[發明專利]LED背光源的照明透鏡、發光設備、表面光源設備、顯示設備

有效

• 申請號: 201380044465.0
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN104583668B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 馬克·約翰華德;威廉·A·帕金;戴維·佩爾卡
• 申請（專利權）人: 首爾半導體株式會社;英特LED公司
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y115/10
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 魯恭誠;王秀君

本發明的示例性實施例涉及一種設置在發光二極管(LED)上方的照明透鏡。照明透鏡包括圍繞LED并被構造為由LED發射的光照射的內表面，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，發光裝置被構造為產生拉長的照明圖案。

技術領域

本發明的示例性實施例涉及一種發光設備、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

在過去的十數年中，平面屏幕電視已經完成了從奢侈品變為了市場的主導，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不能實現的。

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來實現任何特定的照明任務。當區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域背光源嘗試使用更少的 LED)時，為了以幾種方式實現均勻的照明，它們的照明幾何結構可能變得更加困難。

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(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的直射光圖案上，所述圖案具有中央暗區。

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，LCD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。

LED背光源用于包括LCD、大型冷柜(reach-in refrigeration)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射，所以使用發散透鏡以將發射的光傳播至遍及很大的側部區域。這就導致需要可以將 LED光源前向發射角度分布調節為最大程度的側部發射角度分布的透鏡?，F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。

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。

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但是仍然實現照明均勻性。