一种新型led背光照明用配光透镜的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及背光照明技术领域，具体指一种新型LED背光照明用配光透镜。
【背景技术】
[0002]现在液晶电视用的LED背光照明以及LED面板灯等的背光照明方式和照明结构通常有两种:一种为将多颗LED放置在导光板的侧面(LED光轴与导光板侧面基本垂直)，LED发出的光线经过导光板侧面进入到导光板中，在导光板中发生多次全反射和折射后，最终所有的光线经导光板的正面透射出来，通过精确控制导光板反射与折射的比例，可以在导光板正面形成均匀的出光面；这种方式常称之为侧入式照明方式。
[0003]另外一种是将多颗LED光源放置在扩散板背面(本方法中LED光轴与扩散板背面基本垂直)，为了将LED发出的光线均匀的照射在扩散板背面，需要在每个LED与扩散板之间放置一个二次配光透镜，配光透镜将LED发出的光线进行二次分配后，均匀的照射在扩散板的背面；这样光线经过扩散板背面进入到扩散板内部再一次扩散，从扩散板的正面出射出来，可以在扩散板正面形成均匀的出光面，这种方式常称之为直下式照明方式。
[0004]上述两种照明方式相比较，形成同样的出光面积，侧入式的光线行进路径远大于直下式，侧入式的出光效率低下，所以采用侧入式的照明方式其能耗高、成本高。
[0005]近年来随着显示器(例如平板电视显示器)用的LED背光照明以及LED面板灯等的产品的进一步应用和推广。对对应产品的节能要求和成本控制的需求也越来迫切；这样的背景下效率较低的传统侧入式照明方式逐步在被直下式照明方式取代。
[0006]目前LED直下式背光照明的发展趋势为:在尽量增大LED之间的间距(主要是为了在同样的面积内减少LED数量)的前提下缩小从LED光源到扩散板的厚度(主要是为了减小系统体积)，同时还要保证照射的均匀性。这对配光透镜提出了更高的要求。
[0007]现有技术中，为了增大LED之间的间距，同时压缩LED与扩散板之间的距离，如图1所示，有的直下式系统采用反射式透镜对LED发出的光线进行二次分配，让相当部分的LEDllO发出的光线120通过透镜130反射到系统内腔上的反光层140上，然后再反射到扩散板上150。这种照明方式虽然可以减小空间高度，但是对反光层的特性依赖较大，同时对透镜的面型精度及安装精度以及反光层的平整层度等要求较高，因此较难实现均匀照明。
[0008]现在也有的直下式系统采用折射式透镜对LED发出的光线进行二次分配，但很难在LED之间间隔距离大且LED与扩散板之间距离小的情况下实现均匀照明。
[0009]如图2所示，造成照明不均匀的原因之一是透镜220入射面221与出射面223的面形比较简单，有的透镜的入射面及出射面采用多球面拼接而成，有的采用简单的圆锥曲面，这使得LED光源发出的光线难以按照背光照明的需求在大角度范围内进行有效的分配。
[0010]另一个重要原因是光线在不同介质中传播时，光线通过界面时总是会存在着菲涅尔界面反射，而且入射角度越大的菲涅尔界面反射效应越明显。通常从光疏介质到光密介质传播时，入射角大于60°后其菲涅尔界面反射率将随着入射角的增加而上升；而从光密介质到光疏介质传输时菲涅尔界面反射则更加显著，入射角大于30°后其菲涅尔界面反射率将随着入射角的增加而急剧上升。
[0011]从LED光源发出的光线经过入射面的折射后进入透镜本体，达到出射面时部分光线经出射面折射出去，而另外部分光线被界面反射到透镜内部，这部分反射光线经过透镜底面或者系统内腔反射面等多个面的多次反射与折射后，会在LED上方靠中间部分区域形成光线(照度)的集聚，严重影响了透镜出射光场的均匀性。
[0012]参考图2中，由位于入射面下方的LED光源210发出进入透镜220的光线231在到达出射面223时会进行分离，成为折射光线232和菲涅尔反射光线233。通常折射光线232会携带大部分能量直接射到扩散板250，而菲涅尔反射光线233则会携带少部分能量反射回透镜内部，然后经透镜本体底部222或透镜本体底部下的物体反射后形成二次反射光线234，当二次反射光线234再次碰到出射面223时折射出透镜成为光线235，光线235行进一段路程后到达扩散板250。由光线行进路线可以看出光线235会在LED210上方靠中间部分区域集聚。由于光线231在到达出射面223时是由光密介质进入光疏介质，因此菲涅尔界面反射效应较为明显，存在较高的反射率，因此由于菲涅尔界面反射而造成的LED210上方靠中间部分区域光线(能量)集聚的现象较为显著，最终影响到背光照明的均匀性。
【实用新型内容】
[0013]为了实现直下式匀光照明效果，本实用新型提供一种直下式LED背光匀光照明用配光透镜，能够减少由于菲涅尔界面反射所引起的出射光线在中心光场的堆积，合理分布出射光线，在实现同样照明效果的前提下可以减少LED背光面板上的LED光源的使用数量同时还可以实现缩小从LED光源到扩散板的厚度，减小系统的体积。
[0014]为了实现上述技术效果，本实用新型采取如下技术方案:
[0015]为了解决以上问题，本实用新型提出一种新型LED背光照明用配光透镜，包括透镜本体，其中所述透镜本体包括出射面、入射面和底部复合面；
[0016]所述底部复合面位于所述透镜本体的底部，靠近透镜本体中心轴的一侧与所述入射面相连；
[0017]所述入射面位于所述透镜本体的底部中心，向透镜本体顶部方向凹陷；
[0018]所述底部复合面设置有一个子复合面，当所述子复合面沿过透镜本体中心轴任意方向剖开时，子复合面的剖面线上任意一点在剖面内的法线与所述透镜本体的中心轴相交于透镜本体的下方；
[0019]所述底部复合面还包括一个过渡面，所述过渡面的一侧与所述入射面的底部相连，另一侧与所述子复合面的顶部相连；当沿过透镜本体中心轴任意方向剖开时，所述过渡面的剖面线靠近子复合面的一端距离透镜本体底部的高度大于入射面的底部到透镜本体底部的高度。这样的设置既能使LED所发出的光线全部通过入射面而进入透镜本体，又能为子复合面的优化设置提供需要的空间。因为在现阶段LED芯片的高度一般很低，入射面的底面下拉的设计，可以更好的保证LED所发出的光线全部通过入射面而进入透镜本体，避免了光能量损失；不仅如此，过渡面的剖面线靠近子复合面的一端距离透镜本体底部的高度大于入射面的底部到透镜本体底部的高度的设计也为子复合面的设置预留了足够的空间。
[0020]所述子复合面将所述出射面所反射的部分菲涅尔界面反射光线向远离透镜本体中心轴的方向反射出去，这样有效地降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积，增加了偏离透镜中心的光场的强度，提高了出射光场的匀光性。
[0021]进一步的，所述子复合面设置在透镜本体底部的照度从峰值到10%峰值的区域内。本透镜底面的照度主要来自出光面的菲涅尔界面反射光线，在底部的照度集中的区域设置子复合面就可以有效改善由于出光面的菲涅尔界面反射光线所引起光线分布不合理问题。(所述子复合面设置在透镜本体底部的照度从峰值到10%峰值的区域内是指在透镜本体底部的照度从峰值到10%峰值的区域内设置有子复合面，所述子复合面的具体设置位置以及覆盖范围可以根据透镜具体使用需要灵活调节)。
[0022]一般说来，实际工作中经过透镜本体出射面的菲涅尔界面反射光线在透镜本体底面会相对集中在一个环带上，这个菲涅尔界面反射光线相对集中的环带区域与透镜本体的入射面底部之间存在一定过渡区域；同时由于上述照度集中分布的环带上又存在一个照度峰值区域，该区域所接收到的从出射面反射回来的菲涅尔界面反射光线占到总反射光线的绝大部分，所述子复合面只需要设置在该区域即可实现将绝大部分菲涅尔界面反射光线朝偏离透镜本体中心轴的方向反射出去。同时子复合面在该区域的倾斜角度越大，越能有效将所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线向远离透镜本体中心轴的方向反射出去；但是在背光透镜底部有限的空间内，很难满足这样的倾斜角度，而过渡面的设置，为实现这一目标，提供了很好的解决途径。将过渡面靠近子复合面的一侧相