[實用新型]用于直下式背光光源的LED二次折反射式透鏡

有效

• 申請號: 201420245229.7
• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN204005733U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 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;F21Y101/02
• 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

本實用新型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。

實用新型內容

本實用新型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。

本實用新型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。

本實用新型所述中央反射面、側出射面均為光滑曲面。

本實用新型所述底部反射面為光滑曲面。

本實用新型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。

本實用新型所述入射折射面、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。

本實用新型所述輪廓線的高度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。

本實用新型的照明的目標區域按照距離LED中心照明區域的徑向距離可分為大角度照明區域（距離中心照明區域最遠，易產生彩虹現象）、小角度照明區域（距離中心照明區域不太遠，由于折射角度相對較小而彩虹現象不明顯）以及正面照明區域（中心照明區域正上方），所述入射折射面、中央反射面、側出射面、底部反射面的上述參數設計滿足（遵循）大角度照明區域、小角度照明區域、正面照明區域的照明亮度均勻化。