专利名称：透镜、led光源装置和led背光模组的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED应用领域，具体而言，涉及透镜、LED光源装置和LED背光模组。
背景技术：
对于目前的液晶屏制作工艺而言，在直下式背光模组中，大部分LED(发光二极管)发光透镜属于一次光学设计。这通常会带来以下问题。由于受制于透镜设计空间限制， 其辐射角一般为120度的郎伯分布，而背光模组厚度又受制于LED发光角度的影响，在一定的功耗下，必须保证背光模组具有一定厚度来实现混光，保证LED光束扩散均勻，因此采用目前的LED透镜难以实现液晶屏的超薄化。为实现屏幕的背光模组超薄化，在目前业界大多通过普通出光角LED密排以减小 LED的混光距离，实现直下式背光模组薄型化。但这也导致背板中LED密度增加，使LED背光模组功耗大幅度升高，对LED背光模组散热、驱动带来不利的影响。因此，需要一种方式，能够在不增加液晶屏背光模块组中的LED光源装置数量的情况下，实现背光模组的超薄化，并保证其发光扩散均勻。
发明内容
本发明的发明目的在于，提供一种方式，能够在不增加液晶屏背光模块组中的LED 光源装置数量的情况下，实现背光模组的超薄化，并保证其发光扩散均勻。有鉴于此，一方面本发明提供了一种透镜，可装配在LED光源装置中，透镜具有上表面和底面，底面上设置有第一凹部，第一凹部与透镜具有同一中轴线，第一凹部的底部位于底面上。通过采用上述透镜结构，LED发光芯片的光在从透镜底面进入时，大量的光线射入第一凹部的表面上，光线首先在通过凹部表面时发生折射，其后从透镜的上表面射出时，再度发生折射，通过两次折射，可以使得LED发光芯片发射的光线较大幅度地扩散，而在多个 LED光源装置应用到背光模组中时，仅需要较小的距离可以使多个LED光源装置产生良好的混光效果，也即对模组的厚度要求变小，有利于模组的超薄化。另一方面本发明还提出了一种LED光源装置，包括如上述的透镜；LED发光芯片， LED发光芯片上设置有透镜。通过采用上述的LED光源装置，将本发明的透镜结构应用到LED光源装置中，可以使得该LED光源装置发出的光线扩散效果好，照度均勻，应用到LED背光模组时，有利于实现背光模组的超薄化。再一方面本发明还提供一种LED背光模组，包括多个如上述的LED光源装置；背板，多个LED光源装置设置在背板之上。通过采用上述的LED光源装置，由于该LED光源装置发出的光线扩散效果好，照度均勻，仅需要较少的LED光源装置，即可实现良好的照射效果，有利于实现背光模组的超薄化。
图1是根据本发明的--个实施例的透镜的示意图2是根据本发明的--个实施例的透镜的示意图3是根据本发明的--个实施例的透镜的示意图4是根据本发明的--个实施例的LED光源装置的俯视图5是根据本发明的--个实施例的LED背光模组的示意图6A是根据相关技术方案的LED背光模组的示意图6B是根据本发明的-一个实施例的LED背光模组的示意图6C是根据图6A与图6B所对应的LED背光模组的比较示意图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。图1是根据本发明的一个实施例的透镜的示意图。如图1所示，本发明提供了一种透镜，装配在LED光源装置中，其特征在于，透镜具有上表面1和底面2，底面1上设置有第一凹部21，第一凹部21与透镜具有同一中轴线，第一凹部的底部位于底面2上。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线a，光线a首先照射到第一凹部21的表面上，发生折射后，光线a进入透镜，并在透镜的上表面1再次发生折射，从透镜射出。可以发现，通过两次光学折射后，光线a的方向与垂直方向之间的夹角变得更大， 也就是说，通过第一凹部21，透镜较好地对LED发光芯片3发出来的光进行了扩散。第一凹部21的形状可以是四方锥型，可以是圆锥形，或者是圆弧形等其他多种类似的形状。在上述技术方案中，优选地，上表面1上可以设置有第二凹部11，第二凹部11与透镜具有同一中轴线，第二凹部11的顶部与第一凹部21的顶部相对。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线b，光线b经由第一凹部21发生了折射之后，进入透镜来到第二凹部11的表面，由于入射角较大，光线b在第二锥形11的表面上基本全部发射，之后光线b在上表面1处再次发生折射，从透镜中射出。可以发现，光线b经过第一凹部21和第二凹部11，尤其是第二凹部11的表面的折射之后，与垂直方向的夹角变得较大，就是说，通过第一凹部21和第二凹部22的光学折射作用，透镜较好地将LED发光芯片3发出的光线进行了发散。第二凹部11的形状可以是四方锥型，可以是圆锥形，或者是圆弧形等其他多种类似的形状。在上述技术方案中，优选地，上表面1为球面。实际上，上表面1也可以是不规则的弧形，只要能实现LED发光芯片3发出光线的发散即可。在上述技术方案中，优选地，上表面1的球心位置与LED发光芯片3的位置重合。通过该技术方案，保证了 LED发光芯片3发出的光线，较大一部分都能进入透镜并进行折射。图2是根据本发明的一个实施例的透镜的示意图。如图2所示，本发明提供了一种透镜，装配在LED光源装置中，其特征在于，透镜具有上表面1和底面2，底面1上设置有第一凹部21，第一凹部21与透镜具有同一中轴线，第一凹部的底部位于底面2上。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线a，光线a首先照射到第一凹部21的表面上，发生折射后，光线a进入透镜，并在透镜的上表面1再次发生折射，从透镜射出。可以发现，通过两次光学折射后，光线a的方向与垂直方向之间的夹角变得更大， 也就是说，通过第一凹部21，透镜较好地对LED发光芯片3发出来的光进行了扩散。第一凹部21的形状可以是四方锥型，可以是圆锥形，或者是圆弧形等其他多种类似的形状。在上述技术方案中，优选地，底面2上还设置有其他多个凹部22。 为了进一步将LED发光芯片3发出的光线进行发散，并实现照度均勻，可以在透镜的底面2上再设置其他多个凹部22，受限于透镜的结构，其他多个凹部22的大小可以较小一些。在上述技术方案中，优选地，其他多个凹部22的形状包括圆锥、四方锥等锥形，以及圆弧形等其他类似形状。实际上，其他多个凹部22的形状与大小，可以各不相同或者不规则，只要能实现对从底面射入的光线进行均勻扩散即可。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线c，光线c从底面2的平滑处进入透镜， 并在其他多个凹部22中的一个凹部的表面发生了两次折射之后，再次进入透镜，之后从透镜的上表面1折射并从透镜中射出。可以发现，通过其他多个凹部22的光学折射后，光线c的方向与垂直方向之间的夹角变得更大，也就是说，通过其他多个凹部22，透镜较好地对LED发光芯片3发出来的光进行了扩散。在图2中，为清晰地表现出光线的发散，选用了折射时仅经过其他多个凹部22中的一个凹部22的光线c，事实上，部分光线在从透镜的底面2进入时，可以会经过其他多个凹部22中的多个凹部22表面，此时，更加有利于光线的扩散。图3是根据本发明的一个实施例的透镜的示意图。如图3所示，本发明提供了一种透镜，装配在LED光源装置中，其特征在于，透镜具有上表面1和底面2，底面1上设置有第一凹部21，第一凹部21与透镜具有同一中轴线，第一凹部的底部位于底面2上。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线a，光线a首先照射到第一凹部21的表面上，发生折射后，光线a进入透镜，并在透镜的上表面1再次发生折射，从透镜射出。可以发现，通过两次光学折射后，光线a的方向与垂直方向之间的夹角变得更大， 也就是说，通过第一凹部21，透镜较好地对LED发光芯片3发出来的光进行了扩散。第一凹部21的形状可以是四方锥型，可以是圆锥形，或者是圆弧形等其他多种类似的形状。在上述技术方案中，优选地，上表面1上可以设置有第二凹部11，第二凹部11与透镜具有同一中轴线，第二凹部11的顶部与第一凹部21的顶部相对。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线b，光线b经由第一凹部21发生了折射之后，进入透镜来到第二凹部11的表面，由于入射角较大，光线b在第二锥形11的表面上基本全部发射，之后光线b在上表面1处再次发生折射，从透镜中射出。可以发现，光线b经过第一凹部21和第二凹部11，尤其是第二凹部11的表面的折射之后，与垂直方向的夹角变得较大，就是说，通过第一凹部21和第二凹部22的光学折射作用，透镜较好地将LED发光芯片3发出的光线进行了发散。第二凹部11的形状可以是四方锥型，可以是圆锥形，或者是圆弧形其他多种类似的形状。在上述技术方案中，优选地，底面2上还设置有其他多个凹部22。为了进一步将LED发光芯片3发出的光线进行发散，并实现照度均勻，可以在透镜的底面2上再设置其他多个凹部22，受限于透镜的结构，其他多个凹部22的大小可以较小一些。在上述技术方案中，优选地，其他多个凹部22的形状包括圆锥或四方锥等锥形， 以及圆弧形等其他类似形状。实际上，其他多个凹部22的形状与大小，可以各不相同或者不规则，只要能实现对从底面射入的光线进行均勻扩散即可。LED光源装置中的LED发光芯片3射出光线c，光线c从底面2的平滑处进入透镜， 并在其他多个凹部22中的一个凹部的表面发生了两次折射之后，再次进入透镜，之后从透镜的上表面1折射并从透镜中射出。可以发现，通过其他多个凹部22的光学折射后，光线c的方向与垂直方向之间的夹角变得更大，也就是说，通过其他多个凹部22，透镜较好地对LED发光芯片3发出来的光进行了扩散。在上述技术方案中，优选地，底面2上还设置有多个支脚23，将透镜设置在LED光源装置中的LED发光芯片之上。通过底面2上设置的多个支脚23，主要是为将透镜固定住，尤其是将透镜固定在 LED发光芯片3的上方。具体需要设置几个支脚23，可根据实际需要而定，以能将透镜稳定固定住为必要条件。在上述技术方案中，优选地，多个支脚23均具有固定长度，固定长度大于LED发光芯片3的高度。透镜的底面2如果直接贴在LED发光芯片3上的话，会造成LED发光芯片3的散热问题以及其他不良影响，容易降低透镜和LED发光芯片3的寿命。通过具有固定高度的支脚23，可以控制透镜的底面2与LED发光芯片3之间保留有一定距离，既能够保证LED发光芯片3的散热，又能保证LED发光芯片3发射出来的光线，可以较好地经由透镜进行发散。图4是根据本发明的一个实施例的LED光源装置的俯视图。如图4所示，本发明还提出了一种LED光源装置，包括图1、图2或图3对应实施例中的透镜和LED发光芯片3，LED发光芯片3上设置有透镜。实施例中，将LED发光芯片3表面装配大出光角透镜4，该透镜中心有一锥形面，横向为半弧型面(具体结果图4中未示出，可以参考图1或图幻，在纵向方向锥形面起到散光的作用，横向半弧面起到聚光的作用，可以极大程度上提高光线利用率。通过采用上述的LED光源装置，将本发明的透镜结构应用到LED光源装置中，可以使得该LED光源装置发出的光线扩散效果好，照度均勻，应用到LED背光模组时，有利于实现背光模组的超薄化。图5是根据本发明的一个实施例的LED背光模组的示意图。如图5所示，本发明还提供一种LED背光模组，包括多个如图4实施例中所述的 LED光源装置5 ；背板6，多个LED光源装置5设置在背板6之上。图6A是根据相关技术方案的LED背光模组的示意图。如图6A所示，根据相关技术方案实现的LED背光模组中，假设相邻LED光源装置之间的距离为P，由于普通LED光源装置发光较为集中，光线更集中在LED光源装置的中轴线附近，相邻的LED光源装置射出的光之间容易有一定的暗区，为了实现较好的混光效果， 需要较大的混光距离(LED灯条表面到扩散板距离)，即图6A中所示的Ll约为1. 1P，如果 Ll过小，会造成屏幕上光线照度不均勻，存在光斑和暗区。图6B是根据本发明的一个实施例的LED背光模组的示意图。如图6B所示，根据本发明的技术方案，将透镜覆盖在作为背光源的LED发光芯片上，可使指向性强的LED光束进行扩散、并使照度均一化，在混光距离仍为P的情况下，实现同上的混光效果时，混光距离L2约为0.33P。这是因为，LED发光芯片发出的光线经过透镜的光学处理更加分散，也就是说相邻LED发光芯片发出的光线能更容易地叠加混合在一起，以实现更好的混光效果，而不需要将相邻LED发光排列的过密，藉此约可将LED发光芯片的使用量删减80%以上，相邻LED发光芯片经过间距调整，通过光线的叠加，获得较优的混光效果，消除mura(光斑)现象，实现直下式LED背光模组的超薄化设计。图6C是根据图6A与图6B所对应的LED背光模组的比较示意图。如图6C所示， LED发光芯片上没有采用本发明的透镜时，相当于图6A对应实施例中的LED背光模组，LED 发光芯片上采用了本发明的透镜时，相当于图6B对应实施例中的LED背光模组，通过图中的比较，可以清楚发现图6B对应的LED背光模组的混光距离L2远小于图6A对应的LED 背光模组的混光距离Li，可知本发明技术方案有利于实现直下式LED背光模组的超薄化设计。通过以上比较，可知根据本发明的技术方案，通过透镜的二次光学设计，达到增加光利用率，减小LED颗数，降低LED背光模组功耗并减少直下式背光混光距离，实现背光超薄化设计。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种透镜，装配在LED光源装置中，其特征在于，所述透镜具有上表面和底面，所述底面上设置有第一凹部，所述第一凹部与所述透镜具有同一中轴线，所述第一凹部的底部位于所述底面上。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述上表面上设置有第二凹部，所述第二凹部与所述透镜具有同一中轴线，所述第二凹部的顶部与所述第一凹部的顶部相对。
3.根据权利要求1或2所述的透镜，其特征在于，所述底面上还设置有其他多个凹部。
4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述第一凹部、所述第二凹部以及所述其他多个凹部的形状包括圆锥、四方锥和圆弧形。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的透镜，其特征在于，所述底面上还设置有多个支脚，将所述透镜设置在所述LED光源装置中的LED发光芯片之上。
6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述多个支脚均具有固定长度，所述固定长度大于所述LED发光芯片的高度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述上表面为球面。
8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述上表面的球心位置与所述LED发光芯片的位置重合。
9.一种LED光源装置，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的透镜；LED发光芯片，所述LED发光芯片上设置有所述透镜。
10.一种LED背光模组，其特征在于，包括多个如权利要求9中所述的LED光源装置；背板，多个所述LED光源装置设置在所述背板之上。
全文摘要
本发明提供了一种透镜，可装配在LED光源装置中，透镜具有上表面和底面，底面上设置有第一凹部，第一凹部与透镜具有同一中轴线，第一凹部的底部位于底面上。本发明还提供了一种LED光源装置和LED背光模组。通过本发明的技术方案，通过透镜的二次光学设计，达到增加光利用率，减小LED颗数，降低LED背光模组功耗并减少直下式背光混光距离，实现背光超薄化设计。
文档编号F21S8/00GK102252267SQ201110209830
公开日2011年11月23日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者乔明胜, 张志睿, 钟强, 高上 申请人:青岛海信电器股份有限公司