[發(fā)明專利]大角度擴(kuò)散的光學(xué)透鏡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210560561.8
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103062705A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李麗梅;鄭俊義;林博瑛
• 申請（專利權(quán)）人: 冠捷顯示科技（廈門）有限公司
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21V17/00;F21Y101/02
• 代理公司: 福州君誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35211
• 代理人: 林瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及透鏡結(jié)構(gòu)，尤其涉及應(yīng)用于大角度發(fā)光的發(fā)光裝置，特別是采用點陣式背光源的背光模組中的大角度擴(kuò)散的光學(xué)透鏡。

背景技術(shù)

目前，平面顯示器中所使用的液晶模組多采用TFT-LCD（薄膜場效應(yīng)晶體管LCD）技術(shù)。TFT-LCD為非主動式發(fā)光顯示，通常由白光背光模組（Backlight?Module）提供均勻的系統(tǒng)亮度，再透過彩色濾光片（Color?Filter）獲得豐富的色彩顯示。

如圖1所示，現(xiàn)有的白光直下式背光模組包含光源及光學(xué)膜片組6。發(fā)光二極管4（LED）由于體積小、耗能少，因此成為液晶顯示器背光模組使用的光源之一；LED4為朗伯分布光源，光源正上方的光斑較小，在背光模組的使用中需要較多的LED4。

如圖2所示，目前已有在LED4上方增加一塊二次透鏡05，從而改變LED4的光分布，增加LED光的擴(kuò)散角，降低混光強度。將設(shè)有二次透鏡的LED4應(yīng)用于直下式背光模組中，大大增加Film（薄膜）材6表面的光斑面積，有效降低LED4的使用數(shù)量，降低直下式背光模組的成本。

如圖3所示，帶二次透鏡的直下式背光模組的工作原理為：光線A經(jīng)過入光面3入射至出光面2時，部分光線反射至底面1，由底面1再反射回出光面2時光線朝向中心軸，引起中心軸附近光強較強，從而使光分布不均勻。

目前已經(jīng)有對二次透鏡的底面結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)方案，如圖4所示，專利申請?zhí)枮镃N201210227219.6，專利名稱為《底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡》的中國發(fā)明專利中，將底面設(shè)計成中部為弧狀凹形的入光面3，兩側(cè)為與該弧狀凹形入光面3連接的環(huán)狀凹形曲面1，從而擴(kuò)大光源的擴(kuò)散角，減弱中心軸附近的光強。但采用以上結(jié)構(gòu)時，對二次透鏡的加工精度要求非常高，當(dāng)精度偏差大于0.01mm時就會產(chǎn)生亮圈；并且由于底面反射光線較集中于中心軸附近，當(dāng)中心曲面設(shè)計稍有偏差或加工精度略有偏差時，就極易在中心軸附近出現(xiàn)亮圈，使光分布不均勻。

如圖5所示，采用圖4中的結(jié)構(gòu)，二次透鏡與光源封裝時，由于封裝公差的影響，光源與二次透鏡間存在一定的間隙，部分光線經(jīng)過底面產(chǎn)生亮圈。

如圖6所示，光源4與光學(xué)透鏡封裝時會產(chǎn)生一定的公差，當(dāng)光源4發(fā)光面與光學(xué)透鏡底面的間隙（gap）大于0時，將導(dǎo)致部分光線c經(jīng)過底面1產(chǎn)生亮圈，所述亮圈如圖7所示。

如圖8所示，部分光線a經(jīng)過入光面3時向外折射，經(jīng)過出光面2時再次向外折射，達(dá)到光擴(kuò)散的目的。部分光線b到達(dá)出光面2時發(fā)生反射，至底面1曲面時，由于底面1曲面結(jié)構(gòu)的影響光線向外反射,可降低透鏡中心軸附近的光強，并使中心軸附近光源接收面6上的光均勻分布。

而光源4與透鏡封裝時同樣會產(chǎn)生一定的公差（gap），如圖8所示,當(dāng)光源4發(fā)光面與透鏡底面1間隙（gap）大于0時，產(chǎn)生的現(xiàn)象與底面1為平面結(jié)構(gòu)的透鏡相似，即會導(dǎo)致部分光線c經(jīng)過底面1產(chǎn)生亮圈如圖9所示。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種加工精度要求低、光源擴(kuò)散角大，可實現(xiàn)光分布均勻的大角度擴(kuò)散的光學(xué)透鏡。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：大角度擴(kuò)散的光學(xué)透鏡，其沿中心軸旋轉(zhuǎn)對稱，光學(xué)透鏡設(shè)于光源上方，光學(xué)透鏡中心與光源中心位于同一軸線上，所述光學(xué)透鏡包括底面、與底面一端連接的弧形出光面和與底面另一端連接的中部弧狀凹形的入光面，底面為與弧狀凹形入光面連接的環(huán)狀凹形曲面，所述底面的環(huán)狀凹形曲面上設(shè)有光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。

采用以上結(jié)構(gòu)，將光學(xué)透鏡設(shè)于光源上方，便于達(dá)到光擴(kuò)散的目的。

所述光學(xué)透鏡為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或玻璃等透光率較好的材料制品。

所述底面的環(huán)狀凹形曲面上設(shè)置了光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，部分光線到達(dá)入光面時發(fā)生反射，反射至底面的環(huán)狀凹形曲面上時，由于環(huán)狀凹形曲面上的光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，使光線向外反射，降低透鏡中心軸附近的光強，使中心軸附近的光源接收面上的光分布均勻。同時，即使光學(xué)透鏡與光源在封裝時，由于封裝公差兩者間存在間隙，環(huán)狀凹形曲面上的光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)也可以有效解決光源接收面由于實際封裝而產(chǎn)生的亮圈問題。

所述底面的光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)為連續(xù)分布的凸點結(jié)構(gòu)或凹點結(jié)構(gòu)。

所述凸點或凹點的半徑小于0.5mm。

所述光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)還可以為咬花結(jié)構(gòu)；其咬花結(jié)構(gòu)為沙紋圖案結(jié)構(gòu)、綢緞圖案結(jié)構(gòu)、皮革紋路結(jié)構(gòu)或波浪狀線條錯開排列的紋路結(jié)構(gòu)等光擴(kuò)散結(jié)構(gòu)。