Led背光源的照明透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明的示例性實施例涉及一種發(fā)光設備、平面光源設備和光通量控制或確定性光偏轉構件(deterministic light deviating member)(更普遍地被稱為光學透鏡)。
【背景技術】
[0002]在過去的十數(shù)年中，平面屏幕電視已經完成了從奢侈品變?yōu)榱耸袌龅闹鲗?，陰極射線管(CRT)電視已停止生產，且老舊的CRT電視也無法出售。雖然等離子體平面屏幕與CRT相似地具有發(fā)射式的像素，但是LCD的像素是被動式的，僅用于使穿過它們的光的偏振方向旋轉，從而它們必須被設置在兩個正交的偏振器之間，以使像素用作亮度調制器。最初，平面屏幕LCD通過利用由熒光管在邊緣進行照明的基于波導的背光源來提供這樣的亮度。隨著LED的亮度和效率的快速提高，它們在保留了邊緣照明式的波導的同時取代了熒光管。然而，用于大屏幕尺寸的波導可能是很厚和很重的，從而可能期望包括中空燈箱的直視區(qū)域背光源，這是因為它們的光分布遍及整個燈箱的背部。直視區(qū)域背光源可能需要將光均勻地傳播出去，以消除每個LED光源的正上方的屏幕上的熱點，這是不具有專用的局部透鏡的LED不能實現(xiàn)的。
[0003]因為LED已經變得十分成熟，所以它們的增加的功率輸出意味著可能需要越來越少的LED來實現(xiàn)任何特定的照明任務。當區(qū)域背光源嘗試使用更少的LED(尤其是16:9比例的典型的高清電視的區(qū)域背光源嘗試使用更少的LED)時，為了以幾種方式實現(xiàn)均勻的照明，它們的照明幾何結構可能變得更加困難。
[0004]首先，在LED之間的中間位置被設計為三次方下降的余弦函數(shù)(其甚至在60°處以8:1的比例離軸)。這可能在側向強度較小的典型的LED的之上。其次，照明透鏡可能因注射成型的透鏡材料的固有缺陷而具有不可避免的散射性，這隨著LED亮度的增加而變得更為重要。這可將熱點添加到透鏡產生的需要補償?shù)闹鄙涔鈭D案上，所述圖案具有中央暗區(qū)。
[0005]在一些應用中，與LED的尺寸相比，可以通過增加照明透鏡的相對尺寸來處理這些不利的因素。然而，IXD背光源可能具有一英尺或者更薄的厚度，從而嚴重限制了透鏡尺寸。此外，這樣的很薄的幾何結構增加了由透鏡散射的光的強度。
[0006]LED背光源用于包括IXD、大型冷柜(reach-1n refrigerat1n)照明和一般照明(照明器具)的多種應用中。所有的這些應用的投距(面板厚度)遠小于LED光源之間的間距。因為LED以準朗伯體的方式進行發(fā)射，所以使用發(fā)散透鏡以將發(fā)射的光傳播至遍及很大的側部區(qū)域。這就導致需要可以將LED光源前向發(fā)射角度分布調節(jié)為最大程度的側部發(fā)射角度分布的透鏡?，F(xiàn)有技術已經幾乎全部集中在了具有旋轉對稱性的方案上。雖然這些方案中的一些方案預計了一維空間的近乎理想的均勻性，但是在實現(xiàn)二維空間的近乎理想的均勻性方面，它們在根本上受到了集光率(尤其是其偏度(skewness))的限制。
[0007]在LED背光源中，支撐LED的電路板可被分開達到大于板上的LED的節(jié)距的跨距。這可能需要照明透鏡產生不對稱的或者矩形的圖案，這就增加了由于LED的近乎圓形的圖案與光必須被水平偏轉朝向矩形的長端的拓撲不兼容性而導致的進一步的困難。
[0008]照明透鏡的陣列可能在中間位置疊加它們的圖案，但是可能導致在背光源的邊緣周圍的潛在的照明不足。燈箱可以包括圍繞其邊緣的反射鏡或45°斜面(beveling)，但是出于成本的原因，這可能是不能實施的。背光源可以采用圍繞其周邊的45°斜面，這將導致可以使用很少的LED但是仍然實現(xiàn)照明均勻性。
[0009]現(xiàn)有技術公開了如何使用多個LED為用于個人計算機、LCD電視、平板顯示器以及智能電話的LCD監(jiān)視器提供背光照明的照明器件來構造表面光源裝置。第7，798，679號美國專利公開了這樣的架構的示例。其中教導的表面光源裝置使用多個LED，所述多個LED具有被設計為使從LED發(fā)射的光以確定性的方式偏轉的透鏡；此外，這些發(fā)光元件被置于與將被照明的LCD面板的形狀基本相同的形狀的平面陣列中。這樣的表面光源裝置從LCD的背表面?zhèn)葘CD裝置進行照明。
[0010]’679號專利還公開了當一者使從LED發(fā)射的光在50° -70°的范圍內偏轉以在LCD屏幕上實現(xiàn)良好的均勻性時，一者可能在透鏡外周的底部和內部面臨不期望的菲涅耳反射(Fresnel reflect1n)。這可產生在IXD背光顯示器中導致不均勻性的二次亮源,并可通過包括面式結構以隨機地散射這樣的來自透鏡的底表面的不期望的光以在一定程度上進行補償。
[0011]第8，227，969號美國專利提出了集成多種類型的光散射底表面特征以及如何構造光通量控制和光發(fā)散透鏡的面式底表面。對線性的和對角幾何結構的凹面和凸面以及錐形的散射面(包括這些多種面式結構上的粗糙蝕刻的表面)進行建模。第’969號專利公開了在不具有透鏡特征的有效散射底部的情況下，折射透鏡不能產生良好的LCD屏幕均勻性。
[0012]第8，328，395號美國專利公開了透鏡腿附件相對于印刷電路板(PCB)的尺寸和位置以及面處理對于克服很強的菲涅爾反射的重要性?！?95號專利公開了針對軸對稱的透鏡形狀策略性地將腿附件放置到非常特定的空間位置，并將這些腿用作光學導體以去除一些不期望的菲涅爾反射，同時甚至包括使這些腿變黑來增加對不期望的光的吸收。

【發(fā)明內容】

[0013]技術問題
[0014]本發(fā)明的示例性實施例提供一種具有非軸對稱內腔的非軸對稱透鏡，所述非軸對稱透鏡甚至對于16:9的屏幕幾何結構的面板也實現(xiàn)良好的IXD屏幕均勻性。
[0015]本發(fā)明的另外的特征將在下面的描述中進行闡述，且一部分將通過描述而變得清楚，或者可以通過實施本發(fā)明而獲知。
[0016]解決問題的方案
[0017]本發(fā)明的示例性實施例公開了一種發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置包括設置在發(fā)光二極管(LED)上方的照明透鏡。照明透鏡包括圍繞LED并被構造為接收由LED發(fā)射的光的內表面，其中，內表面包括拱形的非旋轉對稱的拉長的水平剖面。照明透鏡還包括外表面，外表面包括中央尖端，外表面在不同的水平方向上以非軸對稱的輪廓側向延伸，非軸對稱的輪廓相對于照明透鏡的傾斜的主軸呈橢圓形，其中，發(fā)光裝置被構造為產生拉長的照明圖案。
[0018]本發(fā)明的有益效果
[0019]本發(fā)明的示例性實施例還公開了一種發(fā)光設備，該發(fā)光設備包括設置在基板上的發(fā)光元件和設置在發(fā)光元件上的光通量控制構件。光通量控制構件包括:底表面部分，設置在基板上；非旋轉對稱的輸入表面部分，包括設置在底表面部分中的在發(fā)光兀件正上方的向內凹陷；非旋轉對稱的輸出表面，被構造為折射穿過入射表面部分的光并將光發(fā)送到外部；至少兩個腿部分，從底表面部分突出并接觸基板。
[0020]應該理解的是，前面的總體描述和下面的詳細描述均是示例性的和說明性的，且意在為要求保護的本發(fā)明提供進一步的解釋。
【附圖說明】
[0021]圖1A是示出了非軸對稱形狀的光發(fā)射外表面的本發(fā)明示例性實施例的俯視圖；
[0022]圖1B是示例性實施例在X方向上的側視圖，示出了當從X方向觀察時的內腔的截面圖。
[0023]圖1C是示例性實施例在I方向上的側視圖，示出了內腔的非軸對稱性。
[0024]圖1D是沿X軸正方向觀察的圖1A的截面圖，示出了示例性實施例中的從LED發(fā)射的光線在入射表面和出射表面處所經歷的折射。
[0025]圖1E是與圖1D中的示圖一樣的示圖，且示出了當離開LED的光線的光束超過大約50°時在透鏡內部發(fā)