CN107884989A - 透镜以及具有该透镜的显示设备 - Google Patents

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吕东珉
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Abstract

本发明涉及一种透镜以及具有该透镜的显示设备。一种透镜包括：上平坦表面，具有第一外径；底表面，具有第二外径和第三内径；外部弯曲表面，连接上平坦表面和底表面；以及内部弯曲表面，在第三内径处从底表面朝向上平坦表面突出。

Description

透镜以及具有该透镜的显示设备
本申请是针对申请日为2012年12月12日、申请号为201210535026.7、发明名称为“透镜以及具有该透镜的显示设备”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的示范性实施例涉及一种透镜以及具有该透镜的背光组件和显示设备。更具体地，本发明的示范性实施例涉及关于较少光源的透镜、以及具有该透镜的背光组件和显示设备。
背景技术
液晶显示(LCD)设备需要外部光源来显示具有期望亮度的图像，因为LCD设备自身不能产生光。LCD设备包括作为外部光源的背光组件、以及利用来自外部光源的光显示图像的LCD显示面板。
背光组件包括光源，光源可以安装在印刷电路板(PCB)基板上并可以根据光源的位置分类为边缘型组件和直下型组件。在边缘型组件中，光源设置在LCD显示面板的边缘，使得光源产生的光穿过设置在LCD显示面板下面的光导板并被提供到LCD显示面板中。在直下型组件中，多个光源设置在LCD显示面板下方，由光源产生的光直接提供到LCD显示面板中。直下型组件与边缘型组件相比可以具有更高的亮度和更好的对比度。
冷阴极荧光灯(CCFL)可以用于直下型组件的光源。由于寿命长、功耗低、重量轻及厚度小的优点，发光二极管(LED)灯可以用作光源。
LED灯包括产生光的点光源和多个LED封装。LED封装散布由点光源产生并发射的光。来自点光源的点状光(point light)被透镜转变成平面光或表面光。
然而，LED灯的点光源具有对于每个点光源的小的光分布面积以及有限的亮度。因此，背光组件会包括几百个点光源和/或LED灯。随着点光源和/或LED灯的数量增加，PCB的数量和/或PCB的尺寸增加。因此，LCD显示设备的制造成本被极大地增加。
发明内容
本发明的一个或更多示范性实施例提供一种使用较少光源的透镜。
本发明的一个或更多示范性实施例还提供包括该透镜的背光组件。
本发明的一个或更多示范性实施例还提供包括该透镜的显示设备。
根据本发明的示范性实施例，一种透镜包括：上平坦表面，具有第一外径；底表面，具有第二外径和第三内径；外部弯曲表面，连接上平坦表面和底表面；以及内部弯曲表面，在第三内径处从底表面朝向上平坦表面突出。
在示范性实施例中，第二外径可以为第一外径的约六倍。
在示范性实施例中，内部弯曲表面在垂直于上平坦表面截取的截面图中可以包括半椭圆形状。
在示范性实施例中，距离B与距离A的比率可以为约1.5至约2.0。在所述截面图中，距离A定义为半椭圆形状平行于上平坦表面取得的最大长度的一半，距离B为半椭圆形状垂直于上平坦表面取得的最大长度。
在示范性实施例中，底表面和内部弯曲表面之间的角度可以为约105度至约115度。
在示范性实施例中，底表面可以包括粗糙度小于约4微米的浮雕图案(embossedpattern)。
在示范性实施例中，第一外径可以大于第三内径的两倍。
在示范性实施例中，透镜还可以包括从底表面突出并远离上平坦表面的对准突起。
在示范性实施例中，透镜还可以包括两个透镜结合部，所述透镜结合部从透镜的底表面和外部弯曲表面相遇的侧部延伸。
在示范性实施例中，从外部弯曲表面发射的光可以包括约65度至约75度的光取向角分布。
在示范性实施例中，从外部弯曲表面发射的光可以包括小于约20度的强度带宽度。
在示范性实施例中，从外部弯曲表面发射的光的中心强度与峰值强度的比率可以为约0.15。
根据本发明的示范性实施例，一种背光组件包括透镜、基板、光源和底板。透镜包括：上平坦表面，具有第一外径；底表面，具有第二外径和第三内径；外部弯曲表面，连接上平坦表面和底表面；内部弯曲表面，在第三内径处从底表面朝向上平坦表面突出；以及两个或更多透镜结合部。基板具有比两个或更多透镜结合部中的彼此相对的两个透镜结合部的末端之间的距离小的宽度。光源位于基板上并产生光。底板包括与每个透镜结合部结合的底结合部。基板位于透镜和底板之间。
在示范性实施例中，背光组件还可以包括位于透镜和基板之间的反射片。
根据本发明的示范性实施例，一种显示设备包括：液晶显示模块；光漫射板，在其表面上包括点图案；以及背光组件。背光组件包括透镜、基板、光源和底板。透镜分别与光漫射板的点图案重叠。透镜包括：上平坦表面，具有第一外径；底表面，具有第二外径和第三内径；外部弯曲表面，连接上平坦表面和底表面；内部弯曲表面，在第三内径处从底表面朝向上平坦表面突出；以及两个透镜结合部。基板具有比透镜结合部之间的距离小的宽度。光源位于基板上并产生光。底板包括与每个透镜结合部结合的底结合部。基板位于透镜和底板之间。
在示范性实施例中，点图案包括多个点，相邻点之间的距离可以为约1毫米(mm)至约1.5毫米(mm)。
在示范性实施例中，点图案包括多个点，所述点的外边缘之间的最大距离可以为约0.3mm至1.0mm。
在示范性实施例中，点图案包括多个点，相邻点之间的距离可以随着离点图案的中心的距离减小而减小。
在示范性实施例中，点图案包括多个点，所述点的外边缘之间的最大距离可以随着离点图案的中心的距离减小而逐渐增加。
在示范性实施例中，点图案可以通过在漫射板的表面上印刷具有约50％的二氧化钛(TiO2)的墨而在漫射板的表面上。
根据一个或更多本发明的示范性实施例，由于被透镜折射的光更均匀且更宽地分布，背光组件可以包括更少的光源。
此外，由于通过使用条形基板减少了印刷电路板(PCB)基板的使用，所以节省了PCB基板的高材料成本，并且降低了背光组件和/或包括该背光组件的显示设备的总体制造成本。
此外，由于漫射板的点图案更均匀地分散光，所以减少或有效防止了由不规则光分布引起的亮斑和暗斑。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示范性实施例，本发明的上述和其它的特征将变得更加明显，附图中：
图1是分解透视图，示出根据本发明的显示设备的示范性实施例；
图2是平面图，示出图1中的显示设备的背光组件的示范性实施例；
图3是图2中的背光组件沿线I-I’截取的截面图；
图4是透视图，示出图2中的背光组件的透镜的示范性实施例；
图5是图4中的透镜沿线II-II’截取的截面图；
图6是图4中的透镜沿线III-III’截取的截面图；
图7是透视图，示出图1中的背光组件和漫射板的示范性实施例；
图8是平面图，示出图7中的漫射板的点图案的示范性实施例；及
图9是图7中的背光组件和漫射板沿线IV-IV’截取的截面图。
具体实施方式
将理解，当一元件或层被称为“在”另一元件或层上、“连接到”或“耦接到”到另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、直接连接或耦接到另一元件或层，或者有居间元件或层。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件或层上、“直接连接到”或“直接耦接到”到另一元件或层时，没有居间元件或层存在。当在这里使用时，连接可以指元件彼此物理连接或电连接。相似的附图标记始终表示相似的元件。当在这里使用时，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任意和全部组合。
将理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用来表示各个元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，下面论述的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不会偏离本发明的教导。
为了描述的方便，这里可以使用空间相对性术语例如“下”、“之下”、“之上”、“上”等来描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。将理解，空间相对术语旨在涵盖除附图所示的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件被翻转，那么相对其他元件或特征描述为“之下”或“下面”的元件将相对于其他元件或特征取向为“之上”。因此，示例性术语“之下”可以包括之上和之下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或者在其他取向)，这里使用的空间相对性描述语也相应地理解。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例而无意限制本发明。当在这里使用时，单数形式“一”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外地清楚描述。还将理解，当在本说明书中使用时，术语“包含”和/或“包括”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除一个或更多其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。
这里参照截面图描述本发明的实施例，这些截面图是本发明的理想化实施例(以及中间结构)的示意图。因此，由于例如制造技术和/或公差引起的图示形状的变化是可以预期的。因此，本发明的实施例不应被理解为限于这里示出的区域的特定形状，而是将包括由例如制造导致的形状偏差在内。
除非另行定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有本发明所属领域内的普通技术人员所通常理解的同样的含义。将进一步理解的是，诸如通用词典中所定义的术语，除非此处加以明确定义，否则应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。
下面，将参照附图详细解释本发明。
图1是分解透视图，示出根据本发明的显示设备的示范性实施例。
参照图1，显示设备1000包括顶框架400、液晶显示(LCD)模块300、漫射板200和背光组件100。顶框架400与背光组件100结合以收纳LCD模块300和漫射板200。LCD模块300根据信号显示图像，并使用由背光组件100产生的光来显示图像。漫射板200漫射由背光组件100产生的光以使光更均匀的分布，并向LCD模块300提供基本均匀的光。
背光组件100包括多个透镜110、基板120和底板130，基板120包括多个点光源(未示出)。多个基板120可以设置在底板130上并彼此基本平行地布置，但本发明不限于此。在安装于基板120上的多个点光源处产生的光穿过多个透镜110并朝向LCD模块300发射。多个透镜110使多个点光源产生的光分散从而覆盖比点光源的发射区域更大的区域。因此，由于透镜使光分散，所以利用较少的点光源提供光到LCD模块300中。当需要较高的亮度时，可以使用以较高亮度发射光的点光源，而不增加点光源的数量。
背光组件100还可以包括接收底板130、基板120和透镜110的底框架500。底框架500可以包括与底板130的后表面的一部分重叠的底部和/或从底部朝向LCD模块300延伸的侧壁。
图2是平面图，示出图1中的显示设备的背光组件的示范性实施例。
参照图2，背光组件100包括多个透镜110、基板120和底板130，基板120包括多个点光源(未示出)。多个透镜110根据基板120上的多个点光源设置。多个透镜110分散点光源处产生的光。每个透镜110包括两个或更多透镜结合部115。结合部115与底板130结合。
基板120设置在底板130与透镜110之间。基板12仅通过将透镜110与底板130结合而固定到底板130。
在平面图中，基板120包括沿第一方向延伸的纵轴(在图2中，水平的)以及沿垂直于第一方向的第二方向延伸的横轴(在图2中，垂直的)。基板120在第二方向上的宽度小于透镜110的透镜结合部115的末端之间在第二方向上的宽度。基板120仅通过将透镜110的透镜结合部115与底板130结合而固定到底板130。因此，基板120不覆盖(例如，重叠)整个底板130。基板120可以另外地称为条形的，因为基板120是窄部件，相对长且具有基本均匀的宽度。由于基板120不重叠整个底板130，所以基板120的尺寸减小。通常，用于基板120的材料的成本很高。当条形基板120被使用并仅通过将透镜110与底板130结合而固定到底板130时，背光组件120以较少的基板120的材料制造。因此，可以降低背光组件100和显示设备1000的总体制造成本。
图3是图2中的背光组件沿线I-I’截取的截面图。
参照图2和图3，背光组件100的示范性实施例包括透镜110、在透镜110下面的基板120、以及底板130。更具体地，透镜110包括上平坦表面111、底表面112、外部弯曲表面113和内部弯曲表面114。上平坦表面111基本平坦，来自透镜110的底部的入射光在上平坦表面111处被全部折射。外部弯曲表面113将上平坦表面111与底表面112连接。内部弯曲表面114与底表面112的内部表面连接并接收入射光。
透镜110还可以包括两个或更多透镜结合部115。透镜结合部115可以包括完全穿过透镜结合部115的厚度延伸的封闭开口116，从而透镜结合部115单独限定封闭开口116。每个透镜结合部115可以通过固定部件117与底板130结合。
底板130包括底结合部135。底结合部135与透镜结合部115的开口116对准，从而底板130和透镜110可以利用各种方法固定到彼此。底结合部135可以包括仅由底板130限定的孔或封闭开口。在示范性实施例中，固定部件117可以是结合螺钉，以及可以是用于将透镜110较容易地组装到底板130的各种结合结构。在另一示范性实施例中，透镜结合部115可以不包括开口116，而是包括固定部件。透镜110是包括透镜结合部115的单个、整体、不可分部件。
光源121安装在基板120上。光源121可以是发光二极管(LED)。光源121是点光源，从基板120接收电力并被基板120控制。光源121设置在透镜110的内部弯曲表面114内。由光源121产生的光通过内部弯曲表面114进入透镜110。
反射片125可以位于基板120和透镜110之间。反射片125向上反射被透镜110折射的光，改善光效率。反射片125设置在基板120上并包括开口，光源121穿过该开口突出到透镜110中。反射片125仅通过透镜110的透镜结合部115与底板130的结合而被固定在透镜110和底板130之间。
图4是透视图，示出图2中的背光组件的透镜的示范性实施例。图5是图4中的透镜沿线II-II’截取的截面图。
参照图4和图5，透镜110包括上平坦表面111、底表面112、外部弯曲表面113和内部弯曲表面114。另外，透镜110包括两个或更多透镜结合部115。
在平面图中，上平坦表面111具有圆形形状，该圆形形状具有第一外径2F。上平坦表面111增加全部折射来自透镜110的底部的入射光的比率，并改善光的分布的均匀性。在平面图中，底表面112为包括第二外径2D和第三内径2L的环形。具有第二外径2D的底表面112与外部弯曲表面113连接，外部弯曲表面113与上平坦表面111连接。外部弯曲表面113实际上是透镜110的侧表面。
在平面图中外部弯曲表面113的直径的分度(graduation)被调整，使得从外部弯曲表面113发射的光具有约65度至约75度的光取向角分布。光取向角分布通常定义为光的强度大于最大强度的一半的角度范围。从外部弯曲表面113发射的光具有这样的光取向角分布，即在约65度至约75度的点处透镜110的光的强度大于最大强度的一半。
另外，外部弯曲表面113形成为使得从外部弯曲表面113发射的光具有小于约20度的强度带宽度。另外，从外部弯曲表面113发射的光可以调整为使得中心强度与峰值强度的比率为约0.15。中心强度定义为从透镜110的的中心点沿法线方向(也就是，从上平坦表面111的中心沿法线方向)发射的光的强度。峰值强度定义为在透镜110的侧表面的最大光强度处的强度。当外部弯曲表面113的直径调整为使得中心强度与峰值强度的比率为约0.15时，从透镜110发射的光可以更均匀地分布。
底表面112在第三内径2L处与内部弯曲表面114连续连接，且内部弯曲表面114形成透镜110的入口部分，光通过该入口部分进入透镜110。底表面112的第二外径2D可以是上平坦表面111的第一外径2F的约五至七倍。而且，底表面112的第二外径2D可以为上平坦表面111的第一外径2F的约六倍。上平坦表面111的第一外径2F与底表面112的第二外径2D的比率用于调整光被透镜全反射的范围。
内部弯曲表面114在相对于上平坦表面111的竖向(例如，垂直)方向截取的截面图中具有半椭圆形状。在内部弯曲表面114的半椭圆形状中，当距离B定义为半椭圆形状垂直于底表面112截取的最大长度，距离A定义为半椭圆形状平行于底表面112截取的最大距离的一半时，距离B与距离A的比率可以为约1.5至约2.0。另外，第一外径2F可以大于距离A的2倍。另外，内部弯曲表面114与底表面112相遇处的角度θ可以为约105度至约115度。内部弯曲表面114与底表面112相遇处的角度θ调整来自光源的光在内部弯曲表面114处被初始折射的折射角。
底表面112可以包括浮雕图案(未示出)。当在上平坦表面111处被全反射的光在底表面112处被反射时，浮雕图案分散光。浮雕图案可以具有小于约4微米的粗糙度。当浮雕图案具有大于约4微米的粗糙度时，在上平坦表面111处被全反射而在底表面112处分散的光具有不规则的反射，光分布会不规则。在小于约4微米的指定范围内的粗糙度产生均匀的光分布。
图6是图4中透镜的沿线III-III’截取的截面图。
参照图6，透镜110还可以包括对准突起119。基板120还可以包括从基板120的上表面向其内部区域延伸的对准凹口。对准凹口可以部分地或完全穿过基板120的厚度延伸。对准突起119突出到对准凹口中，与基板120结合，将透镜110对准在背光组件100中的适当位置。透镜110通过两个或更多透镜结合部115和对准突起119固定。由于透镜110通过至少三个点固定，所以透镜110可以固定在背光组件100中的适当位置。而且，由于透镜110仅包括单个对准突起119，与透镜110包括两个或更多对准突起相比，减少或有效防止了光的泄露。
图7是透视图，示出图1中的背光组件和漫射板的示范性实施例。图8是平面图，示出图7中的漫射板的点图案的示范性实施例。
参照图7和图8，漫射板200设置在背光组件100上并与之重叠。漫射板200包括多个点图案210。多个点图案210根据背光组件110的透镜110而设置，也就是一个点图案210与背光组件100的至少一个透镜110重叠。点图案210漫射从透镜110发射的光。点图案210可以通过在漫射板200上印刷图案形成。在一个示范性实施例中，在印刷点图案210时可以使用具有约50％的TiO2的墨。
每个点图案210包括多个凸起，或称为点颗粒211。在平面图中由点颗粒211定义的点图案210的总体形状可以为圆形或矩形，但本发明不限于此。在平面图中，相邻点颗粒211之间的距离，或称为点图案210的点节距，可以为约1毫米(mm)至约1.5毫米(mm)。另外，点颗粒211的外边缘之间的最大距离，或称为点图案210的点直径，可以为约0.3mm至约1.0mm。
由于提供到点图案210的光在点图案210的中心处更密集，所以在点图案210的中心处点颗粒211的分布可以更密集。为实现在点图案210的中心处的点颗粒211的更高密度，在点图案210的中心处点颗粒211的密度可以增加，或者随着到点图案210的中心的距离的减小，点颗粒211的尺寸可以逐渐增大。点颗粒211的根据到点图案210的中心的距离的分布可以均匀地分散光。
图9是图7中背光组件和漫射板的沿线IV-IV’截取的截面图。
参照图9，背光组件100的透镜110的示范性实施例对应于漫射板200的点图案210设置，例如以一一对应的方式。在平面图中，点图案210设置在背光组件100的透镜110上方并与之重叠。从透镜110的顶部中心发射的光朝向点图案210的中心行进。点颗粒211在点图案210的中心处比点图案210的周围区域以更高的密度设置。在平面图中点颗粒211的尺寸是均匀的，如图8的实施例中所示，且在截面图中点颗粒211的尺寸是均匀的，如图9的实施例中所示。然而，本发明不限于此或不被此所限，点颗粒211的尺寸可以改变以调整光的分散。
如上所述，根据一个或更多本发明的示范性实施例，由于被透镜折射的光更均匀且更宽地分布，背光组件可以包括更少的光源。
此外，由于通过使用条形基板减少了印刷电路板(PCB)基板的使用，节省了PCB基板的高材料成本，且减少了背光组件和/或包括背光组件的显示设备的总体制造成本。
此外，由于漫射板的点图案更均匀地分散光，减少或有效防止了由不规则光分布引起的亮斑和暗斑。
以上是对本发明的说明而不应解释为对其进行限制。虽然已经描述了本发明的几个示范性实施例，但是本领域技术人员将容易地理解在示范性实施例中可以有许多修改而在实质上不偏离本发明的新颖性教导和优点。因此，所有这样的修改旨在被包括于本发明的如权利要求限定的范围内。在权利要求中，装置加功能条款旨在覆盖执行所述功能时这里所述的结构，且不仅覆盖结构的等价物而且覆盖等价的结构。因此，将理解，以上是对本发明的说明而不应解释为限于所公开的特定示范性实施例，并且对所公开的实施例的修改以及其它实施例旨在被包括于权利要求的范围内。本发明由权利要求和所包括的权利要求的等同物限定。

Claims (9)

1.一种显示设备，包括：
液晶显示模块；
光漫射板，在所述光漫射板的表面上包括点图案；以及
背光组件，包括：
透镜，分别与所述光漫射板的所述点图案重叠，所述透镜包括：
上平坦表面，具有第一外径，
底表面，具有第二外径和第三内径，
外部弯曲表面，其连接所述上平坦表面和所述底表面，
内部弯曲表面，其在所述第三内径处从所述底表面朝向所述上平坦表面突出；
两个或更多个透镜结合部；
基板，具有比所述两个或更多个透镜结合部中彼此相对的两个透镜结合部的末端之间的距离小的宽度以及比所述外部弯曲表面的外边缘进一步延伸以暴露于所述外部弯曲表面外部的长度；
光源，在所述基板上，其中所述光源产生光；以及
底板，包括与每个所述透镜结合部结合的底结合部，其中所述基板在所述透镜与所述底板之间，
其中来自所述透镜的所述底表面和所述内部弯曲表面的入射光在所述上平坦表面被全部折射。
2.如权利要求1的透镜，其中所述第二外径为所述第一外径的约六倍。
3.如权利要求1的透镜，其中所述内部弯曲表面在垂直于所述上平坦表面截取的截面图中包括半椭圆形状。
4.如权利要求1的透镜，其中所述底表面和所述内部弯曲表面之间的角度为105度至115度。
5.如权利要求1的透镜，其中所述底表面包括粗糙度小于约4微米的浮雕图案。
6.如权利要求1的透镜，其中所述上平坦表面的所述第一外径大于所述底表面的所述第三内径的两倍。
7.如权利要求1的透镜，还包括从所述底表面且远离所述上平坦表面突出的对准突起。
8.如权利要求1的显示设备，其中所述点图案包括多个点，相邻点之间的距离为1毫米至1.5毫米。
9.如权利要求8的显示设备，其中所述点图案包括多个点，所述点的外边缘之间的最大距离为0.3毫米至1.0毫米。
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