CN103245985A - 用于直下式液晶背光的led透镜 - Google Patents

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刘海生
刘龙辉
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Abstract

本发明公开了一种用于直下式液晶背光的LED透镜，包括底座、第一光学部位、第二光学部位，底座具有基底面、第一内侧面；第一光学部位包括外侧面以及内侧面，外侧面包括第一外侧面、与第一外侧面相连接的外凸面，内侧面包括第二内侧面、沿着第二内侧面的顶部四周向中心下陷形成的第一顶部凹面；第二光学部位包括第二外侧面、顶面、沿着顶面由四周向中心下陷形成的顶部凸面，顶部凸面的下端部具有下凹的第二顶部凹面；透镜的出光角度大，使得光斑较大且均匀，因此可以降低背光模组中LED的数量，且可以减小扩散板与LED之间的间距，继而减小背光模组的厚度，可以有效降低H/D值，使背光源更加轻薄，同时降低生产成本。

Description

用于直下式液晶背光的LED透镜
技术领域
本发明涉及一种LED透镜，特别涉及一种用于直下式液晶背光的LED透镜。
背景技术
传统的液晶显示器的冷阴极管（CCFL）背光源已经逐渐被发光二极管（LED）背光源所取代。但是与线光源冷阴极管不同，LED属于发出一定角度光束的点光源，用于直下式液晶显示器（LCD）背光源时，需要数百设置上千三基色LED排布成一定的阵列形成面光源，然后对液晶面板进行照明。
现有LED直下式液晶电视背光源多采在LED前加一透镜来，通过透镜对从LED出来的光进行二次配光，以减少背光模组厚度及LED的使用量，同时满足液晶的背光源对辉度及均一性的要求。目前市场上的直下式背光源LED透镜，光的出射角度较小，形成的光斑较小，LED间距为D，LED底部距扩散板为H，现有直下式液晶背光模组，H/D值一般在0.3左右，LED数量较多，背光模组厚度较大，因此其制造成本较高。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种用于直下式液晶背光的LED透镜，光的出射角度大，形成的光斑较大且均匀。
为了达到以上目的，本发明提供了一种用于直下式液晶背光的LED透镜，是由透明材料制成的轴对称实体，包括：由下向上依次设置的底座、第一光学部位、第二光学部位。
所述的底座具有基底面、围绕所述的基底面在竖直方向向上延伸形成内腔的第一内侧面，所述的第一内侧面为向下凸出的曲面，所述的内腔用于容纳LED发光部件；
所述的第一光学部位包括从所述的底座的上表面向竖直方向延伸的外侧面以及内侧面，所述的外侧面包括与所述的底座的上表面相连接的第一外侧面、与所述的第一外侧面相连接的外凸面，所述的内侧面包括与所述的第一内侧面相连通的第二内侧面、沿着所述的第二内侧面的顶部四周向中心下陷形成的第一顶部凹面，所述的第二内侧面与所述的第一外侧面以及所述的外凸面相配合；
所述的第二光学部位包括从所述的第一光学部位的外凸面向竖直方向延伸的第二外侧面、顶面、沿着所述的顶面由四周向中心下陷形成的顶部凸面，所述的顶部凸面的下端部具有下凹的第二顶部凹面；
所述的LED发光部件发出的光线包括光线a、光线b、光线c、光线d、光线e，其中光线a射到所述的第一顶部凹面上发生折射后传播至所述的第二顶部凹面后折射出透镜，光线b射到所述的第一顶部凹面上发生折射后传播至所述的顶部凸面，在所述的顶部凸面上发生内部全反射后射到所述的第二外侧面，最后由所述的第二外侧面折射出透镜，光线c射到所述的第二内侧面上发生折射后传播至所述的外凸面，在所述的外凸面上发生内部全反射后射到所述的第一内侧面上，在所述的第一内侧面上发生内部全反射后传播至所述的第一外侧面，由所述的第一外侧面折射出透镜，光线d射到所述的第二内侧面发生折射后传播至所述的外凸面，由所述的外凸面折射出透镜，光线e射到透镜的第二内侧面上发生折射后传播至所述的第一外侧面，由所述的第一外侧面折射出透镜。
作为优选地，所述的LED发光部件包括PCB板、设置于所述的PCB板上表面的LED光源，所述的PCB板的下表面位于所述的基底面的上方或者与所述的基底面相平行，所述的LED光源的出光面与所述的第二内侧面的下沿在同一平面上。
作为优选地，所述的第一外侧面、所述的第二外侧面，以及所述的第二内侧面均为旋转对称的自由曲面。
作为优选地，所述的顶部凸面的曲率半径大于所述的第一顶部凹面的曲率半径。 
作为优选地，所述的底座在水平面的投影大于所述的第一光学部位在水平面的投影，所述的第一光学部位在水平面的投影大于所述的第二光学部位在水平面的投影。
作为优选地，其由玻璃或光学树脂材料制成。
作为优选地，所述的底座、所述的第一光学部位、所述的第二光学部位一体成型。
作为优选地，所述的顶部凸面在水平面的投影小于所述的第二光学部位在水平面的投影。
由于采用了上述技术方案，使得采用本发明设计方案的有益效果在于：透镜的出光角度大，使得光斑较大且均匀，因此可以降低背光模组中LED的数量，且可以减小扩散板与LED之间的间距，继而减小背光模组的厚度，可以有效降低H/D值，使背光源更加轻薄，同时降低生产成本。
附图说明
附图1为根据本发明的用于直下式液晶背光的LED透镜的主视图；
附图2为根据本发明的用于直下式液晶背光的LED透镜的俯视图；
附图3为工作原理图；
附图4为辉度分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参见附图1至附图3所示，一种用于直下式液晶背光的LED透镜，是由透明材料制成的轴对称实体，透明材料为玻璃或光学树脂材料，其包括：由下向上依次设置的底座1、第一光学部位2、第二光学部位3，底座1、第一光学部位2、第二光学部位3一体成型；
底座1具有基底面、围绕基底面在竖直方向向上延伸形成内腔的第一内侧面A7，第一内侧面A7为向下凸出的曲面，内腔用于容纳LED发光部件，LED发光部件包括PCB板、设置于PCB板上表面的LED光源，PCB板的下表面与基底面相平行；
第一光学部位2包括从底座1的上表面向竖直方向延伸的外侧面以及内侧面，外侧面包括与底座1的上表面相连接的第一外侧面A6、与第一外侧面A6相连接的外凸面A5，内侧面包括与第一内侧面A7相连通的第二内侧面A1、沿着第二内侧面A1的顶部四周向中心下陷形成的第一顶部凹面A0，第二内侧面A1与第一外侧面A6以及外凸面A5相配合，LED光源的出光面位于第二内侧面A1的下方；
第二光学部位3包括从第一光学部位2的外凸面A5向竖直方向延伸的第二外侧面A4、顶面、沿着顶面由四周向中心下陷形成的顶部凸面A2，顶部凸面A2的下端部具有下凹的第二顶部凹面A3，第一外侧面A6、第二外侧面A4、第二内侧面A1均为旋转对称的自由曲面，顶部凸面A2的曲率半径大于第一顶部凹面A0的曲率半径。
如附图2所示，底座1在水平面的投影大于第一光学部位2在水平面的投影，第一光学部位2在水平面的投影大于第二光学部位3在水平面的投影，顶部凸面A2在水平面的投影小于第二光学部位3在水平面的投影。
以下结合附图3对本发明的原理进行阐述，LED发光部件发出的5条经典光线包括光线a、光线b、光线c、光线d、光线e，其中光线a射到第一顶部凹面A0上发生折射后传播至第二顶部凹面A3后折射出透镜，光线b射到第一顶部凹面A0上发生折射后传播至顶部凸面A2，在顶部凸面A2上发生内部全反射后射到第二外侧面A4，最后由第二外侧面A4折射出透镜，光线c射到第二内侧面A1上发生折射后传播至外凸面A5，在外凸面A5上发生内部全反射后射到第一内侧面A7上，在第一内侧面A7上发生内部全反射后传播至第一外侧面A6，由第一外侧面A6折射出透镜，光线d射到第二内侧面A1发生折射后传播至外凸面A5，由外凸面A5折射出透镜，光线e射到透镜的第二内侧面A1上发生折射后传播至第一外侧面A6，由第一外侧面A6折射出透镜。
如附图4所示，本发明的透镜的辉度及均一性较好，且其光斑较大，因此使用本发明的背光模组可以减少LED的使用量，且能够减小LED距扩散板之间的间距，即减小背光模组的厚度，32寸背光模组中LED个数：18颗 ，LED间距D=115mm，LED底部距扩散板高度H=19mm。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于，是由透明材料制成的轴对称实体，包括：由下向上依次设置的底座、第一光学部位、第二光学部位；
所述的底座具有基底面、围绕所述的基底面在竖直方向向上延伸形成内腔的第一内侧面，所述的第一内侧面为向下凸出的曲面，所述的内腔用于容纳LED发光部件；
所述的第一光学部位包括从所述的底座的上表面向竖直方向延伸的外侧面以及内侧面，所述的外侧面包括与所述的底座的上表面相连接的第一外侧面、与所述的第一外侧面相连接的外凸面，所述的内侧面包括与所述的第一内侧面相连通的第二内侧面、沿着所述的第二内侧面的顶部四周向中心下陷形成的第一顶部凹面，所述的第二内侧面与所述的第一外侧面以及所述的外凸面相配合；
所述的第二光学部位包括从所述的第一光学部位的外凸面向竖直方向延伸的第二外侧面、顶面、沿着所述的顶面由四周向中心下陷形成的顶部凸面，所述的顶部凸面的下端部具有下凹的第二顶部凹面；
所述的LED发光部件发出的光线包括光线a、光线b、光线c、光线d、光线e，其中光线a射到所述的第一顶部凹面上发生折射后传播至所述的第二顶部凹面后折射出透镜，光线b射到所述的第一顶部凹面上发生折射后传播至所述的顶部凸面，在所述的顶部凸面上发生内部全反射后射到所述的第二外侧面，最后由所述的第二外侧面折射出透镜，光线c射到所述的第二内侧面上发生折射后传播至所述的外凸面，在所述的外凸面上发生内部全反射后射到所述的第一内侧面上，在所述的第一内侧面上发生内部全反射后传播至所述的第一外侧面，由所述的第一外侧面折射出透镜，光线d射到所述的第二内侧面发生折射后传播至所述的外凸面，由所述的外凸面折射出透镜，光线e射到透镜的第二内侧面上发生折射后传播至所述的第一外侧面，由所述的第一外侧面折射出透镜。
2.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：所述的LED发光部件包括PCB板、设置于所述的PCB板上表面的LED光源，所述的PCB板的下表面位于所述的基底面的上方或者与所述的基底面相平行，所述的LED光源的出光面与所述的第二内侧面的下沿在同一平面上。
3.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：所述的第一外侧面、所述的第二外侧面，以及所述的第二内侧面均为旋转对称的自由曲面。
4.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：所述的顶部凸面的曲率半径大于所述的第一顶部凹面的曲率半径。
5.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：所述的底座在水平面的投影大于所述的第一光学部位在水平面的投影，所述的第一光学部位在水平面的投影大于所述的第二光学部位在水平面的投影。
6.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：其由玻璃或光学树脂材料制成。
7.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：所述的底座、所述的第一光学部位、所述的第二光学部位一体成型。
8.如权利要求1所述的用于直下式液晶背光的LED透镜，其特征在于：所述的顶部凸面在水平面的投影小于所述的第二光学部位在水平面的投影。
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