CN107191893A - 一种led光源用透镜及显示面板 - Google Patents

一种led光源用透镜及显示面板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED光源用透镜及显示面板，所述透镜用在采用高动态范围图像HDR技术的直下式背光系统中，透镜包括：底面、环绕底面在竖直方向延伸而形成的内围曲面和环绕在内围曲面外围的外围曲面，LED光源的光线依次经内围曲面和外围曲面后射出，射出的出光面为方形。通过上述方式，本发明所提供的实施方式能够提高HDR技术效果。

Description

一种LED光源用透镜及显示面板
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种LED光源用透镜及显示面板。
背景技术
LED(发光二极管)作为背光源应用于显示面板具有很大的优势，主要体现在亮度高、均匀性好、色域宽等方面。现有LED显示面板的背光源多采用LED前加一透镜的方式，通过透镜对从LED出来的光线进行二次分布，以满足背光源对辉度及均一性的要求。目前市场上背光源LED用透镜，其出光面大多为圆形。
HDR(高动态范围图像)技术近几年在显示面板行业不断深入，该技术对显示面板的亮度、色域、分区数、对比度等参数要求日益增高。
本发明的发明人在长期研发过程中发现，现有的背光调节中利用PWM(脉冲宽度调制)技术，即调节占空比来分别控制各区域LED亮度，由于透镜的出光面为圆形，导致分区间亮暗界限不清晰，亮暗对比不明显，HDR技术效果不佳。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种LED光源用透镜及显示面板，能够提高HDR技术效果。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种LED光源用透镜，所述透镜用在采用高动态范围图像HDR技术的直下式背光系统中，所述透镜包括：底面、环绕所述底面在竖直方向延伸而形成的内围曲面和环绕在所述内围曲面外围的外围曲面，LED光源的光线依次经所述内围曲面和所述外围曲面后射出；其中，所述内围曲面包括四个内围侧面和与四个所述内围侧面连接的第一上表面，所述LED光源的所述光线经所述内围曲面后的出光面为方形；和/或，所述外围曲面包括四个外围侧面和与四个所述外围侧面连接的第二上表面，所述LED光源的所述光线经所述外围曲面后的出光面为方形。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种显示面板，包括直下式LED背光系统，所述背光系统采用上述任一实施例所述的透镜，每一所述透镜对应一个LED光源。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明所提供的LED光源用透镜适用于直下式背光系统，该透镜包括底面、环绕底面在竖直方向延伸而形成的内围曲面和环绕在内围曲面外围的外围曲面，其中，LED光源的光线经内围曲面后的出光面为方形，和/或，LED光源的光线经外围曲面后的出光面为方形，这都将使得LED光源的光线依次经内围曲面和外围曲面后射出的出光面为方形；一方面，方形出光面有利于相邻出光面之间的拼接，可使分区间亮暗界限清晰，提高亮暗对比；另一方面，单颗LED的出光面为方形，单颗LED的出光面的出光面面积为HDR相应一个分区的尺寸，从而可以实现HDR技术中单颗LED光源控制单分区的目的，上述两方面使得HDR技术效果增强。
另外，本发明所提供的外围曲面的第二上表面上包括外围曲面凸起，该外围曲面凸起控制光线扩散程度，使得LED光源的大角度位置的出光光线的强度降低，进而使得分区间亮暗界限清晰，从而进一步使HDR技术效果增强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1是本发明LED光源用透镜一实施方式的结构示意图；
图2是图1中内围曲面一实施方式的结构示意图；
图3是图1中外围曲面一实施方式的结构示意图；
图4是图1中外围曲面一实施方式的立体结构效果示意图；
图5是本发明显示面板一实施方式的结构示意图。
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的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。
请参阅图1，图1为本发明LED光源用透镜一实施方式的结构示意图，其中，本发明所提供的LED光源用透镜主要用在采用高动态范围图像HDR技术的直下式背光系统中。具体地，LED背光系统有两种方式，分别为侧入式背光系统和直下式背光系统。侧入式背光系统具体为LED光源被配置在显示面板的显示屏幕的四周边缘，从显示屏幕边缘发射的LED光线透过导光板输送到显示屏幕中央区域；直下式背光系统具体为LED光源被均匀地配置在显示面板的显示屏幕后方作为发光源，LED光线均匀传达到整个显示屏幕，而本发明所提供的LED光源用透镜则是适用于上述直下式背光系统。HDR技术是高动态范围图像的缩写，其中，动态范围是指亮度高低的范围和对比度范围，HDR技术拥有更加宽广的明暗亮度范围和更高的对比度，它是为了尽可能还原更多的明/暗部位图像细节而生。直下式背光系统由于LED光源在显示面板的显示屏幕的正下方，通过控制各个LED光源的亮度不同，可以更好的实现HDR效果。
请参阅图1，本发明所提供的LED光源用透镜是由透明材质制成的实体，其材质可以是硅胶、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、玻璃等，该透镜包括：底面10、环绕底面10在竖直方向延伸而形成的内围曲面12和环绕在内围曲面12外围的外围曲面14；其中，在一个实施方式中，如图1所示，底面10和内围曲面12之间包括一空腔11，该空腔11内可供LED光源安装，LED光源的光线依次经内围曲面12和外围曲面14后射出，射出的出光面为方形(例如，矩形或者正方形)。
具体地，请结合图2，图2为图1中内围曲面一实施方式的结构示意图，内围曲面20包括四个内围侧面201、202、203、204和与四个内围侧面201、202、203、204连接的第一上表面205，LED光源的光线经内围曲面20后的出光面为方形，其中，内围侧面201、202、203、204为平面或曲面，内围侧面201、202、203、204与底面的夹角无特别限制，例如，可以是30°、60°等。在一个实施方式中，以其中一个内围侧面201为例，内围侧面201与第一上表面205连接的边长为第一边长x1，内围侧面201与底面连接的边长为第二边长x2，第一边长x1所在的与水平面平行的平面为第一平面，第二边长x2所在的与水平面平行的平面为第二平面，第一平面与第二平面之间的垂直距离为第一高度h1，其中，第一边长x1、第二边长x2以及第一高度h1之间满足的关系为：0.1＜x1/x2＜10(例如，x1/x2＝0.5、2、3、5、8、9.5等)，0.1＜x1/h1＜10(例如，x1/h1＝0.5、2、3、5、8、9.5等)；在本实施方式中，其余内围侧面202、203、204所满足的关系与内围侧面201相同，在此不再赘述。在一个具体的应用场景中，底面所在的平面与内围曲面构成的结构为类梯形六面体结构(如图2所示)，假设此时内围曲面的四个内围侧面均满足x1＝4，x2＝6，h1＝3，此时LED光源的光线经内围曲面20后的出光面为正方形；在其他实施例中，也可调整每个内围侧面的x1，x2，h1的值，使得LED光源的光线经内围曲面20后的出光面为矩形；在其他应用场景中，底面所在的平面与内围曲面构成的结构也可为其他类型，本发明对此不作限定。
请结合图3和图4，图3为图1中外围曲面一实施方式的结构示意图，图4为图1中外围曲面一实施方式的立体结构效果示意图。外围曲面30包括四个外围侧面301、302、303、304和与四个外围侧面301、302、303、304连接的第二上表面305，LED光源的光线经外围曲面30后的出光面为方形。其中，外围侧面301、302、303、304为平面或曲面，外围侧面301、302、303、304与底面的夹角无特别限制，例如30°、60°、90°等。以其中一个外围侧面301为例，外围侧面301与第二上表面305连接的边长为第三边长x3，外围侧面301与底面连接的边长为第四边长x4，第三边长x3所在的与水平面平行的平面为第三平面，第四边长x4所在的与水平面平行的平面为第四平面，第三平面与第四平面之间的垂直距离为第二高度h2，其中，第三边长x3、第四边长x4以及第二高度h2之间满足的关系为：0.1＜x3/x4＜10(例如，x3/x4＝0.5、2、3、5、8、9.5等)，0.1＜x3/h2＜10(例如，x3/h2＝0.5、2、3、5、8、9.5等)；在本实施方式中，其余外围侧面302、303、304所满足的关系与外围侧面301相同，在此不再赘述。在一个应用场景中，上述外围侧面301、302、303、304与底面垂直，以外围侧面301为例，此时第二高度h2即为第三边长x3和第四边长x4之间的垂直距离。在本实施例中，如图3所示，四个外围侧面301、302、303、304之间非直接连接，即外围侧面301、302、303之间通过类似子侧面306的结构连接；在其他实施例中，四个外围侧面之间也可直接连接，即此时子侧面306为相邻外围侧面的公共边，本发明对此不作限定。
请继续参阅图1，在一个应用场景中，本发明所提供的LED光源用透镜，只要满足其内围曲面12或外围曲面14中的任意一个曲面可以使LED光源的光线经曲面后的出光面为方形，即可达到LED光源经该透镜后的出光面为方形；例如，假设此时外围曲面14满足可以使LED光源的光线经外围曲面后的出光面为方形，内围曲面12的形状可以任意设定，例如，可以为圆形、三角锥形等，此时LED光源的光线经内围曲面12的出光面并不一定为方形，但LED光源的光线经过外围曲面14后可将出光面调整为方形；同理，当内围曲面12满足可以使LED光源的光线经内围曲面12后的出光面为方形时，外围曲面12的形状可以任意设定；当然，在另一个应用场景中，本发明所提供的透镜，其内围曲面12和外围曲面14均满足使LED光源的光线经曲面后的出光面为方形。上述方形出光面，一方面有利于相邻出光面之间的拼接，可使分区间亮暗界限清晰，提高亮暗对比；另一方面，单颗LED灯的出光面为方形，单颗LED的出光面的出光面面积为HDR相应一个分区的尺寸，从而可以实现HDR中单颗LED灯控制单分区的目的，上述两方面使得HDR技术效果增强。
请继续参阅图1，本发明所提供的LED光源用透镜的外围曲面14的第二上表面140的中心设置有弧形凸起16，弧形凸起16的最高点与第二上表面140中心的垂直距离为第三高度h3，弧形凸起16与第二上表面140连接的第二底面160为直径D的圆形底面，其中，第三高度h3和直径D之间满足的关系为：D/h3＜2，例如D/h3为0.5、1.0、1.5等。由于LED光源的光线依次经内围曲面12和外围曲面14，对光线进行二次分布，扩大其出光面后，易导致出光面中央区域相对其他区域偏暗，而当在第二上表面140的中心处设置弧形凸起16，且弧形凸起16满足D/h3＜2条件时，该弧形凸起16可以使光线向中心聚集，从而达到补充出光面中央区域亮度的目的。
请继续参阅图1，本发明所提供的LED光源用透镜的外围曲面14的第二上表面140以环绕自身的中心、向靠近内围曲面12方向凹陷而在第二上表面140远离中心处形成外围曲面凸起A、B、C、D。以其中一个外围曲面凸起B为例，外围曲面凸起B的最高点距离第二上表面140中心的水平距离L为3-30mm(例如3、5、10、20、30mm等)，外围曲面凸起B距离第二上表面140中心的垂直距离H为0.5-10mm(例如，0.5、2、5、10mm等)；在其他实施例中，其余外围曲面凸起A、C、D满足的条件与上述外围曲面凸起B相同，在此不再赘述。当透镜其余参数条件相同时，上述外围曲面凸起A/B/C/D越靠近第二上表面140的中心(即L值越小)，出光面的面积越小，通过调节外围曲面凸起A/B/C/D的位置，可以使出光面的光线收敛，大角度出光的强度降低，使得分区间亮暗界限清晰，从而进一步使HDR技术效果增强。
在一个应用场景中，请参阅图1，内围曲面12中心、外围曲面14中心、弧形凸起16中心位于同一条轴线上；例如，在一个实施方式中，本发明所提供的透镜为绕轴线对称的结构。
请参阅图5，图5为本发明显示面板一实施方式的结构示意图。该显示面板5包括直下式LED背光系统50，背光系统50采用上述任一实施例中的透镜502，每一透镜502对应一个LED 500光源。
总而言之，区别于现有技术的情况，本发明所提供的LED光源用透镜适用于直下式背光系统，该透镜包括底面、环绕底面在竖直方向延伸而形成的内围曲面和环绕在内围曲面外围的外围曲面，其中，LED光源的光线经内围曲面后的出光面为方形，和/或，LED光源的光线经外围曲面后的出光面为方形，这都将使得LED光源的光线依次经内围曲面和外围曲面后射出的出光面为方形；一方面，方形出光面有利于相邻出光面之间的拼接，可使分区间亮暗界限清晰，提高亮暗对比；另一方面，单颗LED的出光面为方形，单颗LED的出光面的出光面面积为HDR相应一个分区的尺寸，从而可以实现HDR技术中单颗LED光源控制单分区的目的，上述两方面使得HDR技术效果增强。另外，本发明所提供的外围曲面的第二上表面上包括外围曲面凸起，该外围曲面凸起控制光线扩散程度，使得LED光源的大角度出光的强度降低，进而使得分区间亮暗界限清晰，从而进一步使HDR技术效果增强。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种LED光源用透镜，其特征在于，所述透镜用在采用高动态范围图像HDR技术的直下式背光系统中，所述透镜包括：
底面、环绕所述底面在竖直方向延伸而形成的内围曲面和环绕在所述内围曲面外围的外围曲面，LED光源的光线依次经所述内围曲面和所述外围曲面后射出；
其中，所述内围曲面包括四个内围侧面和与四个所述内围侧面连接的第一上表面，所述LED光源的所述光线经所述内围曲面后的出光面为方形；和/或，
所述外围曲面包括四个外围侧面和与四个所述外围侧面连接的第二上表面，所述LED光源的所述光线经所述外围曲面后的出光面为方形。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，
所述内围侧面与所述第一上表面连接的边长为第一边长x1，所述内围侧面与所述底面连接的边长为第二边长x2，所述第一边长x1所在的与水平面平行的平面为第一平面，所述第二边长x2所在的与水平面平行的平面为第二平面，所述第一平面与所述第二平面之间的垂直距离为第一高度h1，其中，所述第一边长x1、所述第二边长x2以及所述第一高度h1之间满足的关系为：0.1＜x1/x2＜10，0.1＜x1/h1＜10。
3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，
所述底面所在的平面与所述内围曲面构成的结构为类梯形六面体结构；所述内围侧面为平面或曲面。
4.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，
所述外围侧面与所述第二上表面连接的边长为第三边长x3，所述外围侧面与所述底面连接的边长为第四边长x4，所述第三边长x3所在的与水平面平行的平面为第三平面，所述第四边长x4所在的与水平面平行的平面为第四平面，所述第三平面与所述第四平面之间的垂直距离为第二高度h2，其中，所述第三边长x3、第四边长x4以及第二高度h2之间满足的关系为：0.1＜x3/x4＜10，0.1＜x3/h2＜10。
5.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，
所述外围侧面与所述底面垂直；四个所述外围侧面之间直接或者非直接连接。
6.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，
所述外围曲面的所述第二上表面的中心设置有弧形凸起，所述弧形凸起的最高点与所述第二上表面中心的垂直距离为第三高度h3，所述弧形凸起与所述第二上表面连接的第二底面为直径D的圆形底面，其中，所述第三高度h3和所述直径D之间满足的关系为：D/h3＜2。
7.根据权利要求4所述的透镜，其特征在于，所述第二上表面以环绕自身的中心、向靠近所述内围曲面方向凹陷而在所述第二上表面远离所述中心处形成外围曲面凸起，所述外围曲面凸起的最高点距离所述第二上表面中心的水平距离为3-30mm，所述外围曲面凸起距离第二上表面中心的垂直距离为0.5-10mm。
8.根据权利要求6所述的透镜，其特征在于，
所述内围曲面中心、所述外围曲面中心、所述弧形凸起中心位于同一条轴线上。
9.根据权利要求8所述的透镜，其特征在于，所述透镜绕所述轴线对称。
10.一种显示面板，包括直下式LED背光系统，其特征在于，所述背光系统采用权利要求1-9任一项所述的透镜，每一所述透镜对应一个LED光源。
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