一种直下式背光模组的led透镜的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于液晶显示器的背光模块领域，具体为一种直下式背光模组的LED透镜,所述透镜为轴对称的结构，透镜包括底面、内曲面、侧面、上曲面和中心凹面；所述底面设有反射结构；所述内曲面设于底面中部，形成为内凹于底面的腔；所述侧面沿底面边缘向上延伸至与上曲面边缘相接；所述上曲面自外周边向中间对称轴方向弧线延伸，形成为具有上凸形的弧形曲面；中心凹面为由上曲面内边缘至中心向下延伸的下凹面，中心凹面与上曲面于边缘连接处平滑过渡。全反射面能减少中心轴的光强，底面设置反射结构能有效减少光线的散逸；所述全反射面和底面反射结构的结合使用不仅能达到上述效果，还能有效增强光的发散，使投射到扩散板光斑直径更大，照度更均匀。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于液晶显示器的背光模块领域，具体为一种直下式背光模组的LED 透镜。 -种直下式背光模组的LED透镜
【背景技术】
[0002] 液晶显示器，或称LCD (Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备。凭借 着体积小、质量小、低辐射等优点，液晶显示器逐渐取代了采用阴极射线管的传统显示器， 成为主流的显示器种类。
[0003] 液晶显示元件是被动发光元件，显示屏本身并不发光，所以液晶显示器一般由背 光模块和液晶显示面板组合而成，背光模块为液晶显示面板提供光源，使显示器呈现出液 晶显示面板上的图像。根据光源位置背光模组可以分为直下式和侧光式。侧光式背光模块 是将放光二极管晶粒配置在液晶显示器面板的侧边。直下式背光模块是直接将发光二极管 晶粒均匀地配置在液晶显示面板的后方作为光源。如今，生产者致力于研制出更轻、更小的 液晶显示器。因此，如何维持亮度、均匀度的前提下减少LED数量成为设计上的一大课题。
[0004] 现有技术对背光模块做了不少改进，能有效的增加光斑大小，提高光能利用率。如 中国专利文献CN102287679公开了 一种光源模块以及背光模块，虽然能减少光线的散逸， 提高光能利用率，但无法减少透镜中心轴附近光强，而且光线的发散程度不高，使光线出射 后到达扩散板上的光斑并不能达到照度均匀，直径更大的效果。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能减少光线的散逸，使光 线出射后到达扩散板上的光斑能达到照度均匀、直径更大的一种直下式背光模组的LED透 镜。
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种直下式背光模组的 LED透镜，所述透镜为轴对称的结构，透镜包括底面、内曲面、侧面、上曲面和中心凹面；所 述底面上设有反射结构；所述内曲面设于底面中部，形成为内凹于底面的腔；所述侧面沿 底面边缘向上延伸至与上曲面边缘相接；所述上曲面自外周边向中间对称轴方向弧线延 伸，形成为具有上凸形的弧形曲面；所述中心凹面为由上曲面内边缘至中心向下延伸的下 凹面，中心凹面与上曲面于边缘连接处平滑过渡。
[0007] 进一步的，所述内曲面为光线入射面，所述侧面和上曲面为光线出射面；入射到所 述中心凹面上的光线发生内全反射且全反射后射向透镜底部，全反射的光线经底面反射结 构反射后从侧面或上曲面出射。
[0008] 部分光线从入射面进入透镜，经过两次反射后出射到透镜外部，出射光线的发散 程度高，本实用新型采用侧面和上曲面同时为出射面，使各个方向的出射光线均能出射至 透镜外部，光斑直径更大。
[0009] 全反射面能有效减少中心轴的光强，底面设置反射结构能有效减少光线的散逸； 所述全反射面和底面反射结构的结合使用不仅能达到上述效果，还能有效增强光的发散， 使投射到扩散板光斑直径更大，照度更均匀。
[0010] 进一步的，所述内曲面为光滑透明曲面，所述底面上的反射结构沿底面的外圈部 分表面设置或沿底面的全部表面设置。
[0011] 由于内曲面为透明曲面，光线于内曲面处不发生发散，光线经全反射后，会集中射 向底面的外圈，所以所述反射结构只需包含所有经全反射面反射的光线即可。
[0012] 进一步的，所述内曲面为磨砂面或雾面，所述底面上的反射结构沿底面的全部表 面设置。
[0013] 由于所述内曲面为磨砂面或雾面，光线于内曲面处发生发散，光线经全反射面反 射后，发散程度高，采用反射结构覆盖与整个底面的设置方式，使射向底面面的光线均能产 生漫反射。
[0014] 进一步的，所述反射结构为三维微反射结构。选用三维微反射结构作为底面的反 射结构，令投射到反射结构的光线实现漫反射，从而使投射到扩散板光斑照度更均匀。
[0015] 进一步的，所述三维微反射结构为金字塔、圆锥、部分球形、圆柱体或者沟槽状微 结构阵列。光线经不同的反射结构反射后的发散程度、发散角并不一样，三维微反射结构的 具体设计还根据透镜材料和中心凹面的全反射角相关。
[0016] 进一步的，所述侧面为垂直底面的圆柱面或者向内扣的曲面。不同的侧面结构组 成的透镜厚度不相同，光线穿过侧面的折射率也不相同，根据显示器的实际结构以及所需 出射光线的折射角度选择适当透镜侧面结构。
[0017] 进一步的，所述中心凹面朝中心方向的延伸为直线向下延伸或弧线向下延伸。
[0018] 进一步的，所述中心凹面为直线向下延伸时，中心凹面与中心对称轴的夹角大于 50 ° ;所述中心凹面为弧线向下延伸时,弧线上各点的切线与中心对称轴夹角的最大值大 于50度；
[0019] 以上对直线型中心凹面与中心轴夹角实行限定，或，对弧线性中心凹面各点切线 与中心轴夹角实行限定的设置方式，能使中心轴光强达到所需强度，同时为入射线提供足 够的全反射面。
[0020] 进一步的，所述中心凹面外边缘与底面中心所在直线为全反射区域边缘线，所述 全反射区域边缘线与中心对称轴夹角为0°至20°。
[0021] 对全反射区域边缘线与中心对称轴夹角实行限定的设置方式，能防止全反射面面 积过大，导致靠近中心轴30度范围以内的光强太弱。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1入射面为非磨砂面的透镜剖面图；
[0023] 图2入射面为磨砂面的透镜剖面图。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合附图选用两种实施例对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明：
[0025] 实施例一：
[0026] 参见图1，一种直下式背光模组的LED透镜的实施例，包括：底面1、内曲面2、侧面 4、上曲面301和中心凹面302,所述内曲面2为光线入射面，所述侧面4和上曲面301为光 线出射面，中心凹面302为全反射面。
[0027] 所述侧面4沿底面1边缘向上延伸与上曲面301边缘相接；所述侧面4为垂直底 面的圆柱面；所述上曲面301侧部沿侧面延伸方向向上凸起；所述中心凹面302中部向内 凹陷，形成全反射面；所述中心凹面302与中心对称轴Μ的夹角为60°，所述中心凹面302 外边缘与底面中心所在直线为全反射区域边缘线L，所述全反射区域边缘线L与中心对称 轴Μ夹角为20°。
[0028] 所述底面1上设有反射结构，具体为三维微反射结构，如锥形结构102,所述锥形 结构102只包覆于底面1的外圈。
[0029] 所述内曲面2为光滑透明的曲面，所述底面1上的反射结构沿底面的外圈部分表 面设置（或沿底面的全部表面设置）。
[0030] 部分光线X从内曲面2入射进入透镜，照射到中心凹面302的光线进行全反射，实 现全反射后的光线经底面微反射结构102反射后从侧面4出射，然后投射到扩散板上，扩散 板图中未示出。
[0031] 部分光线X'从内曲面2入射进入透镜，直接射向上曲面301，经上曲面301折射后 投射到扩散板上，扩散板图中未示出。
[0032] 采用锥形微反射结构102设于底面1上，使光线在全反射至底面1时上进行漫反 射，使投射到扩散板光斑照度更均匀。由于入射面2'为磨砂面（雾面），光线于入射面2处 发生发散，部分光线经中心凹面302全反射后，光线会比较分散，保证出射光线均能具有较 好的大光斑、照度均匀效果。
[0033] 所述中心凹面302能有效减少中心轴的光强，所述底面锥形结构102能有效减少 光线的散逸；中心凹面302和底面锥形结构102结合使用不仅能达到上述效果，还能有效增 强光的发散，使投射到扩散板光斑直径更大，照度更均匀。
[0034] 从图1中可看出，从内曲面腔中发光原件发出的光，有的光线经过透镜折射后直 接从上曲面301射出；有的光线经过中心凹面302全反射后，再经过底面1的反射，光线从 侧面4射出。
[0035] 实施例二：
[0036] 参见图2, 一种直下式背光模组的LED透镜的实施例，包括：底面1、内曲面2'、侧 面4、上曲面301和中心凹面302,所述内曲面2'为光线入射面，所述侧面和上曲面为光线 出射面，中心凹面为全反射面。
[0037] 所述侧面4沿底面1边缘向上延伸与上曲面301边缘相接；所述侧面4为垂直底 面的圆柱面；所述上曲面301侧部沿侧面4延伸方向向上凸起；所述中心凹面302中部向内 凹陷，形成全反射面；所述中心凹面302与中心对称轴Μ的夹角为60°，所述中心凹面302 外边缘与底面中心所在直线为全反射区域边缘线L，所述全反射区域边缘线L与中心对称 轴Μ夹角为20°。
[0038] 所述底面1上设有反射102结构，具体为三维微反射结构，如锥形结构102,所述锥 形结构102只包覆于底面1的外圈。
[0039] 所述内曲面2'为磨砂面或雾面，所述底面上的反射结构沿底面1的全部表面设 置。
[0040] 光线Y从内曲面2'入射进入透镜，光线在内曲面2'上发生散射。部分散射光线 经过透镜折射后直接从上曲面301射出；部分散射光线照射至中心凹面302上，经全中心凹 面302反射到底面，再经底面1的锥形结构102反射后从侧面4射出；还有部分散射光线直 接折射至底面1的锥形结构102上，经底面反射后从侧面4射出。出射光线投射到扩散板 上，所述扩散板图中未示。
[0041] 采用锥形微反射结构102设于底面1上，使光线在全反射至底面1时上进行漫反 射，使投射到扩散板光斑照度更均匀。由于入射面2'为磨砂面（雾面），光线于入射面2处 发生发散，部分光线经中心凹面302全反射后，光线会比较分散，保证出射光线均能具有较 好的大光斑、照度均匀效果。
[0042] 所述中心凹面302能有效减少中心轴的光强，所述底面锥形结构102能有效减少 光线的散逸；中心凹面302和底面锥形结构102结合使用不仅能达到上述效果，还能有效增 强光的发散，使投射到扩散板光斑直径更大，照度更均匀。
[0043] 根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实 施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的【具体实施方式】，对 本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽 管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型 构成任何限制。
【权利要求】
1. 一种直下式背光模组的LED透镜，所述透镜为轴对称的结构，透镜包括底面、内曲 面、侧面、上曲面和中心凹面；所述底面上设有反射结构；所述内曲面设于底面中部，形成 为内凹于底面的腔；其特征在于， 所述侧面沿底面边缘向上延伸至与上曲面边缘相接； 所述上曲面自外周边向中间对称轴方向弧线延伸，形成为具有上凸形的弧形曲面； 所述中心凹面为由上曲面内边缘至中心向下延伸的下凹面，中心凹面与上曲面于边缘 连接处平滑过渡。
2. 根据权利要求1所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述内曲面为光 线入射面，所述侧面和上曲面为光线出射面；入射到所述中心凹面上的光线发生内全反射 且全反射后射向透镜底部，全反射的光线经底面反射结构反射后从侧面或底面出射。
3. 根据权利要求1所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述内曲面为光 滑透明曲面，所述底面上的反射结构沿底面的外圈部分表面设置或沿底面的全部表面设 置。
4. 根据权利要求1所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述内曲面为磨 砂面或雾面，所述底面上的反射结构沿底面的全部表面设置。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述 反射结构为三维微反射结构。
6. 根据权利要求5所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述三维微反射 结构为金字塔、圆锥、部分球形、圆柱体或者沟槽状微结构阵列。
7. 根据权利要求1所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述侧面为垂直 底面的圆柱面或者向内扣的曲面。
8. 根据权利要求1所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述中心凹面朝 中心方向的延伸为直线向下延伸或弧线向下延伸。
9. 根据权利要求8所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述中心凹面为 直线向下延伸时，中心凹面与中心对称轴的夹角大于50° ; 所述中心凹面为弧线向下延伸时，弧线上各点的切线与中心对称轴夹角的最大值大于 50度。
10. 根据权利要求1所述的直下式背光模组的LED透镜，其特征在于：所述中心凹面外 边缘与底面中心所在直线为全反射区域边缘线，所述全反射区域边缘线与中心对称轴夹角 为0°至20°。
【文档编号】F21V5/04GK203907479SQ201420370089
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】王钢, 罗滔, 周莉 申请人:佛山市中山大学研究院, 广州市熠芯节能服务有限公司