直接照明型背光单元的光源时，由于点光源的特性，在LED正上方的部分上的亮度高，但是亮度随着进一步离开LED而突然降低，并且存在整体亮度不均匀的问题。为了解决亮度差异，有一种减小LED之间的间隔(gap)的方法。然而，由于需要许多LED，所以制造成本增加。
为了解决这个问题，采用了在每个LED中放置一个光扩散(diffusing)透镜的技术来分散光。使用该透镜的背光单元具有解决直接在LED上方的部分与其周边之间的亮度差并且通过增加LED之间的间隔相对减少所应用的LED的数量的优点。
图1是示出相关技术的直接照明型背光单元的主要部件的剖视图。
在如图所示的背光单元中，光扩散透镜30在将安装在的基板10上的LED 20收容在一光源凹部31中的同时连结于基板10，并且光扩散透镜30被配置成允许LED 20的光通过光扩散透镜，此外，反射片40安置于基板10的上表面上。
光扩散透镜30具有形成在主体31的下表面的中心的一凹的光进入部32，光扩散透镜30具有形成在其上表面的凸的弯曲形状的一光发出部33，且光扩散透镜30具有形成在其下表面的一反射部34。此外，光扩散透镜30包括沿光发出部33的一下端的一边缘向外突出的一凸缘35。凸缘35与相邻的透镜接触或者干涉，由此防止对光发出部33的损害。此外，光扩散透镜30具有在其下表面上形成的与基板10连结的一个或多个固定突起36。另外，光扩散透镜30包括多个向外突出的沿凸缘35的外周以预定间隔布置的压制突起37。
在如上所述配置的背光单元中，LED 20安装在基板10上，光扩散透镜30在收容LED20的同时连结于基板10，然后反射片40在使光扩散透镜30露出的同时安置在基板10上。为此，反射片40包括在与光扩散透镜30相对应的位置上形成的多个片孔。
在这种情况下，光扩散透镜30的连结位置和反射片40的片孔的位置以及它们的尺寸(直径)应彼此准确匹配。当光扩散透镜30的位置或尺寸与片孔未准确匹配时，反射片40的端部与压制突起37紧密接触或被压制突起37压制，从而部分浮动或扭曲，从而导致翘曲(warpage)。
反射片40的翘曲也可能是由于背光单元的驱动过程中由LED模块发出的热引起的反射片40的热膨胀而造成的。
反射片40的翘曲可能表现为针对发出的光的诸如莫尔(Moire)的斑驳图案(mottled pattern)，且结果，可能导致光特性的下降。
由于从LED发出的光通过透镜提供给液晶面板，因此即使在LED和透镜之间的对准发生微小变化时，通过透镜发出的光的分布也可能会有很大的变化，且因此，实现高质量背光更加困难。
随着大尺寸和超薄屏幕的趋势，显示设备已增强来具有高清图像质量，最近的显示设备提供范围从4K(3840x2160)到8K(7680x4320)的分辨率。
因此，背光单元应提供高质量的光以应用于提供8K或更高分辨率的显示设备。为此，背光单元应防止由反射片的翘曲引起的光损伤，并且应通过控制LED和透镜之间的对准来更精确地控制通过透镜发出的光的发光特性。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题而开发了本发明，本发明的一目的是提供一种光扩散透镜，该光扩散透镜通过防止反射片的翘曲并防止光特性的损伤和变化而能够提供高质量的光。
本发明的另一目的是提供一种光扩散透镜，该光扩散透镜通过准确地控制与LED的对准并精确地控制发射的光的发光特性而能够提供高质量的光。
技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一实施例，一种光扩散透镜包括：一光进入部，凹入地形成在一主体的下表面的中心；一光发出部，以弯曲状形成在所述主体的一上表面上；一反射部，沿所述光进入部的周圈形成在所述主体的下表面上；以及一凸缘，沿所述主体的外周从所述光发出部的下端向外突出；其中，所述凸缘形成为允许一反射片与凹设在所述凸缘的下端的一预定空间连结。
此外，所述凸缘可包括从其向外突出的压制突起。
此外，所述光进入部可包括第一光图案，所述第一光图案沿光朝向向上偏移产生的所述凸缘的向上偏移区域行进的区域的周圈形成并且改变光的行进方向。
此外，所述反射部可包括向上向外倾斜的一倾斜表面。
此外，所述光发出部可包括第二光图案，所述第二光图案形成在所述凸缘的上侧以引导光的发射。
根据本发明的另一实施例，一种用于发光设备的光扩散透镜包括：一光进入部，凹入地形成在一主体的下表面的中心；一光发出部，以弯曲状形成在所述主体的上表面上；一反射部，沿所述光进入部的周圈形成在所述主体的下表面上；以及一压制突起，从所述光发出部的下端向外突出；其中，所述压制突起形成为允许一反射片与凹设于所述压制突起的下端的一预定空间连结。
此外，所述光进入部可包括第一光图案，所述第一光图案沿朝向所述压制突起行进的光进入的一区域形成并且改变光的行进方向。
此外，所述光发出部，所述压制突起允许所述反射片与凹设于所述压制突起的下端的一预定空间连结。
有益效果
根据本发明，所述反射片的片孔的端部逸入所述光扩射透镜的凸缘或压制突起的下部中，从而能够防止制造过程的误差或热膨胀引起的所述反射片的翘曲，且因此，能够防止光特性的降低。
另外，本发明不会引起因光扩散透镜的凸缘的偏移而引起的光损失或亮度差，且因此能够维持高质量的光特性。
附图说明
图1是示出相关技术的直接照明型背光单元的主要部件的剖视图。
图2是示出根据本实施例的一直接照明型背光单元的主要部分的立体图。
图3是示出图2的直接照明型背光单元的剖视图。
图4是示出作为图2的主要部分的光扩散透镜的一第一实施例的仰视立体图。
图5是示出图4的光扩散透镜的光行进路径的一剖视图。
图6是示出作为图4的光扩散透镜的主要部分的凸缘的一放大剖视图。
图7是示出光扩散透镜的一第二实施例的剖视图。
图8是示出图7的光扩散透镜的光进入部的放大剖视图。
图9是示出图7的光扩散透镜的光发出部的放大剖视图。
图10是示出相关技术的光扩散透镜与根据本实施例的光扩散透镜的光特性。
图11是示出光扩散透镜的一第三实施例的剖视图。
图12是示出应用图11的光扩散透镜的一背光单元的截面图。
其中，附图标记说明如下：
100 基板
200 LED
300 光扩散透镜
310 主体
320 光进入部
330 光发出部
340 反射部
350 凸缘
360 片逸出凹槽
370 固定突起
380 压制突起
321 第一光图案
331 第二光图案
341 倾斜表面
400 反射片
410 片孔
具体实施方式
通过下面将说明的本发明的优选实施例，本发明和通过发明的实施例实现的技术目的将更清楚。在下文中，将参照附图详细说明本发明的优选实施例。
下文说明的实施例中的差异应被理解为不是相互排斥的。也就是说，下面说明的具体的形状、结构和特性在不脱离本发明的技术构思和范围可以在与一个实施例相关的其他实施例中实施，并且应当理解的是，本文公开的各个实施例中的各个组件的位置或布置可以改变。在附图中，相似的附图标记在各个方面表示相同或相似的功能，并且为了方便起见，制造原料、长度、面积和厚度及其形状可以夸大表示。
图2是示出根据本实施例的一直接照明型背光单元的主要部分的立体图，图3是示出直接照明型背光单元的沿图2的线I-I作出的剖视图，而图4是示出作为图2的主要部分的光扩散透镜的一第一实施例的仰视立体图。
参照图2和图3，一LED 200安装在基板100上，一光扩散透镜300在覆盖LED 200的同时连结于基板100，而一反射片400安置在基板100上。另外，基板100可以收容且固定于框架(未示出)，并且可以具有扩散板或光学片(未示出，诸如叠置在其上部、与光扩散透镜300间隔预定距离的棱镜片)。
具体地，基板100可以形成为条型或板型，并且可以连结LED 200、光扩散透镜300和反射片400。此外，基板100可以由印刷电路板形成，印刷电路板上具有驱动安装在其上的LED 200的预定电路，并且基板100可以在其上表面上形成一个或多个连结凹部，以允许光扩散透镜300连结于其上。
LED 200是背光单元的光源，多个LED 200沿纵向以预定间隔安装在条型的基板100上，或者多个LED 200沿水平方向、竖直方向、对角线方向或特定方向以预定间隔安装在板型的基板100上。LED 200可以由发射白光的元件或发射蓝光的元件形成。当LED 200由蓝光发射元件形成时，可将量子点(Quantum dot)片布置在光扩散透镜300的上部以将蓝光转换为白光。
光扩散透镜300被配置为将LED 200发射的光扩散，并且在将LED 200收容在其中央的同时连结于基板100。分别收容各LED 200的多个扩散透镜300根据基板100的形状，沿纵向、水平方向、竖直方向、对角线方向或特定方向的被耦合。光扩散透镜300可以由具有预定折射率的透明丙烯酸树脂形成，并且例如可以使用诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、间苯乙烯(MS)、聚碳酸酯(PC)等的树脂。
本实施例的光扩散透镜300包括：一主体310，以半球形或圆顶形形成；一光进入部320，凹入地形成在主体310的下表面的中心；一光发出部330，形成在主体310的上表面上；以及一反射部340，沿光进入部320的周圈形成在主体310的下表面上。此外，光扩散透镜300还包括从光发出部330的下端沿主体310的外周突出的凸缘350以及形成在主体310的下表面上以与基板100连结的固定突起370。多个固定突起370可以根据与基板100的连结凹部对应的位置来形成。
另外，向外突出的多个压制突起380沿凸缘350的周向以预定间隔形成。当光扩散透镜300与反射片400组装时，凸缘350或压制突起380允许反射片400连结于预定空间，该预定空间在从反射部340到光发出部330的方向上且在周向上凹设在凸缘350或压制突起380的下端。
当组装反射片400之后，反射片400被外力或热膨胀移动时，压制突起380通过压制片孔410的端部411来防止反射片400与基板100分离。
此外，在凸缘350和压制突起380下方形成片逸出凹槽(sheet escape recess)360，以允许反射片400逸出到其中。也就是说，凸缘350与反射部340隔开，并且在两者之间形成片逸出凹槽360。当反射片400组装之后，反射片400被外力或热膨胀移动时，片逸出凹槽360允许片孔410的末端411逸出到其中，从而防止反射片400的翘曲。
在如上所述配置的背光单元中，光扩散透镜300连结于基板100，以允许安装在基板100上的LED 200收容在光进入部310中，并且反射片400被安置在基板100上，通过片孔410露出光扩散透镜300。在这种情况下，在组装反射片400之后，片孔410的端部411逸出到压制突起380下方的片逸出凹槽360中并固定到压制突起380上，从而防止其分离。
图5是在图4的线II-II上作出的剖视图，示出了光扩射透镜的光行进方向，图6是在图4的线III-III上作出的放大剖视图，示出了作为光扩射透镜的主要部分的凸缘，图7是示出了光扩散透镜的一第二实施例的剖视图，图8是示出图7的光扩散透镜的光进入部的放大剖视图，图9是示出图7的光扩散透镜的光发出部的放大剖视图。
首先，如图5所示，背光单元允许从LED 200发射的光通过光进入部320进入光扩散透镜300的内部、向边缘扩散并穿过光发出部330在横向扩散和发射。因此，光扩散透镜300将LED 200的光扩散，使针对光源的中心和外部具有均匀的亮度。
本实施例的光扩散透镜300具有在压制突起380下方形成的片逸出凹槽360，因此压制突起380向上偏移。当压制突起380向上偏移时，凸缘350也朝向设置在其上方的光发出部330偏移预定距离，从而在它们的下部上形成片逸出凹槽360。
凸缘350应具有最小厚度T，以在使用注塑等的制造过程中保持其形状。因此，即使在凸缘350和压制突起380的下部上形成片逸出凹槽360，也不应减小凸缘350和压制突起380的厚度T，所以凸缘350向上偏移片逸出凹槽360的高度t，如图6所示。
由于凸缘350的向上偏移，光扩散透镜300的光发出部330的面积减小，并且朝向光发出部330的减小的面积t(即，凸缘向上偏移的面积)行进的光不会发射到外部，而是进入凸缘350的内部。在向上偏移区域t中进入凸缘350的内部的光的一部分可在凸缘350的内部消散，并且一部分光被全反射并在中心区域上通过光发出部330发射。因此，当凸缘350向上偏移时，会发生光损失，从而导致亮度降低，并且光会聚在透镜的中央，并且亮度差增大。
本实施例的光扩散透镜300防止由凸缘350的偏移引起的光特性的改变。为了实现这一点，光扩散透镜300通过改变进入光扩散透镜300的内部并倾向于朝向凸缘350的向上偏移区域t行进的光的行进方向来引导光发射到光发出部330。
参照图7和图8，从LED 200发出的光通过光进入部320进入内部，并且倾向于向凸缘350的向上偏移区域t行进的光通过光进入部320的特定部分L1进入。本实施例的光扩散透镜300在光进入部320的L1部分中形成第一光图案321，并且第一光图案321改变进入光的行进方向，尤其是改变朝向凸缘350的向上偏移区域t的光的行进方向。
第一光图案321形成在包括特定部分L的部分中，在该特定部分L中，进入光朝向凸缘350的向上偏移区域行进，并且第一光图案321沿光进入部320的内周形成为环形。另外，第一光图案321可以形成为凹或凸的结构，或者可以形成为凹结构与凸结构重复的凹凸结构，并且可以具有诸如透镜状、金字塔形或棱柱形的形状。
参照图8，穿过光进入部320的形成第一光图案321的区域的光散射。在这种情况下，一部分光朝向光发出部330行进并且直接发射到外部，而一部分光朝向反射部340行进、被反射、然后发射到光发出部330。因此，由于朝向向上偏移区域t的凸缘350行进的光通过第一光图案321而通过光发出部300发射，所以可以防止光损失并且可以抑制亮度差的增加。
参照图5和图7，光扩散透镜300的反射部340可以包括倾斜表面341。倾斜表面341被配置为从与光进入部320相邻的位置或从与光进入部320间隔开的位置向上向外倾斜一预定角度α。倾斜表面341将被第一光图案321向下折射的光朝向布置在其上的光发出部330反射。另外，倾斜表面341与设置在其下方的基板形成间隙，并且提供散热路径，通过该散热路径排出LED 200中产生的热。因此，倾斜表面341防止LED 200元件的寿命降低，并且防止由LED 200中产生的热引起的光扩散透镜300和反射片400的变形。倾斜表面341可以形成在光扩散透镜300的下表面的整个区域上，或者可以形成在一些区域上，并且可以重复地形成多个倾斜表面341。
参照图7和图9，本实施例的光扩散透镜300可以具有形成在光发出部330上的第二光图案331。进入光扩散透镜300内部的光分布在透镜的内部的整个区域上，沿透镜的表面重复全反射且同时，通过光发出部330发射以作为均匀光源。在这种情况下，全反射条件在第二光图案331中被破坏并且相对大量的光被发射。
由于光扩散透镜300的凸缘350的向上偏移区域，光发出部330的面积减小，特别是，横向方向的亮度减小。相应地，第二光图案331将分布在透镜内部的光引导以沿横向方向发射，由此补偿了由于凸缘350的向上偏移而导致的亮度降低。
第二光图案331可以形成在包括光发出部330的与凸缘350相邻或隔开的特定部分L2的区域中，并且第二光图案331沿光发出部330的表面的周圈形成为环形。在这种情况下，其中形成第二光图案331的部分L2可以是与凸缘350的向上偏移区域t相对应的部分。另外，第二光图案331可以形成为凸形或凹形的结构，或可以形成为凹结构与凸结构重复的凹凸结构，并且可以具有诸如透镜状、金字塔形或棱柱形的各种形状。
图10是示出相关技术的光扩散透镜和根据本实施例的光扩散透镜的光特性的图。
在图10的光特性实验中，在未形成有片逸出凹槽的光扩散透镜(比较例)的情况下的光特性、在形成有片逸出凹槽的光扩散透镜(第一实施例)的情况下的光特性、以及形成有片逸出凹槽和第一光图案的光漫射透镜(第二实施例)的情况下的光特性、和从透镜的中心到边缘的亮度特性，通过曲线图示出。
参照该图，能看出的是，与比较例相比，在形成有片逸出凹槽的第一实施例的光扩散透镜的情况下(即，具有向上偏移的凸缘的光扩散射透镜)，中心的亮度较高。然而，能看出的是，在光扩散透镜如第二实施例的情况下(其中在透镜的下表面上形成有片逸出凹槽且在光进入部的特定区域中形成第一光图案)，中心的亮度相对低，边缘的亮度与比较例基本相同并且高于第一实施例。
因此，本实施例的光扩散透镜在维持整体亮度的同时，防止光集中在中央，并且具有使光向边缘扩散的效果。
图11是示出光扩散透镜的第三实施例的剖视图，图12是示出应用图11的光扩散透镜的背光单元的剖视图。
参照图11，本实施例的光扩散透镜具有直接形成在主体上的压制突起380。也就是说，压制突起380从光发出部330的下端向外突出，并且多个压制突起380沿周圈以预定间隔形成。在这种情况下，压制突起380形成在从反射部340向上偏移的位置处并且具有形成在其下部上的片逸出凹槽360。
相应地，如图12所示，反射片400的片孔的端部411***到片逃逸凹槽360中并固定于压制突起380。
第一光图案321(参见图8)可以形成在光进入部320上，并且多个第一光图案321可以形成在与多个压制突起380相对应的位置上同时沿光进入部320的周圈以预定间隔形成。在这种情况下，第一光图案321通过改变朝向压制突起380行进的光的方向来允许光通过光发出部330发射。
另外，第二光图案331(参见图9)可以形成在光发出部330上，且多个第二光图案331可以沿包括压制突起380的上侧的周圈形成。第二光图案331能够通过引导光的发射来防止由压制突起380引起的亮度降低。
尽管如上已经图示并说明了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员能够实施各种变化和其它的实施例。应注意的是，这种变化和其它实施例视为包括在随附权利要求中并且未脱离本发明的真实目的和范围。

Claims (8)

1.一种用于发光设备的光扩散透镜，其特征在于，
所述光扩散透镜包括：
光进入部，凹入地形成在主体的下表面的中心；
光发出部，以弯曲状形成在所述主体的上表面；
反射部，沿所述光进入部的周圈形成在所述主体的下表面；以及
凸缘，沿所述主体的外周从所述光发出部的下端向外突出；
其中，所述凸缘形成为允许反射片与凹设在所述凸缘的下端的预定空间连结。
2.如权利要求1所述的光扩散透镜，其特征在于，所述凸缘包括从其向外突出的压制突起。
3.如权利要求1或2所述的光扩散透镜，其特征在于，所述光进入部包括第一光图案，所述第一光图案沿光朝向向上偏移产生的所述凸缘的向上偏移区域行进的区域的周圈形成并且改变光的行进方向。
4.如权利要求3所述的光扩散透镜，其特征在于，所述反射部包括越向外越向上倾斜的倾斜表面。
5.如权利要求3所述的光扩散透镜，其特征在于，所述光发出部包括第二光图案，所述第二光图案形成在所述凸缘的上侧以引导光的发射。
6.一种用于发光设备的光扩散透镜，所述光扩散透镜包括：
光进入部，凹入地形成在主体的下表面的中心；
光发出部，以弯曲状形成在所述主体的上表面；
反射部，沿所述光进入部的周圈形成在所述主体的下表面；以及
压制突起，从所述光发出部的下端向外突出；
其中，所述压制突起形成为允许反射片与凹设于所述压制突起的下端的预定空间连结。
7.如权利要求6所述的光扩散透镜，其特征在于，所述光进入部包括第一光图案，所述第一光图案沿朝向所述压制突起行进的光进入的区域形成，并改变光的行进方向。
8.如权利要求7所述的光扩散透镜，其特征在于，所述光发出部包括第二光图案，所述第二光图案形成在所述压制突起的上侧以引导光的发射。
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