一種直下式背光模組的led透鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于液晶顯示器的背光模塊領(lǐng)域，具體為一種直下式背光模組的LED透鏡,所述透鏡為軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，透鏡包括底面、內(nèi)曲面、側(cè)面、上曲面和中心凹面；所述底面設(shè)有反射結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)曲面設(shè)于底面中部，形成為內(nèi)凹于底面的腔；所述側(cè)面沿底面邊緣向上延伸至與上曲面邊緣相接；所述上曲面自外周邊向中間對(duì)稱軸方向弧線延伸，形成為具有上凸形的弧形曲面；中心凹面為由上曲面內(nèi)邊緣至中心向下延伸的下凹面，中心凹面與上曲面于邊緣連接處平滑過(guò)渡。全反射面能減少中心軸的光強(qiáng)，底面設(shè)置反射結(jié)構(gòu)能有效減少光線的散逸；所述全反射面和底面反射結(jié)構(gòu)的結(jié)合使用不僅能達(dá)到上述效果，還能有效增強(qiáng)光的發(fā)散，使投射到擴(kuò)散板光斑直徑更大，照度更均勻。
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于液晶顯示器的背光模塊領(lǐng)域，具體為一種直下式背光模組的LED 透鏡。 -種直下式背光模組的LED透鏡

【背景技術(shù)】
[0002] 液晶顯示器，或稱LCD (Liquid Crystal Display)，為平面超薄的顯示設(shè)備。憑借 著體積小、質(zhì)量小、低輻射等優(yōu)點(diǎn)，液晶顯示器逐漸取代了采用陰極射線管的傳統(tǒng)顯示器， 成為主流的顯示器種類。
[0003] 液晶顯示元件是被動(dòng)發(fā)光元件，顯示屏本身并不發(fā)光，所以液晶顯示器一般由背 光模塊和液晶顯示面板組合而成，背光模塊為液晶顯示面板提供光源，使顯示器呈現(xiàn)出液 晶顯示面板上的圖像。根據(jù)光源位置背光模組可以分為直下式和側(cè)光式。側(cè)光式背光模塊 是將放光二極管晶粒配置在液晶顯示器面板的側(cè)邊。直下式背光模塊是直接將發(fā)光二極管 晶粒均勻地配置在液晶顯示面板的后方作為光源。如今，生產(chǎn)者致力于研制出更輕、更小的 液晶顯示器。因此，如何維持亮度、均勻度的前提下減少LED數(shù)量成為設(shè)計(jì)上的一大課題。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)對(duì)背光模塊做了不少改進(jìn)，能有效的增加光斑大小，提高光能利用率。如 中國(guó)專利文獻(xiàn)CN102287679公開(kāi)了 一種光源模塊以及背光模塊，雖然能減少光線的散逸， 提高光能利用率，但無(wú)法減少透鏡中心軸附近光強(qiáng)，而且光線的發(fā)散程度不高，使光線出射 后到達(dá)擴(kuò)散板上的光斑并不能達(dá)到照度均勻，直徑更大的效果。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能減少光線的散逸，使光 線出射后到達(dá)擴(kuò)散板上的光斑能達(dá)到照度均勻、直徑更大的一種直下式背光模組的LED透 鏡。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種直下式背光模組的 LED透鏡，所述透鏡為軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，透鏡包括底面、內(nèi)曲面、側(cè)面、上曲面和中心凹面；所 述底面上設(shè)有反射結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)曲面設(shè)于底面中部，形成為內(nèi)凹于底面的腔；所述側(cè)面沿 底面邊緣向上延伸至與上曲面邊緣相接；所述上曲面自外周邊向中間對(duì)稱軸方向弧線延 伸，形成為具有上凸形的弧形曲面；所述中心凹面為由上曲面內(nèi)邊緣至中心向下延伸的下 凹面，中心凹面與上曲面于邊緣連接處平滑過(guò)渡。
[0007] 進(jìn)一步的，所述內(nèi)曲面為光線入射面，所述側(cè)面和上曲面為光線出射面；入射到所 述中心凹面上的光線發(fā)生內(nèi)全反射且全反射后射向透鏡底部，全反射的光線經(jīng)底面反射結(jié) 構(gòu)反射后從側(cè)面或上曲面出射。
[0008] 部分光線從入射面進(jìn)入透鏡，經(jīng)過(guò)兩次反射后出射到透鏡外部，出射光線的發(fā)散 程度高，本實(shí)用新型采用側(cè)面和上曲面同時(shí)為出射面，使各個(gè)方向的出射光線均能出射至 透鏡外部，光斑直徑更大。
[0009] 全反射面能有效減少中心軸的光強(qiáng)，底面設(shè)置反射結(jié)構(gòu)能有效減少光線的散逸； 所述全反射面和底面反射結(jié)構(gòu)的結(jié)合使用不僅能達(dá)到上述效果，還能有效增強(qiáng)光的發(fā)散， 使投射到擴(kuò)散板光斑直徑更大，照度更均勻。
[0010] 進(jìn)一步的，所述內(nèi)曲面為光滑透明曲面，所述底面上的反射結(jié)構(gòu)沿底面的外圈部 分表面設(shè)置或沿底面的全部表面設(shè)置。
[0011] 由于內(nèi)曲面為透明曲面，光線于內(nèi)曲面處不發(fā)生發(fā)散，光線經(jīng)全反射后，會(huì)集中射 向底面的外圈，所以所述反射結(jié)構(gòu)只需包含所有經(jīng)全反射面反射的光線即可。
[0012] 進(jìn)一步的，所述內(nèi)曲面為磨砂面或霧面，所述底面上的反射結(jié)構(gòu)沿底面的全部表 面設(shè)置。
[0013] 由于所述內(nèi)曲面為磨砂面或霧面，光線于內(nèi)曲面處發(fā)生發(fā)散，光線經(jīng)全反射面反 射后，發(fā)散程度高，采用反射結(jié)構(gòu)覆蓋與整個(gè)底面的設(shè)置方式，使射向底面面的光線均能產(chǎn) 生漫反射。
[0014] 進(jìn)一步的，所述反射結(jié)構(gòu)為三維微反射結(jié)構(gòu)。選用三維微反射結(jié)構(gòu)作為底面的反 射結(jié)構(gòu)，令投射到反射結(jié)構(gòu)的光線實(shí)現(xiàn)漫反射，從而使投射到擴(kuò)散板光斑照度更均勻。
[0015] 進(jìn)一步的，所述三維微反射結(jié)構(gòu)為金字塔、圓錐、部分球形、圓柱體或者溝槽狀微 結(jié)構(gòu)陣列。光線經(jīng)不同的反射結(jié)構(gòu)反射后的發(fā)散程度、發(fā)散角并不一樣，三維微反射結(jié)構(gòu)的 具體設(shè)計(jì)還根據(jù)透鏡材料和中心凹面的全反射角相關(guān)。
[0016] 進(jìn)一步的，所述側(cè)面為垂直底面的圓柱面或者向內(nèi)扣的曲面。不同的側(cè)面結(jié)構(gòu)組 成的透鏡厚度不相同，光線穿過(guò)側(cè)面的折射率也不相同，根據(jù)顯示器的實(shí)際結(jié)構(gòu)以及所需 出射光線的折射角度選擇適當(dāng)透鏡側(cè)面結(jié)構(gòu)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述中心凹面朝中心方向的延伸為直線向下延伸或弧線向下延伸。
[0018] 進(jìn)一步的，所述中心凹面為直線向下延伸時(shí)，中心凹面與中心對(duì)稱軸的夾角大于 50 ° ;所述中心凹面為弧線向下延伸時(shí),弧線上各點(diǎn)的切線與中心對(duì)稱軸夾角的最大值大 于50度；
[0019] 以上對(duì)直線型中心凹面與中心軸夾角實(shí)行限定，或，對(duì)弧線性中心凹面各點(diǎn)切線 與中心軸夾角實(shí)行限定的設(shè)置方式，能使中心軸光強(qiáng)達(dá)到所需強(qiáng)度，同時(shí)為入射線提供足 夠的全反射面。
[0020] 進(jìn)一步的，所述中心凹面外邊緣與底面中心所在直線為全反射區(qū)域邊緣線，所述 全反射區(qū)域邊緣線與中心對(duì)稱軸夾角為0°至20°。
[0021] 對(duì)全反射區(qū)域邊緣線與中心對(duì)稱軸夾角實(shí)行限定的設(shè)置方式，能防止全反射面面 積過(guò)大，導(dǎo)致靠近中心軸30度范圍以內(nèi)的光強(qiáng)太弱。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1入射面為非磨砂面的透鏡剖面圖；
[0023] 圖2入射面為磨砂面的透鏡剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下結(jié)合附圖選用兩種實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0025] 實(shí)施例一：
[0026] 參見(jiàn)圖1，一種直下式背光模組的LED透鏡的實(shí)施例，包括：底面1、內(nèi)曲面2、側(cè)面 4、上曲面301和中心凹面302,所述內(nèi)曲面2為光線入射面，所述側(cè)面4和上曲面301為光 線出射面，中心凹面302為全反射面。
[0027] 所述側(cè)面4沿底面1邊緣向上延伸與上曲面301邊緣相接；所述側(cè)面4為垂直底 面的圓柱面；所述上曲面301側(cè)部沿側(cè)面延伸方向向上凸起；所述中心凹面302中部向內(nèi) 凹陷，形成全反射面；所述中心凹面302與中心對(duì)稱軸Μ的夾角為60°，所述中心凹面302 外邊緣與底面中心所在直線為全反射區(qū)域邊緣線L，所述全反射區(qū)域邊緣線L與中心對(duì)稱 軸Μ夾角為20°。
[0028] 所述底面1上設(shè)有反射結(jié)構(gòu)，具體為三維微反射結(jié)構(gòu)，如錐形結(jié)構(gòu)102,所述錐形 結(jié)構(gòu)102只包覆于底面1的外圈。
[0029] 所述內(nèi)曲面2為光滑透明的曲面，所述底面1上的反射結(jié)構(gòu)沿底面的外圈部分表 面設(shè)置（或沿底面的全部表面設(shè)置）。
[0030] 部分光線X從內(nèi)曲面2入射進(jìn)入透鏡，照射到中心凹面302的光線進(jìn)行全反射，實(shí) 現(xiàn)全反射后的光線經(jīng)底面微反射結(jié)構(gòu)102反射后從側(cè)面4出射，然后投射到擴(kuò)散板上，擴(kuò)散 板圖中未示出。
[0031] 部分光線X'從內(nèi)曲面2入射進(jìn)入透鏡，直接射向上曲面301，經(jīng)上曲面301折射后 投射到擴(kuò)散板上，擴(kuò)散板圖中未示出。
[0032] 采用錐形微反射結(jié)構(gòu)102設(shè)于底面1上，使光線在全反射至底面1時(shí)上進(jìn)行漫反 射，使投射到擴(kuò)散板光斑照度更均勻。由于入射面2'為磨砂面（霧面），光線于入射面2處 發(fā)生發(fā)散，部分光線經(jīng)中心凹面302全反射后，光線會(huì)比較分散，保證出射光線均能具有較 好的大光斑、照度均勻效果。
[0033] 所述中心凹面302能有效減少中心軸的光強(qiáng)，所述底面錐形結(jié)構(gòu)102能有效減少 光線的散逸；中心凹面302和底面錐形結(jié)構(gòu)102結(jié)合使用不僅能達(dá)到上述效果，還能有效增 強(qiáng)光的發(fā)散，使投射到擴(kuò)散板光斑直徑更大，照度更均勻。
[0034] 從圖1中可看出，從內(nèi)曲面腔中發(fā)光原件發(fā)出的光，有的光線經(jīng)過(guò)透鏡折射后直 接從上曲面301射出；有的光線經(jīng)過(guò)中心凹面302全反射后，再經(jīng)過(guò)底面1的反射，光線從 側(cè)面4射出。
[0035] 實(shí)施例二：
[0036] 參見(jiàn)圖2, 一種直下式背光模組的LED透鏡的實(shí)施例，包括：底面1、內(nèi)曲面2'、側(cè) 面4、上曲面301和中心凹面302,所述內(nèi)曲面2'為光線入射面，所述側(cè)面和上曲面為光線 出射面，中心凹面為全反射面。
[0037] 所述側(cè)面4沿底面1邊緣向上延伸與上曲面301邊緣相接；所述側(cè)面4為垂直底 面的圓柱面；所述上曲面301側(cè)部沿側(cè)面4延伸方向向上凸起；所述中心凹面302中部向內(nèi) 凹陷，形成全反射面；所述中心凹面302與中心對(duì)稱軸Μ的夾角為60°，所述中心凹面302 外邊緣與底面中心所在直線為全反射區(qū)域邊緣線L，所述全反射區(qū)域邊緣線L與中心對(duì)稱 軸Μ夾角為20°。
[0038] 所述底面1上設(shè)有反射102結(jié)構(gòu)，具體為三維微反射結(jié)構(gòu)，如錐形結(jié)構(gòu)102,所述錐 形結(jié)構(gòu)102只包覆于底面1的外圈。
[0039] 所述內(nèi)曲面2'為磨砂面或霧面，所述底面上的反射結(jié)構(gòu)沿底面1的全部表面設(shè) 置。
[0040] 光線Y從內(nèi)曲面2'入射進(jìn)入透鏡，光線在內(nèi)曲面2'上發(fā)生散射。部分散射光線 經(jīng)過(guò)透鏡折射后直接從上曲面301射出；部分散射光線照射至中心凹面302上，經(jīng)全中心凹 面302反射到底面，再經(jīng)底面1的錐形結(jié)構(gòu)102反射后從側(cè)面4射出；還有部分散射光線直 接折射至底面1的錐形結(jié)構(gòu)102上，經(jīng)底面反射后從側(cè)面4射出。出射光線投射到擴(kuò)散板 上，所述擴(kuò)散板圖中未示。
[0041] 采用錐形微反射結(jié)構(gòu)102設(shè)于底面1上，使光線在全反射至底面1時(shí)上進(jìn)行漫反 射，使投射到擴(kuò)散板光斑照度更均勻。由于入射面2'為磨砂面（霧面），光線于入射面2處 發(fā)生發(fā)散，部分光線經(jīng)中心凹面302全反射后，光線會(huì)比較分散，保證出射光線均能具有較 好的大光斑、照度均勻效果。
[0042] 所述中心凹面302能有效減少中心軸的光強(qiáng)，所述底面錐形結(jié)構(gòu)102能有效減少 光線的散逸；中心凹面302和底面錐形結(jié)構(gòu)102結(jié)合使用不僅能達(dá)到上述效果，還能有效增 強(qiáng)光的發(fā)散，使投射到擴(kuò)散板光斑直徑更大，照度更均勻。
[0043] 根據(jù)上述說(shuō)明書(shū)的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí) 施方式進(jìn)行變更和修改。因此，本實(shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的【具體實(shí)施方式】，對(duì) 本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡 管本說(shuō)明書(shū)中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本實(shí)用新型 構(gòu)成任何限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種直下式背光模組的LED透鏡，所述透鏡為軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，透鏡包括底面、內(nèi)曲 面、側(cè)面、上曲面和中心凹面；所述底面上設(shè)有反射結(jié)構(gòu)；所述內(nèi)曲面設(shè)于底面中部，形成 為內(nèi)凹于底面的腔；其特征在于， 所述側(cè)面沿底面邊緣向上延伸至與上曲面邊緣相接； 所述上曲面自外周邊向中間對(duì)稱軸方向弧線延伸，形成為具有上凸形的弧形曲面； 所述中心凹面為由上曲面內(nèi)邊緣至中心向下延伸的下凹面，中心凹面與上曲面于邊緣 連接處平滑過(guò)渡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述內(nèi)曲面為光 線入射面，所述側(cè)面和上曲面為光線出射面；入射到所述中心凹面上的光線發(fā)生內(nèi)全反射 且全反射后射向透鏡底部，全反射的光線經(jīng)底面反射結(jié)構(gòu)反射后從側(cè)面或底面出射。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述內(nèi)曲面為光 滑透明曲面，所述底面上的反射結(jié)構(gòu)沿底面的外圈部分表面設(shè)置或沿底面的全部表面設(shè) 置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述內(nèi)曲面為磨 砂面或霧面，所述底面上的反射結(jié)構(gòu)沿底面的全部表面設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述 反射結(jié)構(gòu)為三維微反射結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述三維微反射 結(jié)構(gòu)為金字塔、圓錐、部分球形、圓柱體或者溝槽狀微結(jié)構(gòu)陣列。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述側(cè)面為垂直 底面的圓柱面或者向內(nèi)扣的曲面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述中心凹面朝 中心方向的延伸為直線向下延伸或弧線向下延伸。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述中心凹面為 直線向下延伸時(shí)，中心凹面與中心對(duì)稱軸的夾角大于50° ; 所述中心凹面為弧線向下延伸時(shí)，弧線上各點(diǎn)的切線與中心對(duì)稱軸夾角的最大值大于 50度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直下式背光模組的LED透鏡，其特征在于：所述中心凹面外 邊緣與底面中心所在直線為全反射區(qū)域邊緣線，所述全反射區(qū)域邊緣線與中心對(duì)稱軸夾角 為0°至20°。
【文檔編號(hào)】F21V5/04GK203907479SQ201420370089
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】王鋼, 羅滔, 周莉 申請(qǐng)人:佛山市中山大學(xué)研究院, 廣州市熠芯節(jié)能服務(wù)有限公司