[發明專利]一種用于直下式背光光源的LED二次折反射式透鏡

有效

• 申請號: 201410202369.0
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103994396B
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發明（設計）人: 鄭睿韜
• 申請（專利權）人: 鄭睿韜;鄭睿敏
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y115/10
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙)33209
• 代理人: 陳農

技術領域

本發明涉及一種用于直下式背光光源的LED二次折反射式透鏡，主要適用于直下式背光光源的背光源，LED背光廣告板等。

背景技術

背光光源在傳統液晶顯示器（LCD）以及大型廣告板中有大量的應用。而傳統的冷陰極管（CCFL）背光源已經逐漸被發光二極管（LED）背光源所取代。而最初的背光源利用背面雕花處理的導光板實現，其光源（線光源的CCFL或點光源的LED）從導光板側面將光導入，此種方式由于導光板技術的限制，光照效率不高。而直下式液晶顯示器背光源則有效提高了光照效率問題。LED屬于有限角度光束的點光源，直下式LED背光源需要數百甚至上千白色或三基色LED排列而形成面光源，形成一個大面積平面進行照明，因而所需LED顆粒過多造成成本過高。

將點光源轉化成面光源，是LED背光源的關鍵技術。光源均勻度和混光高度是背光源兩個非常重要的性能指標。

對于光均勻性的改進是制約LED直下式背光源的重要因素。LED背光源中基于LED陣列的面光源，均勻度與LED光強分布密切有關。當沒有安裝透鏡時，LED光強分布接近朗伯特分布。當利用傳統的半球型透鏡作為LED背光源，會改變LED的光強分布，減少光束角度，使得光線更集中在LED中軸線附近。不管采用哪一種LED封裝方式，將其用于直下式LCD的背光源時，都會由于光強分布過于集中而使得光線集中在中軸線附近，使得背光源難以得到高均勻度。因此光均勻性成為直下式LCD的背光源最為難于解決的問題。當LED直下式背光源采用傳統LED封裝形式時，為提高光均勻度，通常采用增加厚度（即增加混光高度），或者增加LED排布密度。此種解決方案增加了背光源的體積和重量，從而制約LCD直下式背光源的推廣和發展。如何降低混光高度成為背光源一個關鍵指標。目前市場上應用較為廣泛的為一種圓形二次透鏡。該方案將LED光線經過兩個圓形凹面，通過折射方式，將LED光發散角度增大，通過陣列排布，實現以較少LED顆粒陣列排布來降低混光高度的背光源解決方案。然而隨著混光高度越來越低（即厚度要求越來越薄），每顆透鏡必須達到更大的折射角度。然而此方案透鏡由于透鏡材料本身的色散因子，在過大折射角時，不同波長的折射角度差異也越大，因而造成彩虹現象，即產生色斑影響光源的白色色度，使得這種背光源解決方案無法滿足在不增加LED顆粒數量的同時進一步降低混光高度的要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中所存在的上述不足，即大角度照明時存在的彩虹色散現象限制了在不增加LED顆粒數量前提下減少混光高度，而提供一種新的用于直下式背光光源的LED二次折反射式透鏡，一方面可以有效提高被光源光均勻度，并在不增加LED顆粒數的同時，進一步降低混光高度，技術效果好且成本低。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種用于直下式背光光源的LED二次折反射式透鏡，所述LED二次折反射式透鏡為采用透明材料制成的軸對稱實體，其特征是所述LED二次折反射式透鏡由入射折射面、中央反射面、側出射面、底部反射面組成，所述入射折射面、中央反射面、側出射面、底部反射面均為曲面，所述入射折射面位于LED二次透鏡下部，所述中央反射面位于入射面上方，所述側出射面是一個連接底反射面和中央反射面的曲面。

本發明所述中央反射面、側出射面均為光滑曲面。

本發明所述底部反射面為光滑曲面。

本發明所述入射折射面為一光滑曲面。根據最終效果的需要，可設計為凸面或者凹面，也可設計為菲涅爾透鏡面。

本發明所述入射折射面、中央反射面、側出射面、底部反射面均為光滑曲面，入射折射面、中央反射面、側出射面、底部反射面的輪廓線均可以由如下多項式表征：

其中z為輪廓線的高度，r為輪廓線相對于中軸線的距離，c，k，A₁，A₂，A₃，A₄,…為根據設計目標可進行優化的參數。

本發明所述輪廓線的高度z和輪廓線相對于中軸線的距離r均是可根據設計目標進行優化的參數。