CN103148446A - 大角度扩散的散热光学透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大角度扩散的散热光学透镜，其沿中心轴旋转对称，设于光源上方，散热光学透镜中心与光源中心位于同一轴线上，所述散热光学透镜包括内凹的环状底面、与环状底面外圆连接的弧形的出光面和与环状底面内圆连接的中部弧状凹形的入光面，所述环状底面上设有至少一个散热槽。由于在散热光学透镜的环状底面上设有一个以上的散热槽。当在光源实际使用时，光源的电能转换为光能和热能；光源产生的热通过所述环状底面上的散热槽进行散热，其不但有效避免了光源过热造成的光源发光品质的改变问题，而且提高了光源的使用寿命。

Description

大角度扩散的散热光学透镜

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大角度扩散的散热光学透镜。

背景技术

目前，平面显示器中所使用的液晶模组多采用TFT-LCD（薄膜场效应晶体管LCD）技术。TFT-LCD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1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上方增加一块光学透镜05，从而改变LED03的光分布，增加LED光的扩散角，降低混光强度。将设有光学透镜的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，带光学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。

目前已经有对光学透镜的底面结构进行改进的技术方案，如图4所示，专利申请号为CN201210227219.6，专利名称为《底面为曲面结构的二次透镜》的中国发明专利中，将底面设计成中部为弧状凹形的入光面003，两侧为与该弧状凹形入光面003连接的环状凹形曲面001，从而扩大光源的扩散角，减弱中心轴附近的光强。

但是LED在使用过程中会产生热量，现有技术中的结构没有考虑散热的问题。而LED的散热问题是直下式背光模组中需要重点解决的问题。LED过程将会严重影响LED的发光品质和使用寿命。

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应用于点阵式背光源的背光模组中，能够使光源的散热效果好、光源的使用寿命长的底面带散热槽的大角度扩散的散热光学透镜。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：大角度扩散的散热光学透镜，沿中心轴旋转对称，设于光源上方，散热光学透镜中心与光源中心位于同一轴线上，所述散热光学透镜包括内凹的环状底面、与环状底面外圆连接的弧形的出光面和与环状底面内圆连接的中部弧状凹形的入光面，所述环状底面上设有至少一个散热槽。

所述散热槽为一个，散热槽一端与入光面相连，另一端与出光面相连，且在环状底面的内凹处断开并由环状底面相连。

所述设置在环状底面上的散热槽为两个以上，散热槽关于环状底面中心成辐射状分布，散热槽一端与入光面相连，另一端与出光面相连，且散热槽在环状底面的内凹处断开并由环状底面相连。

所述设置在环状底面上的散热槽为两个以上，且散热槽为并列平行分布。

所述并列平行分布的散热槽中的部分散热槽深度小于对应内凹处的深度时，该部分散热槽在该内凹处断开，并由内凹处的环状底面连接，所述并列平行分布的散热槽中的部分散热槽深度大于或等于对应内凹处的深度时，该部分散热槽为通槽结构。

所述散热光学透镜入光面的高度大于其环状底面宽度，出光面的高度小于其环状底面的宽度；

当以散热光学透镜中心轴为y轴，以与中心轴垂直且过环状底面最低点的直线为x轴，x轴与y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|x|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|x|的增加而减小；

环状底面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，当增大到环状底面的最高点后，y随|x|的增加而减少。

所述出光面中心设有一内凹面、平面或凸面。

所述散热光学透镜为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃材料成型。

所述光源可以为LED光源。

所述散热光学透镜应用于背光模组中。

本发明采用以上的结构，由于在散热光学透镜的环状底面上设有一个以上的散热槽。当在光源实际使用时，光源的电能转换为光能和热能；光源产生的热通过所述环状底面上的散热槽进行散热，其不但有效避免了光源过热造成的光源发光品质的改变问题，而且提高了光源的使用寿命。并且区别于以往的底面为平面的透镜，由于此透镜的底面为曲面设计，散热槽可以在内凹的曲面处断开，使散热槽断开处和内凹的曲面底面相连接，即实现内凹的曲面底面分担了散热槽的部分散热功能，所以只需在底部的局部设置散热槽，大大减少因散热槽而导致的光分布不均匀的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的白光直下式背光模组的结构示意图；

图2为现有带光学透镜的直下式背光模组的结构示意图； 

图3为现有带光学透镜的直下式背光模组的工作原理示意图；

图4为现有技术中的底面为曲面结构的光学透镜的结构示意图；

图5为本发明散热光学透镜的工作原理示意图；

图6为本发明实施例1的散热光学透镜的底部结构示意图；

图7为本发明实施例2的散热光学透镜的底部结构示意图；

图8为本发明实施例2的散热光学透镜的正视结构示意图；

图9为本发明实施例2的散热光学透镜图8中A处的局部结构放大示意图；

图10为本发明实施例3的散热光学透镜的底部结构示意图。

具体实施方式

如图5-10之一所示，本发明大角度扩散的散热光学透镜1，沿中心轴2旋转对称，设于光源3上方，散热光学透镜1中心与光源3中心位于同一轴线上，所述散热光学透镜1包括内凹的环状底面4、与环状底面4外圆连接的弧形的出光面5和与环状底面4内圆连接的中部弧状凹形的入光面6，所述环状底面4上设有一个以上的散热槽7。

所述散热槽7为一个，散热槽7一端与入光面6相连，另一端与出光面5相连，且在环状底面4的内凹处断开并由环状底面4相连。

所述设置在环状底面4上的散热槽7为两个以上，散热槽7关于环状底面4中心成辐射状分布，散热槽7一端与入光面6相连，另一端与出光面5相连，且散热槽7在环状底面4的内凹处断开并由环状底面4相连。

所述设置在环状底面4上的散热槽7为两个以上，且散热槽7为并列平行分布。

所述并列平行分布的散热槽7中的部分散热槽深度小于对应内凹处的深度时，该部分散热槽在该内凹处断开，并由内凹处的环状底面4连接，所述并列平行分布的散热槽7中的部分散热槽深度大于或等于对应内凹处的深度时，该部分散热槽为通槽结构。

所述散热光学透镜1入光面6的高度大于其环状底面4宽度，出光面5的高度小于其环状底面4的宽度；

当以散热光学透镜中心轴2为y轴，以与中心轴2垂直且过环状底面4最低点的直线为x轴，x轴与y轴的交点为起始点时，

出光面5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6过中心轴截面的曲线的点坐标(x,y)满足：x²+y²的值随|x|的增加而减小；

环状底面4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，当增大到环状底面4的最高点后，y随|x|的增加而减少。

所述出光面5中心设有一内凹面、平面或凸面。

所述散热光学透镜1为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃材料成型。

所述光源3为LED光源。

所述散热光学透镜1应用于背光模组中。

实施例1 

如图5或6所示，实际使用时，光源3的部分电能转化为光能，其部分光线a经过入光面6时向外折射，经过出光面5时再次向外折射，达到光扩散的目的。部分光线b到达出光面时发生反射，至环状底面4时，由于曲面结构的影响光线向远离散热光学透镜的中心轴2的方向反射,可降低散热光学透镜中心轴2附近的光强，并使中心轴2附近光源3接收面上的光均匀分布。

本发明的散热光学透镜的环状底面4带散热结构。并且区别于以往的底面为平面的透镜，由于此透镜的环状底面4为具有内凹的曲面设计，所以在内凹的曲面处可以使散热槽7为断开状，也即使散热槽7在环状底面4的内凹的曲面处间断，内凹的曲面连接散热槽7的断开的两部分，利用内凹的曲面充当散热槽7散热的作用，其大大减少了以往底面为平面的透镜因设置散热槽而导致的光分布不均匀的问题。光源3的部分电能转化为热能，由于在环状底面4上设有散热槽7，产生的热可以经由散热槽7和曲面底面4向外扩散。热传导路径为：光源3产生热→断开的散热槽7中靠近光源3的散热槽部分71→内凹的曲面→断开的散热槽7中远离光源3的散热槽部分72→透镜外部。

实施例2

如图7所示，本实施例的散热光学透镜1的散热槽7为多个并列平行分布，当其实际使用中，由于热流动热性为从下往上流动，所以散热槽7的朝向为地侧与天侧方向设置。散热槽的数量可根据实际使用光源的热学特性进行调整。为了使散热效果更好，可以尽可能的设置多个散热槽7。

如图7至图9之一所示，所述并列平行分布的散热槽7中的部分散热槽深度H2小于对应内凹处的深度h2时，该部分散热槽在该内凹处断开，并由内凹处的环状底面4连接。如散热槽701；当然当并列平行分布的散热槽7中的部分散热槽深度H1大于或等于对应内凹处的深度h1时，该部分散热槽在该内凹处也是连通的，也即整个散热槽是连通结构。如散热槽702。

实施例3

如图10所示，本实施例的散热光学透镜1的散热槽7关于环状底面4中心成辐射状分布，散热效果比较好。散热槽的数量可根据实际使用光源的热学特性进行调整。为了使散热效果更好，可以尽可能的设置多个散热槽7。

Claims (10)

1.大角度扩散的散热光学透镜，沿中心轴旋转对称，设于光源上方，散热光学透镜中心与光源中心位于同一轴线上，所述散热光学透镜包括内凹的环状底面、与环状底面外圆连接的弧形的出光面和与环状底面内圆连接的中部弧状凹形的入光面，底面为与弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面，其特征在于：所述环状底面上设有至少一个散热槽。

2.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述散热槽为一个，散热槽一端与入光面相连，另一端与出光面相连，且在环状底面的内凹处断开并由环状底面相连。

3.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述设置在环状底面上的散热槽为两个以上，散热槽关于环状底面中心成辐射状分布，散热槽一端与入光面相连，另一端与出光面相连，且散热槽在环状底面的内凹处断开并由环状底面相连。

4.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述设置在环状底面上的散热槽为两个以上，且散热槽为并列平行分布。

5.根据权利要求4所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述并列平行分布的散热槽中的散热槽深度小于对应内凹处的深度时，该部分散热槽在该内凹处断开，并由内凹处的环状底面连接，所述并列平行分布的散热槽中的散热槽深度大于或等于对应内凹处的深度时，该部分散热槽为通槽结构。

6.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述散热光学透镜入光面的高度大于其环状底面宽度，出光面的高度小于其环状底面的宽度；

当以散热光学透镜中心轴为y轴，以与中心轴垂直且过环状底面最低点的直线为x轴，x轴与y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|x|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|x|的增加而减小；

环状底面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，当增大到环状底面的最高点后，y随|x|的增加而减少。

7.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述出光面中心设有一内凹面、平面或凸面。

8.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述散热光学透镜为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃材料成型。

9.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述光源为LED光源。

10.根据权利要求1所述的大角度扩散的散热光学透镜，其特征在于：所述散热光学透镜应用于背光模组中。

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