透镜、背光模组及液晶显示设备的制作方法

本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种透镜、背光模组及液晶显示设备。

背景技术：

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)在现代显示设备中的具有不可替代的地位，它被广泛用于便携式移动电子产品的显示设备，如手机，数码相机，掌上电脑，GPRS等移动产品。液晶显示器一般由背光模组提供背光源照亮液晶显示面板以显示图像，直下式背光模组的光源由排列在灯板上的自发光的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片提供。当前LED芯片包括四面发光的LED倒装晶片，即除了用于焊接的底面和顶面之外，四个侧面均可以发光，相对于仅顶面发光的单面发光LED倒装晶片，侧面发光增大了LED芯片的发光角度范围，LED芯片的侧面发出的光线与相邻的LED芯片的相对的侧面发出的光线相互交叠，即混光效果，相邻的LED芯片之间混光区域的亮度满足背光源的亮度要求，LED芯片侧面发出的光线传播方向越接近平行灯板平面，混光区域的宽度越长，相邻的LED芯片之间的节距越长，在提供相同亮度的背光源的前提下，使用的LED芯片数越少。

现有技术中，将四面发光的LED芯片焊接在灯板上，LED芯片侧面发出的光线中，部分光线直接射向LED芯片上方，部分光线指向灯板方向并直接被灯板表面的反射片反射向LED芯片上方，混光区域交叠的光线少，亮度低，未充分利用四面发光的LED芯片的侧面发出光线，需减小相邻的LED芯片之间的节距才能保持背光源的亮度需求，在提供相同亮度的背光源的前提下增加了LED芯片的数量，加大了背光模组的生产及维修成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种透镜，用以解决现有技术中粘合剂涂覆难度大，涂覆效率低，成功率低，甚至存在压迫液晶面板风险的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种透镜，安装于背光模组的灯板上，所述透镜设有容纳孔，所述容纳孔用于容纳发光二极管芯片，所述容纳孔的内壁面设有缺口，所述缺口包括相连的第一入射面和第二入射面，所述发光二极管芯片在所述内壁面的正投影部分落入所述缺口的范围内，所述透镜还包括背离所述内壁面的出射面及连接所述第一入射面和所述出射面的第一透镜面，所述发光二极管芯片发出的指向所述第一入射面的第一光线在所述第一透镜面发生全反射后从所述出射面射出，所述发光二极管芯片发出的指向所述第二入射面的第二光线被所述第二入射面折射后从所述出射面射出，所述透镜汇聚所述第一光线和所述第二光线。

进一步，所述第一透镜面与所述出射面的交点为第一交点，所述第一入射面与所述第二入射面的交点为第二交点，所述第一交点和所述第二交点的连线与所述灯板的夹角小于所述第二入射面与所述灯板的夹角。

进一步，所述透镜还包括第二透镜面，所述第二透镜面贴合所述灯板，所述内壁面还包括第三入射面，所述第三入射面连接于所述第二透镜面和所述第二入射面之间，所述发光二极管芯片发出的指向所述第三入射面的第三光线通过所述第三入射面进入所述透镜，所述第三光线在所述第二透镜面发生全反射后从所述出射面射出，所述透镜汇聚所述第一光线、所述第二光线及所述第三光线。

进一步，所述内壁面还包括第四入射面，所述第四入射面位于所述第二入射面和所述第三入射面之间，所述第四入射面和所述第二入射面对称。

进一步，所述出射面包括第一出射面，所述第一出射面为凸设于所述出射面的圆弧面，并且所述第一出射面与所述第二入射面及所述第四入射面对应。

进一步，所述出射面倾斜于所述灯板。

进一步，所述第二透镜面包括雾化效果形状。

进一步，所述第一透镜面的截面为抛物线，并且焦点位于所述发光二极管芯片的发光面的中点。

本发明还提供一种背光模组，所述背光模组包括灯板、发光二极管芯片及权利要求1至8任意一项所述的透镜，所述透镜安装于所述灯板上，所述发光二极管芯片收容于所述透镜中，以使所述发光二极管芯片发出的光线通过所述透镜折射后趋向于平行所述灯板并指向相邻的所述发光二极管芯片的方向传播。

本发明还提供一种液晶显示设备，所述液晶显示设备包括灯板、发光二极管芯片及权利要求1至8任意一项所述的透镜，所述透镜安装于所述灯板上，所述发光二极管芯片收容于所述透镜中，以使所述发光二极管芯片发出的光线通过所述透镜折射后趋向于平行所述灯板并指向相邻的所述发光二极管芯片的方向传播。

本发明的有益效果如下：发光二极管芯片收容于透镜的容纳孔中，发光二极管芯片发出的指向第一入射面的第一光线通过第一入射面进入透镜，第一光线在第一透镜面发生全反射后从出射面射出，并趋向于平行灯板并指向相邻的发光二极管芯片的方向传播，发光二极管芯片发出的指向第二入射面的第二光线通过第二入射面折射后进入透镜，第二光线从出射面射出，并趋向于平行灯板并指向相邻的发光二极管芯片的方向传播，即第一光线和第二光线穿过透镜后的传播方向与灯板的夹角小，相邻的发光二极管芯片相对发出的第一光线或第二光线在交叠处的高度小，充分利用了五面发光的发光二极管芯片的侧面发出光线，一方面，发光二极管芯片节距一定时，减小了混光距离，从而减小了背光模组的厚度，使液晶显示设备轻薄化；另一方面，混光距离一定时，增大了发光二极管芯片的节距，相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的明显变形方式。

图1为本发明实施例一提供的透镜的立体图。

图2为本发明实施例一提供的透镜的另一视角的立体图。

图3a、图3b和图3c为本发明实施例一提供的透镜的剖面图。

图4a、图4b及图4c为本发明实施例一提供的透镜的工作原理图。

图5为本发明实施例二提供的透镜的剖面图。

图6为本发明实施例三提供的透镜的剖面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

液晶显示设备的背光模组一般包括灯板30和多个发光二极管芯片10，发光二极管芯片10阵列排布于灯板30上，发光二极管芯片10通电后发光，以作为背光模组的光源。一种实施方式中，灯板30为PCB板。具体的，背光模组为直下式背光模组，发光二极管芯片10位于背光模组的底层，发光二极管芯片10发出的光线经过扩散片、棱镜片处理后形成均匀的背光源，直下式背光模组具有良好的出光视角、光利用效率高、结构简单的特点。

本发明实施例一提供的透镜20用于罩设于发光二极管芯片10上，并且每个发光二极管芯片10对应一个发光二极管芯片10。具体的，透镜20设有容纳孔200，容纳孔200用于容纳发光二极管芯片10。本实施例中，发光二极管芯片10为四面发光结构，四面发光的发光二极管芯片10一般为矩形，发光二极管芯片10的底面用于焊接于灯板30上，一种实施方式中，发光二极管芯片10的底面通过支架固定于灯板30上，发光二极管芯片10的与底面相对的顶面设有遮蔽层，以遮挡顶面发光，四面发光的发光二极管芯片10仅有连接顶面和底面的四个侧面为发光面并向发光二极管芯片10的四周发光。发光二极管芯片10发出的光线从容纳孔200的内壁面进入透镜20，经过透镜20折射及透镜20内部的光路整形使发光二极管芯片10发出的光线趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，减小发光二极管芯片10发出的光线与灯板30的夹角，从而使相邻的发光二极管芯片10相对发出的光线在交叠处的高度小，充分利用了四面发光的发光二极管芯片10的侧面发出光线，一方面，发光二极管芯片10节距一定时，减小了混光距离，从而减小了背光模组的厚度，使液晶显示设备轻薄化；另一方面，混光距离一定时，增大了发光二极管芯片10的节距，相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

请一并参阅图1和图2，本实施例中，透镜20为类似圆柱体形状，容纳孔200开设于圆柱体的中心，容纳孔200为通孔并且容纳孔200的中心轴与透镜20的中心轴同轴。进一步的，结合图3a、图3b及图3c，透镜20的形状也可以描述为封闭的曲面(剖面)以垂直于灯板30的直线为轴旋转360°形成。进一步的，容纳孔200的内壁面设有缺口210，缺口210包括相连的第一入射面201和第二入射面202，发光二极管芯片10在内壁面的正投影部分落入缺口210的范围内，透镜20还包括背离内壁面的出射面220及连接第一入射面201和出射面220的第一透镜面211。本实施方式中，出射面220为垂直于灯板30的平面。本实施例中，第一透镜面211与出射面220的交点为第一交点，第一入射面201与第二入射面202的交点为第二交点，第一交点和第二交点的连线与灯板30的夹角θ₂小于第二入射面202与灯板30的夹角θ₁。发光二极管芯片10发出的指向第一入射面201的第一光线101通过第一入射面201进入透镜20，第一光线101在第一透镜面211发生全反射后从出射面220射出，发光二极管芯片10发出的指向第二入射面202的第二光线102通过第二入射面202折射后进入透镜20，第二光线102从出射面220射出，透镜20汇聚第一光线101、第二光线102，即使第一光线101趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，使第二光线102趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播。

一种实施方式中，第一透镜面211的截面为抛物线，并且焦点位于发光二极管芯片10的发光面的中点，以使被第一透镜面211全反射的第一光线101平行于灯板30射出，最大化的减小第一光线101与灯板30的夹角。

图4a所示为发光二极管芯片10发出的第一光线101的光路图，其中实线为设置透镜20后第一光线101的传播路线，虚线为未设置透镜20时第一光线101的传播路线。如图所示，未设置透镜20时，第一光线101直接射向相邻的两个发光二极管芯片10之间的区域的上方空间，并且相邻的两个发光二级管芯片相对发出的第一光线101在该区域相交，其中，第一光线101的传播方向与灯板30的夹角为α₁，交叠处的高度为h₁；设置透镜20时，第一光线101从第一入射面201进入透镜20，在第一透射面发生全反射后以趋近于平行灯板30的方向从出射面220出射，其中，第一光线101的传播方向与灯板30的夹角为α₁’，交叠处的高度为h₁’。从图中可以看出，交叠处高度h₁’小于h₁，设置透镜20后，混光距离减小；由于夹角α₁’小于夹角α₁，若要求保持h₁’与h₁相等，则需要增加两个相邻的发光二极管芯片10之间的距离，即节距，从而相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

图4b所示为发光二极管芯片10发出的第二光线102的光路图，其中实线为设置透镜20后第二光线102的传播路线，虚线为未设置透镜20时第二光线102的传播路线。如图所示，未设置透镜20时，第二光线102直接射向相邻的两个发光二极管芯片10之间的区域的上方空间，并且相邻的两个发光二级管芯片相对发出的第二光线102在该区域相交，其中，第二光线102的传播方向与灯板30的夹角为α₂，交叠处的高度为h₂；设置透镜20时，第二光线102从第二入射面202折射进入透镜20，以趋近于平行灯板30的方向从出射面220出射，其中，第二光线102的传播方向与灯板30的夹角为α₂’，交叠处的高度为h₂’。从图中可以看出，交叠处高度h₂’小于h₂，设置透镜20后，混光距离减小；由于夹角α₂’小于夹角α₂，若要求保持h₂’与h₂相等，则需要增加两个相邻的发光二极管芯片10之间的距离，即节距，从而相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

发光二极管芯片10收容于透镜20的容纳孔200中，发光二极管芯片10发出的指向第一入射面201的第一光线101通过第一入射面201进入透镜20，第一光线101在第一透镜面211发生全反射后从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，发光二极管芯片10发出的指向第二入射面202的第二光线102通过第二入射面202折射后进入透镜20，第二光线102从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，即第一光线101和第二光线102穿过透镜20后的传播方向与灯板30的夹角小，相邻的发光二极管芯片10相对发出的第一光线101或第二光线102在交叠处的高度小，充分利用了五面发光的发光二极管芯片10的侧面发出光线，一方面，发光二极管芯片10节距一定时，减小了混光距离，从而减小了背光模组的厚度，使液晶显示设备轻薄化；另一方面，混光距离一定时，增大了发光二极管芯片10的节距，相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

透镜20还包括第二透镜面212，第二透镜面212贴合灯板30，内壁面还包括第三入射面203，第三入射面203连接于第二透镜面212和第二入射面202之间，发光二极管芯片10发出的指向第三入射面203的第三光线103通过第三入射面203进入透镜20，第三光线103在第二透镜面212发生全反射后从出射面220射出，透镜20汇聚第一光线101、第二光线102及第三光线103，即第三光线103趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播。

一种实施方式中，第二透镜20表面为平面，其他实施方式中，第二透镜20表面存在半球形、金字塔形等图案或表面压花，以雾化第二透镜20表面，得到均匀的光斑。

图4c所示为发光二极管芯片10发出的第三光线103的光路图，其中实线为设置透镜20后第三光线103的传播路线，虚线为未设置透镜20时第三光线103的传播路线。如图所示，未设置透镜20时，第三光线103在灯板30表面反射后射向两个相邻的发光二极管芯片10之间的区域，并且相邻的两个发光二级管芯片相对发出的第三光线103在该区域相交，其中，第三光线103的传播方向与灯板30的夹角为α₃，交叠处的高度为h₃，一种实施方式中，灯板30表面设有反射片，以增大第一光线101在灯板30表面的反射率；设置透镜20时，第三光线103从第三入射面203进入透镜20，在第二透射面发生全反射后以趋近于平行灯板30的方向从出射面220出射，其中，第三光线103的传播方向与灯板30的夹角为α₃’，交叠处的高度为h₃’。从图中可以看出，交叠处高度h₃’小于h₃，设置透镜20后，混光距离减小；由于夹角α₃’小于夹角α₃，若要求保持h₃’与h₃相等，则需要增加两个相邻的发光二极管芯片10之间的距离，即节距，从而相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

图5为本发明实施例二提供的透镜20的剖面图，如图所示，本实施例与实施例一的区别在于，内壁面还包括第四入射面204，第四入射面204位于第二入射面202和第三入射面203之间，第四入射面204和第二入射面202对称。具体的，发光二极管芯片10发出的部分在实施例一中指向第三入射面203的第三光线103通过第四入射面204进入透镜20，在第四入射面204折射后以趋向于平行灯板30的方向从出射面220射出。进一步的，进入第四入射面204的第三光线103与进入第二入射面202的第二光线102的光路对称。未设置透镜20时，第三光线103被灯板30表面反射，第四入射面204减小了第三光线103与灯板30的夹角，降低了混光距离。

本实施例中，出射面220包括第一出射面222，第一出射面222为凸设于出射面220的圆弧面，并且第一出射面222与第二入射面202及第四入射面204对应。第一出射面222起到凸透镜20的作用，将通过第二入射面202进入透镜20的第二光线102和通过第四入射面204进入透镜20的第三光线103汇聚。进一步的，第一出射面222的焦点根据相邻的发光二极管芯片10的节距确定，一种最佳实施方式中，将从第一出射面222射出的第二光线102和第三光线103的汇聚点设置为相邻的两个发光二极管芯片10相对发出的光线的交叠点。

发光二极管芯片10收容于透镜20的容纳孔200中，发光二极管芯片10发出的指向第一入射面201的第一光线101通过第一入射面201进入透镜20，第一光线101在第一透镜面211发生全反射后从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，发光二极管芯片10发出的指向第二入射面202的第二光线102通过第二入射面202折射后进入透镜20，第二光线102从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，即第一光线101和第二光线102穿过透镜20后的传播方向与灯板30的夹角小，相邻的发光二极管芯片10相对发出的第一光线101或第二光线102在交叠处的高度小，充分利用了五面发光的发光二极管芯片10的侧面发出光线，一方面，发光二极管芯片10节距一定时，减小了混光距离，从而减小了背光模组的厚度，使液晶显示设备轻薄化；另一方面，混光距离一定时，增大了发光二极管芯片10的节距，相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

图6为本发明实施例三提供的透镜20的剖面图，如图所示，本实施例与实施例一的区别在于，出射面220倾斜于灯板30，通过控制出射面220与灯板30之间的角度可以改变从出射面220射出的第一光线101、第二光线102及第三光线103的传播方向，以搭配背光模组的其他光学组件达到特定的背光要求。

发光二极管芯片10收容于透镜20的容纳孔200中，发光二极管芯片10发出的指向第一入射面201的第一光线101通过第一入射面201进入透镜20，第一光线101在第一透镜面211发生全反射后从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，发光二极管芯片10发出的指向第二入射面202的第二光线102通过第二入射面202折射后进入透镜20，第二光线102从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，即第一光线101和第二光线102穿过透镜20后的传播方向与灯板30的夹角小，相邻的发光二极管芯片10相对发出的第一光线101或第二光线102在交叠处的高度小，充分利用了五面发光的发光二极管芯片10的侧面发出光线，一方面，发光二极管芯片10节距一定时，减小了混光距离，从而减小了背光模组的厚度，使液晶显示设备轻薄化；另一方面，混光距离一定时，增大了发光二极管芯片10的节距，相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

本发明还提供一种背光模组，背光模组包括灯板30、发光二极管芯片10及以上所述的透镜20，透镜20安装于灯板30上，发光二极管芯片10收容于透镜20中，以使发光二极管芯片10发出的光线通过透镜20折射后趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播。

本发明还提供一种液晶显示设备，液晶显示设备包括灯板30、发光二极管芯片10及以上所述的透镜20，透镜20安装于灯板30上，发光二极管芯片10收容于透镜20中，以使发光二极管芯片10发出的光线通过透镜20折射后趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播。液晶显示设备为手机，数码相机，掌上电脑，GPRS等移动产品。

发光二极管芯片10收容于透镜20的容纳孔200中，发光二极管芯片10发出的指向第一入射面201的第一光线101通过第一入射面201进入透镜20，第一光线101在第一透镜面211发生全反射后从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，发光二极管芯片10发出的指向第二入射面202的第二光线102通过第二入射面202折射后进入透镜20，第二光线102从出射面220射出，并趋向于平行灯板30并指向相邻的发光二极管芯片10的方向传播，即第一光线101和第二光线102穿过透镜20后的传播方向与灯板30的夹角小，相邻的发光二极管芯片10相对发出的第一光线101或第二光线102在交叠处的高度小，充分利用了五面发光的发光二极管芯片10的侧面发出光线，一方面，发光二极管芯片10节距一定时，减小了混光距离，从而减小了背光模组的厚度，使液晶显示设备轻薄化；另一方面，混光距离一定时，增大了发光二极管芯片10的节距，相同亮度的背光模组使用的LED芯片数量减少，降低了背光模组的生产及维修成本。

以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。