CN104317100A - 一种发光器件及背光源 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种发光器件及背光源，涉及显示技术领域，改善了现有技术中发光器件的出光角度小以及发光器件应用于背光源显示屏幕亮度不均匀的问题。一种发光器件，包括发光二极管及光学透镜，光学透镜包括光入射面及光出射面，光入射面包括第一光入射面和第二光入射面，第一光入射面和第二光入射面上所有点分别到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值分别属于[0.5，0.7]和[0.683，0.695]；光出射面包括第一光出射面和第二光出射面，第一光出射面和第二光出射面上所有点分别到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值分别属于[0.771，0.913]和[0.883，0.921]。

Description

一种发光器件及背光源
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种发光器件及背光源。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)已广泛应用于手机、电脑、电视等具有显示功能的电子产品上。众所周知，液晶显示器需要背光源才能实现显示。而发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有体积小、功耗低、使用寿命长、色域宽广等特点，已成为液晶显示器背光源的主流光源。但由于发光二极管具有发光角度小、均匀性差等固有缺点，应用发光二极管形成的背光源具有显示亮度不均等问题。
为了解决发光二极管发光角度小、均匀性差的固有缺点，现有技术一般通过在发光二极管上增加光学透镜，以增大发光二极管的发光角度以及实现匀光的目的。如图1所示，为现有技术中的一种发光器件100，包括发光二极管10、基板20及光学透镜30，其中，光学透镜30包括一半球形凹槽的光入射面31和一光出射面32，发光二极管10位于光学透镜30的半球状凹槽中，光学透镜30的光出射面32包括第一光出射面32a和第二光出射面32b。此种结构的发光器件虽然通过光学透镜增大了发光二极管发光角度和均匀性，但发光二极管发出的光经光学透镜偏转后会导致近轴区域过亮，发光器件应用于背光源，显示屏幕上容易产生亮点；此外，该发光器件的入射角越大，出射角与入射角的比值就越小，且当入射角大于半功率角时，入射角等于出射角，易产生亮环。
如图2所示，为现有技术中的另一种发光器件100，该发光器件100的光学透镜30的光入射面31包括第一光入射面31a和第二光入射面31b，光学透镜30的光出射面32分为第一光出射面32a、第二光出射面32b和第三光出射面32c。该光学透镜分别对光入射面和光出射面进行分段设计，一定程度上实现了匀光，但如图3所示，该发光器件的照度曲线图中，在约10mm～50mm区域照度值起伏过多，在50mm以上区域照度值下降过陡，这必然导致显示屏幕存在明暗不均的圆环条纹；并且，如图4所示，从该发光器件的极坐标光强分布图中可以看出，其出光角仅为140度，光扩散范围小。
发明内容
本发明的实施例提供一种发光器件及背光源，改善了现有技术中发光器件的出光角度小，以及发光器件应用于背光源，显示屏幕出现亮点、亮环等亮度不均匀的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供了一种发光器件，包括发光二极管以及光学透镜，所述发光二极管包括发光面，所述光学透镜为旋转对称体，设置于所述发光二极管的上方，所述光学透镜包括光入射面及光出射面，所述光入射面包括凹面，所述光出射面包括凸面；在所述光学透镜的对称轴经过所述发光二极管的发光面的中心点的情况下：
所述凹面包括相接的第一光入射面和第二光入射面，其中，所述第一光入射面经过所述光学透镜的对称轴，所述第一光入射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.5到0.7的闭区间；所述第二光入射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.683到0.695的闭区间；
所述凸面包括相接的第一光出射面和第二光出射面，其中，所述第一光出射面经过所述光学透镜的对称轴，所述第一光出射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.771到0.913的闭区间；所述第二光出射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.883到0.921的闭区间。
另一方面，提供了一种背光源，包括上述任一项所述的发光器件。
本发明实施例提供了一种发光器件及背光源，本发明实施例通过将光学透镜的入射面设置成凹面，且根据光入射面上所有点到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值的不同将凹面分为第一光入射面和第二光入射面，且第一光入射面的曲率迅速递减，第二光入射面的曲率缓慢递减，进而实现近轴区域的光经过第一光入射面后偏折角度比较大，离轴区域的光经过第二光入射面后偏折角度较小，这样近轴区域的光被打散，离轴区域的光分布均匀，从而使得光强分布趋于均匀；同时将光学透镜的出射面设置成凸面，且根据光出射面上所有点到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值的不同，将凸面至少分为第一光出射面和第二光出射面，且第一光出射面的曲率迅速递减，第二光出射面的曲率缓慢递减，进而实现近轴区域的光经过第一光出射面后偏折角度比较大，离轴区域的光经过第二光出射面后偏折角度较小，这样光经过第一光出射面和第二光出射面后，近轴区域的光被更进一步打散，离轴区域的光分布更为均匀且扩散范围增大，进而使得光强分布趋于均匀、出光角增大，从而改善了现有技术中发光器件的出光角度小，以及发光器件应用于背光源，显示屏幕出现亮点、亮环等亮度不均匀的问题。
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附图。
图1为现有技术中提供的一种发光器件的结构示意图；
图2为现有技术中提供的另一种发光器件的结构示意图；
图3为图2提供的发光器件的照度曲线图；
图4为图2提供的发光器件的光强分布图；
图5为本发明实施例提供的一种发光器件的示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种发光器件的示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种发光器件的示意图；
图8为图7中与对称轴成接近90°夹角的光线入射到向内的倾斜面后发生反射的光路示意图；
图9为本发明实施例提供的一种发光器件的底面上的支撑脚的示意图；
图10为图6中光出射面和光入射面上的曲率变化示意图；
图11为图6的发光器件照射在距反射面25mm处与反射面平行的接收面的照度曲线图；
图12为图6的发光器件照射在距反射面25mm处与反射面平行的接收面的光强分布图；
图13为本发明实施例提供的一种背光源的示意图。
附图标记：
10-发光二极管；100-发光器件；101-发光面；11-对称轴；20-基板；30-光学透镜；31-光入射面；31a-第一光入射面；31b-第二光入射面；32-光出射面；32a-第一光出射面；32b-第二光出射面；32c-第三光出射面；322-直线面；323-倾斜面；33-底面；330-支撑脚；34-反射片；41-第一夹角；42-第二夹角；43-第三夹角；44-第四夹角；51-第一距离；52-第二距离；53-第三距离；54-第四距离。
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。
需要说明的是，本发明实施例中，光学透镜的光入射面即光经过该面进入到光学透镜，同理，光出射面即光经过该面发出，离开光学透镜。
本发明实施例提供了一种发光器件100，如图5所示，该发光器件包括发光二极管10以及光学透镜30，发光二极管10包括发光面101，光学透镜30为旋转对称体，设置于发光二极管10的上方，光学透镜30包括光入射面31及光出射面32，光入射面31包括凹面，光出射面32包括凸面。
如图5所示，在光学透镜30的对称轴11经过发光二极管10的发光面101的中心点的情况下：凹面包括相接的第一光入射面31a和第二光入射面32b，其中，第一光入射面31a经过光学透镜30的对称轴11，第一光入射面31a上所有点到发光面101的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.5到0.7的闭区间；第二光入射面32b上所有点到发光面101的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.683到0.695的闭区间；
如图5所示，凸面包括相接的第一光出射面32a和第二光出射面32b，其中，第一光出射面32a经过光学透镜30的对称轴11，第一光出射面32a上所有点到发光面101的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.771到0.913的闭区间；第二光出射面32b上所有点到发光面101的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.883到0.921的闭区间。
其中，如图5所示，第一光入射面31a上任意一点与发光面101的中心点的连线，与光学透镜30的对称轴11形成第一夹角41，第一夹角41不大于30°；第二光入射面31b上任意一点与发光面101的中心点的连线，与光学透镜30的对称轴11形成第五夹角(图中未示出)，第五夹角不大于90°；第一光出射面32a上任意一点与发光面101的中心点的连线，与光学透镜30的对称轴11形成第二夹角42，第二夹角42不大于42°；第二光出射面32b上任意一点与发光面101的中心点的连线，与光学透镜30的对称轴11形成第三夹角43，第三夹角43不大于51°。
上述发光器件中，对称轴与光轴重合的光学透镜由经过对称轴的截面旋转一圈形成，这样形成的光学透镜为旋转对称体；该光学透镜设置于发光二极管的上方，以对发光二极管的发光面发出的光进行方向控制，具体可以是如图5所示，光学透镜30置于发光二极管10的发光面101的上方；还可以是如图1所示，发光二极管10置于光学透镜30内等。本发明实施例及附图以光学透镜置于发光二极管的发光面的上方为例进行详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中，光入射面包括凹面，即相对于光学透镜而言，光学透镜凹进部分的表面为光入射面，该光入射面可以是凹面；光出射面包括凸面，即相对于光学透镜而言，光学透镜凸出部分的表面为光出射面，该光出射面可以是凸面。
进一步需要说明的是，本发明实施例中并不对光学透镜的对称轴是否经过发光二极管的发光面的中心点加以限定，即光学透镜的对称轴可以经过发光二极管的发光面的中心点，也可以不经过发光二极管的发光面的中心点。只要将发光二极管设置于其发光面的中心点在光学透镜的对称轴上的位置，光学透镜满足上述光入射面和光出射面的条件即可。本发明实施例仅以光学透镜的对称轴经过发光二极管的发光面的中心点的情况为例详细说明。
更进一步需要说明的是，在发光面的中心点与光入射面上任意一点的连线，与对称轴形成的第一夹角有三种情况，即第一夹角是锐角、直角或者钝角，本发明实施例中，第一夹角是锐角。同理，第二夹角、第三夹角也是锐角，具体不再赘述。
另外，第一夹角不大于30°；第二光入射面上任意一点与发光面的中心点的连线，与光学透镜的对称轴形成第五夹角(图中未示出)，第五夹角不大于90°。由于光入射面上第一光入射面和第二光入射面相接，则第一夹角和第五夹角是连续的，例如当第一夹角为a°(a≤30)时，则第五夹角的取值范围为(a°，90°]；第二夹角不大于42°，第三夹角不大于51°，由于第一光出射面和第二光出射面相接并且，则第二夹角和第三夹角的角度是连续的，例如当第二夹角为b°(n≤42)时，则第五夹角的取值范围为(b°，51°]。具体的，例如，第二夹角的最大值为42°，则第三夹角的取值范围为(42°，51°]；若第二夹角的最大值为32°，则第三夹角的取值范围为(32°，51°]。
本发明实施例提供了一种发光器件，通过将光学透镜的入射面设置成凹面，且根据光入射面上所有点到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值的不同将凹面分为第一光入射面和第二光入射面，且第一光入射面的曲率迅速递减，第二光入射面的曲率缓慢递减，进而实现近轴区域的光经过第一光入射面后偏折角度比较大，离轴区域的光经过第二光入射面后偏折角度较小，这样近轴区域的光被打散，离轴区域的光分布均匀，从而使得光强分布趋于均匀；同时将光学透镜的出射面设置成凸面，且根据光出射面上所有点到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值的不同，将凸面至少分为第一光出射面和第二光出射面，且第一光出射面的曲率迅速递减，第二光出射面的曲率缓慢递减，进而实现近轴区域的光经过第一光出射面后偏折角度比较大，离轴区域的光经过第二光出射面后偏折角度较小，这样光经过第一光出射面和第二光出射面后，近轴区域的光被更进一步打散，离轴区域的光分布更为均匀且扩散范围增大，进而使得光强分布趋于均匀、出光角增大，从而改善了现有技术中发光器件的出光角度小，以及发光器件应用于背光源，显示屏幕出现亮点、亮环等亮度不均匀的问题。
进一步的，为了更进一步增大光的扩散范围，如图5所示，凸面还包括与第二光出射面32b相接的第三光出射面32c，第三光出射面32c上任意一点与发光面101的中心点的连线，与光学透镜30的对称轴11形成第四夹角44，第三光出射面32c的曲率随第四夹角44的增大而增大，其中，第四夹角44不大于90°。需要说明的是，第三夹角和第四夹角，与上述第二夹角和第三夹角的情况相同，也是连续的，具体的，例如，第三夹角的最大值为51°，则第四夹角的取值范围为(51°，90°]。
可选的，为了易于光学透镜的加工，凹面和/或凸面为二次曲面，或者多项式面。即凹面可以为二次曲面或多项式面，和/或，凸面可以为二次曲面或多项式面。
具体的，二次曲面可以采用方程式(1)表示，
z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2 , r 2 = x 2 + y 2 - - - ( 1 )
其中，z为光学透镜的光学面上任一点沿光轴方向到光学透镜中心点切平面的距离，k为二次曲面常数，表示二次曲面的面型特性，如k为0则该方程式表示球面、k为(-1，0)之间的任一值则该方程式表示椭球面、k为-1则该方程式表示抛物面、k为(-∞，-1)之间的任一值则该方程式表示双曲面等，c为二次曲面顶点的曲率，r为光学透镜的光学面上任一点沿垂直光轴的方向到光轴的距离。
多项式面可以采用方程式(2)表示，
z = cr 2 1 + 1 - ( 1 + k ) c 2 r 2 + Σ i = 2 n C i r i - - - ( 2 )
其中，z为光学透镜的光学面上任一点沿光轴方向到光学透镜中心点切平面的距离，k为二次曲面常数，表示二次曲面的面型特性，如球面、椭球面、抛物面、双曲面等，c为二次曲面的曲率，r为光学透镜的光学面上任一点沿垂直光轴的方向到光轴的距离，Ci为修正系数。
需要说明的是，多项式方程式中，i可以只取偶数的任意几项，具体的，例如i＝4、6、8，或者奇数的任意几项，具体的，例如i＝3、5、7，或者自然数的任意几项，具体的，例如i＝3、4、5、6、7。i值取得越多，则可以更精细的调整光学透镜的细节，但是i值取得越多也会增加光学透镜的加工难度。本发明实施例不作具体限定，以实际要求为准。
进一步需要说明的是，上述方程式(1)和(2)中各参数的选取以实际需要为准，只要满足上述光学透镜对于光入射面和光出射面的要求即可，具体这里不作限定。另外，光入射面包括第一光入射面和第二光入射面，第一光入射面和第二光入射面可以为同一面型，即采用相同的曲面方程形成；而光出射面包括第一光出射面、第二光出射面和第三光出射面，其中第一光出射面和第二光出射面可以为同一面型，第三光出射面与第二光出射面的面型可以相同，也可以不同。
可选的，如图6-7所示，光出射面32还包括与第三光出射面32c相接的直线面322或向内的倾斜面323。
其中，如图6所示，直线面322是由与光学透镜的对称轴11平行的直母线旋转一周形成，使得光学透镜更容易加工制作。
如图7所示，向内的倾斜面323的母线延长线与光学透镜的对称轴11相交，且由斜母线旋转一周形成，向内的倾斜面323在垂直于对称轴11的平面上的投影位于凸面在垂直于对称轴11的平面的投影区域内，即该向内的倾斜面323是向光学透镜内部倾斜。
进一步优选的，向内的倾斜面设置有反射片。如图8所示，向内的倾斜面可以使与对称轴成接近90°夹角的光线发生反射，进而从发光透镜的光出射面射出，使与对称轴成接近90°夹角的光线得到了充分利用，提高了发光二极管的利用效率。
可选的，为了保证光学透镜的加工精度和满足薄型化要求，如图6所示，光入射面31与光学透镜的对称轴11的交点到光出射面32与光学透镜的对称轴11的交点的距离为第一距离51，0.5mm≤第一距离≤1.5mm；若第一距离51小于0.5mm，则光学透镜加工难度高，若第一距离51大于1.5mm，则不能满足光学透镜的薄型化要求。
可选的，为了降低成本和提高光学透镜的利用效率，如图6所示，光出射面32上任一点到光学透镜的对称轴11的最大距离为第二距离52，6.5mm≤第二距离≤8.5mm。
可选的，如图6所示，发光器件100还包括基板20，发光二极管10固定在基板20上，为了满足发光器件的散热及稳定性要求，光学透镜到基板20的最小距离为第三距离53，0.2mm≤第三距离≤1mm。
另外，如图6所示，基板20可以在固定发光二极管10的一侧设置有反射片34，其中，反射片34可以是设置于光学透镜在基板20的投影区域以外的区域，能够将射向基板20的光反射出去，从而提高发光二极管10的利用效率。
可选的，如图6所示，发光器件100还包括基板20，发光二极管10固定在基板20上，为了满足发光器件的薄型化要求，光出射面32上任一点到基板20的距离为第四距离54，第四距离≤6.5mm。
需要说明的是，为了使光学透镜易于加工和固定，如图6-7所示，光学透镜还可以包括连接光出射面32和光入射面31的底面33，其中，底面33可以为磨砂结构面，更有利于加工。本发明实施例对此并不限定，仅以光学透镜还包括底面为例进行详细说明。
进一步需要说明的是，如图5-7所示，光学透镜置于发光二极管10的发光面101的上方，光学透镜的底面33上还可以设置三个在底面上均匀分布的支撑脚330，用以支撑光学透镜，使光学透镜与发光二极管10间隔一定空间，以有利于在发光二极管10长时间发光的情况下进行散热，其中该空间中可以填充折射率低于光学透镜的介质，例如空气、透明硅胶等材料。具体发光器件可以是包括三个支撑脚330，且具体可以是如图9所示以圆周阵列的方式排布。当然，本发明实施例对支撑脚的个数以及排列方式不作具体限定，仅以图9所示的为例进行详细说明。
下面，以发光器件的光学透镜的对称轴经过发光二极管的发光面的中心点为例，详细说明本发明实施例所提供的发光器件。
如图6所示，该发光器件100包括基板20、固定在基板20上的发光二极管10及光学透镜，基板20在固定发光二极管10的一侧设置有反射片34，发光二极管10包括发光面101，设置于发光二极管10上方的光学透镜为旋转对称体，光学透镜包括光入射面31、光出射面32、连接光入射面31和光出射面32的底面33，光入射面31包括凹面，凹面包括相接的第一光入射面31a和第二光入射面31b，光出射面32包括凸面和直线面322，凸面包括相接的第一光出射面32a、第二光出射面32b和第三光出射面32c，其中，第一光出射面32a靠近光学透镜30的对称轴11，第三光出射面32c连接第二光出射面32b和直线面322，直线面322与底面33相连。
结合图10，发光面101的中心点与第一光入射面31a上任意一点的连线，与对称轴11形成第一夹角41，第一光入射面31a的曲率随第一夹角41的增大而迅速减小；发光面101的中心点与第二光入射面31b上任意一点的连线，与对称轴11形成第五夹角(图中未示出)，第五夹角不大于51°。第二光入射面31b的曲率则缓慢减小；发光面101的中心点与第一光出射面32a上任意一点的连线，与对称轴11形成第二夹角42，第一光出射面32的曲率随第二夹角42的增大而迅速减小；发光面101的中心点与第二光出射面32b上任意一点的连线，与光学透镜的对称轴11形成第三夹角43，第三夹角43不大于51°，第二光出射面32b上的曲率则随第三夹角43的增大而缓慢减小；发光面101的中心点与第三光出射面32c上任意一点的连线，与光学透镜的对称轴11形成第四夹角44，第三光出射面32c的曲率随第四夹角44的增大而增大，其中，第四夹角44不大于90°。
需要说明的是，图10只是示意性的绘示出了光出射面和光入射面上的曲率变化情况，线段越长则表示曲率越大，光出射面和光入射面上的曲率值以实际计算值为准。
如图6所示，光入射面31与光学透镜的对称轴11的交点到光出射面32与光学透镜的对称轴11的交点的距离(即第一距离51)是0.70mm，光出射面32上任一点光学透镜的对称轴11的最大距离(即第二距离52)是7.80mm，底面33到基板20的最小距离(即第三距离53)是0.60mm，光出射面32上任一点到基板20的距离(即第四距离54)是5.47mm。
其中，底面可以为磨砂结构面，光学透镜的材料可以为玻璃或透明树脂，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。
如图6所示，光入射面31为二次曲面，曲面系数k为-0.979，二次曲面的曲率c为0.44；第一光出射面31a和第二光出射面31b为二次曲面，曲面系数为-23.046，二次曲面的曲率c为9.43；第三光出射面31c为多项式面，曲面系数为2.532，二次曲面的曲率c为14.567，多项式项中取i＝4、6、8，其中4阶修正系数为4.03e-5,6阶修正系数为-1.557e-7，8阶修正系数为-1.908e-8。
在未加扩散、增透膜等光学膜片/板的情况下，本发明实施例提供的发光器件照射在距反射面25mm处与反射面平行的接收面的照度曲线图如图11所示，相比图3所示的照度曲线图，本发明实施例提供的发光器件的照度曲线图在约10mm～50mm区域照度值过渡平缓，没有过多起伏。
在上述相同条件下，本发明实施例提供的发光器件的光强分布图如图12所示，峰值光强分布角已达到75°，则出光角为150°，远超过现有技术能达到的出光角，例如图4提供的140°。
本发明实施例提供了一种发光器件，通过将光学透镜的入射面设置成凹面，且根据光入射面上所有点到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值的不同将凹面分为第一光入射面和第二光入射面，且第一光入射面的曲率迅速递减，第二光入射面的曲率缓慢递减，进而实现近轴区域的光经过第一光入射面后偏折角度比较大，离轴区域的光经过第二光入射面后偏折角度较小，这样近轴区域的光被打散，离轴区域的光分布均匀，从而使得光强分布趋于均匀；同时将光学透镜的出射面设置成凸面，且根据光出射面上所有点到发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值的不同，将凸面至少分为第一光出射面和第二光出射面，且第一光出射面的曲率迅速递减，第二光出射面的曲率缓慢递减，进而实现近轴区域的光经过第一光出射面后偏折角度比较大，离轴区域的光经过第二光出射面后偏折角度较小，这样光经过第一光出射面和第二光出射面后，近轴区域的光被更进一步打散，离轴区域的光分布更为均匀且扩散范围增大，进而使得光强分布趋于均匀、出光角增大，从而改善了现有技术中发光器件的出光角度小，以及发光器件应用于背光源，显示屏幕出现亮点、亮环等亮度不均匀的问题。
一种背光源，包括上述任一项所述的发光器件。该背光源可以为液晶显示器以及包括液晶显示器的电视、数码相机、手机、平板电脑等产品或者部件提供光源。
具体地，如图13所示，背光源可以由矩阵排布的发光器件100组成，本发明实施例对组成背光源的发光器件的个数和排列方式不加限定，仅以此矩阵排布形成的背光源为例进行说明。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种发光器件，包括发光二极管以及光学透镜，所述发光二极管包括发光面，所述光学透镜为旋转对称体，设置于所述发光二极管的上方，所述光学透镜包括光入射面及光出射面，其特征在于，所述光入射面包括凹面，所述光出射面包括凸面；在所述光学透镜的对称轴经过所述发光二极管的发光面的中心点的情况下；
所述凹面包括相接的第一光入射面和第二光入射面，其中，所述第一光入射面经过所述光学透镜的对称轴，所述第一光入射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.5到0.7的闭区间；所述第二光入射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.683到0.695的闭区间；
所述凸面包括相接的第一光出射面和第二光出射面，其中，所述第一光出射面经过所述光学透镜的对称轴，所述第一光出射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.771到0.913的闭区间；所述第二光出射面上所有点到所述发光面的中心点的距离中的距离最小值与距离最大值的比值属于0.883到0.921的闭区间。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一光入射面上任意一点与所述发光面的中心点的连线，与所述光学透镜的对称轴形成第一夹角，所述第一夹角不大于30°。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第二光入射面上任意一点与所述发光面的中心点的连线，与所述光学透镜的对称轴形成第五夹角，所述第五夹角不大于90°。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第一光出射面上任意一点与所述发光面的中心点的连线，与所述光学透镜的对称轴形成第二夹角，第二夹角不大于42°。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述第二光出射面上任意一点与所述发光面的中心点的连线，与所述光学透镜的对称轴形成第三夹角，所述第三夹角不大于51°。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述凸面还包括与所述第二光出射面相接的第三光出射面，所述第三光出射面上任意一点与所述发光面的中心点的连线，与所述光学透镜的对称轴形成第四夹角，所述第三光出射面的曲率随所述第四夹角的增大而增大，其中，所述第四夹角不大于90°。
7.根据权利要求6所述的发光器件，其特征在于，所述光出射面还包括与所述第三光出射面相接的直线面或向内的倾斜面，其中，所述直线面的直母线与所述光学透镜的对称轴平行，所述向内的倾斜面的母线延长线与所述光学透镜的对称轴相交。
8.根据权利要求1-7任一项所述的发光器件，其特征在于，所述光入射面与所述光学透镜的对称轴的交点到所述光出射面与所述光学透镜的对称轴的交点的距离为第一距离，0.5mm≤第一距离≤1.5mm。
9.根据权利要求1-7任一项所述的发光器件，其特征在于，所述光出射面上任一点到所述光学透镜的对称轴的最大距离为第二距离，6.5mm≤第二距离≤8.5mm。
10.根据权利要求1-7任一项所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件还包括基板，所述发光二极管固定在所述基板上，所述光学透镜到所述基板的最小距离为第三距离，0.2mm≤第三距离≤1mm。
11.根据权利要求1-7任一项所述的发光器件，其特征在于，所述发光器件还包括基板，所述发光二极管固定在所述基板上，所述出射面上任一点到所述基板的距离为第四距离，第四距离≤6.5mm。
12.一种背光源，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的发光器件。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104880761A (zh) * 2015-06-02 2015-09-02 徐平 一种集成微光学导光板及模组
TWI579504B (zh) * 2015-11-19 2017-04-21 財團法人工業技術研究院 發光裝置
CN106939976A (zh) * 2016-01-05 2017-07-11 Hl光学株式会社 不对称光扩散镜片
CN107620897A (zh) * 2017-09-29 2018-01-23 江苏创佳照明股份有限公司 隐藏式照明装置
CN107816701A (zh) * 2017-01-20 2018-03-20 佛山市中山大学研究院 一种具有非平滑曲线的直下式背光透镜
WO2018094879A1 (zh) * 2016-11-23 2018-05-31 深圳市明智塑胶制品有限公司 一种椭球面广角背光源透镜
CN110488535A (zh) * 2019-01-30 2019-11-22 友达光电股份有限公司 光源组件及使用其的背光模块

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI618890B (zh) * 2015-05-04 2018-03-21 鴻海精密工業股份有限公司 光學透鏡
TWI610470B (zh) * 2016-06-13 2018-01-01 隆達電子股份有限公司 發光二極體晶片級封裝結構、直下式背光模組及發光裝置的製造方法
CN109147605B (zh) * 2018-10-16 2021-12-03 Tcl通力电子（惠州）有限公司 标识结构和电子装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011024641A1 (ja) * 2009-08-25 2011-03-03 日東光学株式会社 光学素子および発光装置
CN102369390A (zh) * 2010-02-02 2012-03-07 松下电器产业株式会社 面光源装置和液晶显示器装置及透镜
CN202303188U (zh) * 2011-06-14 2012-07-04 上海蓝光科技有限公司 Led光源的透镜结构及其应用的led封装体
US20120268950A1 (en) * 2011-04-22 2012-10-25 Parkyn William A Wide-Angle Non-Imaging Illumination Lens Arrayable for Close Planar Targets
CN103322504A (zh) * 2012-03-19 2013-09-25 郎欢标 用于平面液晶显示的led背光系统的二次光学透镜

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4489843B2 (ja) * 2008-08-07 2010-06-23 パナソニック株式会社 照明用レンズおよびそれを用いた発光装置、面光源、液晶ディスプレイ装置
TWI377709B (en) * 2011-10-18 2012-11-21 E Pin Optical Industry Co Ltd Led lens and light source device using the same
TW201235707A (en) * 2011-12-14 2012-09-01 E Pin Optical Industry Co Ltd LED lens and light emitting device using the same
US9065026B2 (en) * 2013-08-07 2015-06-23 GE Lighting Solutions, LLC Lens element for distributing light with a uniform intensity distribution and lighting device comprised thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011024641A1 (ja) * 2009-08-25 2011-03-03 日東光学株式会社 光学素子および発光装置
CN102369390A (zh) * 2010-02-02 2012-03-07 松下电器产业株式会社 面光源装置和液晶显示器装置及透镜
US20120268950A1 (en) * 2011-04-22 2012-10-25 Parkyn William A Wide-Angle Non-Imaging Illumination Lens Arrayable for Close Planar Targets
CN202303188U (zh) * 2011-06-14 2012-07-04 上海蓝光科技有限公司 Led光源的透镜结构及其应用的led封装体
CN103322504A (zh) * 2012-03-19 2013-09-25 郎欢标 用于平面液晶显示的led背光系统的二次光学透镜

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104880761A (zh) * 2015-06-02 2015-09-02 徐平 一种集成微光学导光板及模组
TWI579504B (zh) * 2015-11-19 2017-04-21 財團法人工業技術研究院 發光裝置
CN106939976A (zh) * 2016-01-05 2017-07-11 Hl光学株式会社 不对称光扩散镜片
CN106939976B (zh) * 2016-01-05 2019-09-13 Hl光学株式会社 不对称光扩散镜片
WO2018094879A1 (zh) * 2016-11-23 2018-05-31 深圳市明智塑胶制品有限公司 一种椭球面广角背光源透镜
US10585309B2 (en) 2016-11-23 2020-03-10 Shenzhen Mingzhi Ultra Precision Technology Co., Ltd. Ellipsoid wide angle backlight lens
CN107816701A (zh) * 2017-01-20 2018-03-20 佛山市中山大学研究院 一种具有非平滑曲线的直下式背光透镜
CN107620897A (zh) * 2017-09-29 2018-01-23 江苏创佳照明股份有限公司 隐藏式照明装置
CN110488535A (zh) * 2019-01-30 2019-11-22 友达光电股份有限公司 光源组件及使用其的背光模块
CN110488535B (zh) * 2019-01-30 2022-02-11 友达光电股份有限公司 光源组件及使用其的背光模块

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