专利名称：底面为曲面结构的二次透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及透镜结构，尤其涉及应用于大角度发光的发光装置，特别是采用点阵式背光源的背光模组中的底面为曲面结构的二次透镜。
背景技术：
目前，平面显示器中所使用的液晶模组多采用TFT-IXD(薄膜场效应晶体管IXD)技术。TFT-IXD为非主动式发光显示，通常由白光背光模组(Backlight Module)提供均匀的系统亮度，再透过彩色滤光片(Color Filter)获得丰富的色彩显示。如图I所示，现有的白光直下式背光模组包含光源及光学膜片组04。发光二极管03 (LED)由于体积小、耗能少，因此成为液晶显示器背光模组使用的光源之一 ；LED03为朗 伯分布光源，光源正上方的光斑较小，在背光模组的使用中需要较多的LED03。如图2所示，目前已有在LED03上方增加ー块二次透镜05，从而改变LED03的光分布，増加LED光的扩散角，降低混光強度。将设有二次透镜的LED03应用于直下式背光模组中，大大增加Film (薄膜)材04表面的光斑面积，有效降低LED03的使用数量，降低直下式背光模组的成本。如图3所示，带二次透镜的直下式背光模组的工作原理为光线A经过入光面011入射至出光面02时，部分光线反射至底面012，由底面012再反射回出光面02时光线朝向中心轴，引起中心轴附近光强较强，从而使光分布不均匀。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种使发出的光线更加均匀的背光模组点光源的底面为曲面结构的二次透镜。为达到上述目的，本发明的技术方案为底面为曲面结构的二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面和与底面连接的弧形出光面，其设于点光源上方，所述底面包括中部弧状凹形的入光面和与该弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面。所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度；
当以中心轴为y轴，底面过中心轴的任意底线为X轴，X轴与I轴的交点为起始点吋， 出光面过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足x2+y2的值随|χ|的增加而增加；
入光面过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足x2+y2的值随Ixl的増加而减小；底面凹形曲面过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足y先随着Ixl増加而增加，当増大到底面凹形曲面的最高点后，y随|χ|的增加而減少。所述出光面中心设有ー内凹面、平面或凸面。根据需求,将出光面中心形状与入光面配合，因入光面为弧状凹形，当二次透镜需要中心亮一点，则出光面中心采用凸面与入光面配合；当二次透镜需要中心暗一点，则出光面中心采用内凹面与入光面配合；若无特别的要求，则出光面中心采用平面与入光面配合。所述底面的凹形曲面最高点距底面的距离H与凹形曲面最高点到中心轴的距离L的比值H/L〈0. 176 ;所述凹形曲面最高点到凹形曲面与入光面的连接点的垂直距离为LI，H/LKO. 34。当二次透镜底面的凹形曲面最高点与底面的垂直高度H较高时可获得较好的扩散效果，但是H高度过高会引起部分光线折向中心轴，从而引起光分布不均匀，配光曲线会有ー凸起。同时，由LED光源分布可知,发光角大于160度的光强已接近O,即，当Θ (底面与中心轴的交点到凹形曲面最高点的直线与底面的夹角)〈10 °时，由底面引入的光线向中心轴方向折射的影响小。所以，凹形曲面最高点与底面的垂直距离H与凹形曲面最高点距中心轴的垂直距离L的比值即H/L〈arctanlO°即H/L〈0. 176。经底面反射的光线经底面的凹形曲面后会使光线折向中心轴，使中心变亮，进而使光源接收面的光分布不均匀。经实验发现，当Η/Ll值小于O. 34时，此部分光线引起中心过亮的影响较小。所以，通过调整H和LI的值，即使H/L1〈0.34。所述入光面与凹形曲面在底面的连接处为ー圈水平面，这样不仅便于入光面与凹形曲面的连接处的加工，更便于底面与点光源的固定；所述出光面与凹形曲面在底面的连接处为ー圈水平面，从而便于出光面与凹形曲面的连接处的加工。所述出光面与底面在侧面的连接处为ー圈竖直面，不仅便于加工出光面与凹形曲面的连接处，还有利于二次透镜的侧固定。所述凹形曲面与入光面的连接点为底面的最低点，这样点光源发出的光线均通过入光面透出，光源利用率高。所述凹形曲面与入光面的连接点高于底面的最低点。所述二次透镜为聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、聚苯こ烯(PS)或玻璃等透光率较好的材料制品。所述二次透镜应用于背光模组中，该背光模组可以是直下式或侧入式，可有效减少LED的使用数量，从而节约成本。所述二次透镜的光源为点光源，如LED灯或激光等光源。本发明的二次透镜，底面由中部弧状凹形入光面和环状凹形曲面连接形成连续的曲面，从而扩大光源的扩散角，使光线扩散效果好，到达接收板上的光线更加均匀；本发明的二次透镜可应用于背光模组中，也可应用于需要光均匀扩散效果的照明系统中。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进ー步详细的说明
图I为现有的白光直下式背光模组的结构示意 图2为现有带二次透镜的直下式背光模组的结构示意 图3为现有带二次透镜的直下式背光模组的工作原理示意 图4为本发明底面为曲面结构的二次透镜的工作原理示意 图5为实施例I的结构示意 图6为实施例2的结构示意 图7为凹形曲面与入光面的连接点为底面的最低点的结构示意 图8为凹形曲面与入光面的连接点高于底面的最低点的结构示意 图9为本发明的二次透镜应用于直下式背光模组中的结构示意图。
具体实施例方式如图4-9之一所示，本发明底面为曲面结构的二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面I和与底面I连接的弧形出光面2，其设于点光源3上方，所述底面包括中部弧状凹形的入光面11和与该弧形凹形入光面11连接的环状凹形曲面12。如图4所示，采用以上的结构，部分光线b经过入光面11时向外折射，经过出光面 2时再次向外折射，达到光扩散的目的。部分光线a到达出光面2时发生反射，至凹形曲面12时，由于凹形曲面12结构的影响，光线向外反射，降低透镜中心轴附近的光强，并使中心轴附近光源接收面4上的光均匀分布。
部分从二次透镜外向凹形曲面12反射的光线C，经过凹形曲面12时，由于凹形曲面12结构的影响光线向外折射，使光扩散。如图7所示，所述入光面11的高度Hl大于其底面宽度L2，出光面2的高度H2小于其底面的宽度L3 ；
当以中心轴为y轴，底面I过中心轴的任意底线为X轴，X轴与y轴的交点为起始点时， 出光面2过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足x2+y2的值随|x|的增加而增加； 入光面11过中心轴截面的曲线的点坐标U，y)满足x2+y2的值随|χ|的增加而减小； 底面凹形曲面12过中心轴截面的曲线的点坐标(X，y)满足y先随着|x|增加而增加， 当增大到底面凹形曲面12的最高点后，y随|x|的增加而减少。所述点光源3为LED灯或激光等光源。所述出光面2中心设有一内凹面、平面或凸面21。根据需求，将出光面2中心形状与入光面11配合，因入光面11为弧状凹形，当光源接收面4需求中心较亮的分布，则出光面中心21可采用凸面设计；当光源接收面4需求中心较暗或整个光斑均匀的分布，则出光面中心21可采用凹面或平面设计。所述底面的凹形曲面12最高点距底面的距离H与凹形曲面12最高点到中心轴的距离L的比值H/L〈0. 176。当二次透镜底面的凹形曲面12最高点与底面的垂直高度H较高时可获得较好的扩散效果，但是H高度过高会引起部分光线折向中心轴，从而引起光分布不均匀，配光曲线会有一凸起。同时，由LED光源分布可知，发光角大于160度的光强已接近O,即，当 Θ (底面与中心轴的交点到凹形曲面最高点的直线与底面的夹角)〈10 °时，由底面引入的光线向中心轴方向折射的影响小。所以，当点光源为LED光源，凹形曲面12最高点与底面I的垂直距离H与凹形曲面12最高点距中心轴的垂直距离L的比值即H/L〈arctanlO° (arctanlO。=0. 176)。所述凹形曲面12最高点到凹形曲面12与入光面11的连接点的垂直距离为LI， H/LKO. 34。经底面I反射的光线经底面的凹形曲面12后会使光线折向中心轴，使中心变亮，进而使光源接收面4的光分布不均匀。经实验发现，当Η/Ll值小于O. 34时，此部分光线引起中心过亮的影响较小。所以，通过调整H和LI的值，即使H/L1〈0.34。所述二次透镜为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或玻璃等透光率较好的材料制品。
实施例I
如图5所示，所述入光面11与凹形曲面12在底面I的连接处为一圈水平面5，这样不仅便于入光面11与凹形曲面12的连接处的加工，更便于底面I与点光源3的固定；所述出光面2与凹形曲面12在底面I的连接处为一圈水平面6，从而便于出光面2与凹形曲面12 的连接处的加工。实施例2
如图6所示，所述出光面2与底面 I在侧面的连接处为一圈竖直面7，不仅便于加工出光面2与凹形曲面12的连接处，还有利于二次透镜的侧固定。实施例3
如图7所示，所述凹形曲面12与入光面11的连接点i为底面的最低点，这样点光源3 发出的光线均通过入光面11透出，光源利用率高。实施例4
如图8所示,所述凹形曲面12与入光面11的连接点i高于底面I的最低点。实施例5
所述二次透镜应用于直下式背光模组中，该背光模组可以直下式或侧入式，可有效减少LED的使用数量，从而节约成本。本发明的二次透镜配合点光源，可应用于液晶显示屏的背光模组中，包括侧入式和直下式背光模组中。如图9所示，二次透镜应用于直下式背光模组中，d为反射片，e为点光源，f为本发明透镜，g为扩散板和film材，h为TFT-IXD。其中光源e为点光源，可以是 LED、激光等点光源。
权利要求
1.底面为曲面结构的二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面和与底面连接的弧形出光面，其设于点光源上方，其特征在于所述底面包括中部弧状凹形的入光面和与该弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面。
2.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度； 当以中心轴为y轴，以与中心轴垂直且过底面最低点的直线为X轴，X轴与I轴的交点为起始点时， 出光面过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足x2+y2的值随|χ|的增加而增加； 入光面过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足x2+y2的值随Ixl的増加而减小； 底面凹形曲面过中心轴截面的曲线的点坐标(x，y)满足y先随着Ixl増加而增加，当増大到底面凹形曲面的最高点后，y随|χ|的增加而減少。
3.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述出光面中心设有ー内凹面、平面或凸面。
4.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述底面的凹形曲面最高点距底面的距离H与凹形曲面最高点到中心轴的距离L的比值H/L〈0. 176 ;所述凹形曲面最高点到凹形曲面与入光面的连接点的垂直距离为LI，H/LKO. 34。
5.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述入光面与凹形曲面在底面的连接处为ー圈水平面，出光面与凹形曲面在底面的连接处为ー圈水平面。
6.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述出光面与底面在侧面的连接处为ー圈竖直面。
7.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述凹形曲面与入光面的连接点为底面的最低点。
8.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述凹形曲面与入光面的连接点高于底面的最低点。
9.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述二次透镜为聚对苯ニ甲酸こニ醇酯、聚碳酸酷、聚甲基丙烯酸甲酷、聚苯こ烯或玻璃制品。
10.根据权利要求I所述的底面为曲面结构的二次透镜，其特征在于所述二次透镜应用于背光模组中。
全文摘要
本发明公开了底面为曲面结构的二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面和与底面连接的弧形出光面，其设于点光源上方，所述底面包括中部弧状凹形的入光面和与该弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面。本发明的二次透镜，底面由中部弧状凹形入光面和环状凹形曲面连接形成连续的曲面，从而扩大光源的扩散角，使光线扩散效果好，到达接收板上的光线更加均匀；本发明的二次透镜可应用于背光模组中，也可应用于需要光均匀扩散效果的照明系统中。
文档编号F21V5/04GK102705777SQ201210227219
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者李丽梅, 林博瑛, 郑俊义 申请人:冠捷显示科技(厦门)有限公司