CN107957603A - 一种反射透镜及其超薄型背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种反射透镜及其超薄型背光模组，所述反射透镜包括出射面、入射面、底部雾面、柱脚和反射面，所述柱脚安装在所述底部雾面上，所述入射面为左右对称的内凹状，外部的CSP光源位于所述入射面的内凹中心位置处，所述底部雾面与所述入射面连接；所述出射面分别连接所述底部雾面和所述反射面；所述出射面和所述反射面分别对称地设置在所述入射面的左右两侧；超薄型背光模组包括：光学膜片、扩散板、反射纸、灯条和腔体。本发明反射透镜透射效果好，能够使背光模组达到亮度均匀、光效好、成本低和外观美观的效果。

Description

一种反射透镜及其超薄型背光模组
技术领域
本发明涉及透镜和背光技术领域，特别涉及一种反射透镜及其超薄型背光模组。
背景技术
现有在液晶显示领域，由于液晶分子本身不具备发光能力，因此在现有的液晶显示器中需要外加光源来得到显示画面，目前光源多采用LED发光二极管，通过背光模组扩散和匀光作用，将LED光源扩展为面光源输出。现阶段，显示装置的背光模组可分为侧入式和直下式两种，由于直下式背光模组相比于侧入式背光模组不需要设置导光板，因而以价廉的优势，深受广大消费者的欢迎。侧入式背光模组相比于直下式背光模组来讲，因为必须加装导光板和灯条散热板，使侧入式背光模组在售价上不具备优势。
参阅图1，传统直下式背光模组的LED为朗伯型光源，LED上加装的光学透镜在结构上具有旋转对称特性，LED光源发出的光线经过透镜301扩散后，形成的光斑是具有旋转对称特性的圆形光斑，而直下式背光模组201为矩形外形，光斑和外形的不匹配，必然造成背光模组边角和中心区域亮度的不均匀，影响观看画面的品质，同时，在灯条数量减少的情况下，即灯条间距较大时，圆形光斑的混合还会造成灯条之间的扩散板区域亮度偏低，进一步降低亮度均匀性。故必须要对常规直下式背光模组的混光原理进行改变。传统的侧入式背光模组的LED发出的光线需要经过导光板网点的散射、导光板的折射，使侧面入光的LED光源转化为正面输出的面光源，网点的多次散射和导光板的折射，使得光能损失严重，造成侧入式背光模组光效低，使得显示画面亮度低。
传统的直下式背光模组和侧入式背光模组为了外观美观，因而刻意减少侧边厚度，由于直下式背光模组和侧入式背光模组由于内部结构原因，所减少侧边厚度相同于减少整体厚度，也意味着电视内部的空间越来越小，而导致面板都挤在一起，这种为了外观而妥协的布局，会导致电视散热效果不佳，温度升高，电视也因高温减少寿命以至于出现故障。
在消费者对观看效果的日益提高、原材料提价和降低成本的大趋势下，如何改变传统直下式背光，设计生产出一种亮度均匀性高、光效高、成本低、外观美观的背光模组及其显示装置，成为行业厄待解决的难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种反射透镜及其超薄型背光模组，通过左右对称的长方形反射透镜，使背光模组达到亮度均匀、光效好、成本低和外观美观的效果。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种反射透镜及其超薄型背光模组，反射透镜由左右对称的两部分组成，大致呈长方形；所述反射透镜包括出射面、入射面、底部雾面、柱脚和反射面，所述柱脚安装在所述底部雾面上，所述入射面为左右对称的内凹状，外部的CSP光源位于所述入射面的内凹中心位置处，所述底部雾面与所述入射面连接；所述出射面分别连接所述底部雾面和所述反射面；所述出射面和所述反射面分别对称地设置在所述入射面的左右两侧。
进一步的，所述反射面为外凸的圆弧面，所述反射面设置在所述反射透镜上方位置；所述出射面为倾斜面，所述出射面与所述底部雾面所成的夹角为锐角。
进一步的，所述反射透镜的材料为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，所述反射透镜为长方形左右对称的透镜。
进一步的，本技术方案还提供一种超薄型背光模组，包括：光学膜片、扩散板、反射纸、灯条和腔体，所述反射纸安装在所述腔体内表面上，所述反射纸将所述腔体的内表面完全包裹住；所述灯条安装在所述腔体内表面中心位置处，所述反射纸的底部设置有用于放置所述灯条的条形开孔；所述扩散板安装在所述腔体上，所述光学膜片安装在所述扩散板上；所述灯条包括覆铜电路PCB基板、CSP光源、反射透镜和连接器；其中，所述CSP光源位于所述反射透镜的入射面形成的内凹部中心位置处。
覆铜电路PCB基板设有4个固定胶槽，并且4个固定胶槽非旋转对称，便于自动化贴片设备正确点胶固定所述反射透镜，保证所述反射透镜600贴片的正确性。
进一步的，所述反射透镜使用反射偏光方式，将所述CSP光源发出的光束整形后，光斑能量向垂直于所述灯条光源排布方向偏移，从而扩大了在垂直于灯条光源排布方向的照射区域，使单条灯条背光模组，降低成本。
所述CSP光源发出的光线，经过所述反射透镜后，所述CSP光源光线形成的圆形光斑被整形为类似于8数字型的双梯形光斑，大部分光线直射到所述扩散板上，剩余部分光线投射到所述反射纸上，经过所述反射纸反射，再投射到所述扩散板上。所有射向所述扩散板的光线，在所述扩散板的双向散射特性下，从所述扩散板正面出射，再经过所述光学膜片的匀光作用，从而形成高亮度且均匀亮度的面发光体。
进一步的，所述CSP光源为芯片级封装Chip Scale Package，相比较于传统LED光源，CSP光源具有光源小、光密度高、光色一致性好等优点，更有利于设计生产高光效的背光模组。
进一步的，所述反射纸包括1个底面反射纸、左右2个侧圆弧面反射纸和前后2个侧端面反射纸，所述反射纸完全贴合在所述腔体的内表面上；所述条形开孔设置在所述底面反射纸上，所述灯条上的反射透镜置于开孔中，所述反射纸的开孔宽度大于或等于所述反射透镜的宽度。
所述超薄型背光模组相比于传统直下式方案，光源集中在所述腔体中心的所述灯条上，背光模组由类似于8数字型双梯形光斑混合叠加，形成高亮度且均匀性高的面发光体，实现单条灯条背光模组，降低了成本。
进一步的，所述灯条通过螺丝固定在所述腔体背板上，所述灯条装配完成后，从上往下装配所述反射纸，所述反射纸的条形开孔套入所述反射透镜，所述反射纸装配完成后，需保证反射的平整性，尽量减少所述反射纸底面翘起和波浪形状，可以用双面胶固定在所述腔体背板上，再将所述扩散板装配在所述腔体上，然后将所述光学膜片安装到所述扩散板上。
进一步的，所述腔体内表面自由曲面为B样条曲线，B样条曲线公式如下：
P(t)＝[(-P0+3P1-3P2+3P3)t3+(3P0-6P1+3P2)t2+(-3P0+3P2)t+(P0+4P1+P2)]/6
X(t)＝[(-X0+3X1-3X2+3X3)t3+(3X0-6X1+3X2)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6
Y(t)＝[(-Y0+3Y1-3Y2+3Y3)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6
其中，P0为已知点，P0坐标(0，0)，P4的坐标(X4，Y4)且200≤X4≤600，20≤Y4≤80；P1、P2和P3为优化控制点，P1、P2和P3的坐标为P1(X1，Y1)、P2(X2，Y2)和P3(X3，Y3)，且0＜X1＜X2＜X3＜600，0＜Y1＜Y2＜Y3＜80；t、t2、t3是按照相应的B样曲线公式计算出的B样曲线上的点，用绘直线段的方式依次这些点连接起来，就得到了相应的B样曲线。
进一步的，所述灯条底面反射纸的面型为长方形自由曲面，且底面反射纸的宽度大于或等于所述灯条的长度，所述底面反射纸的四周延伸至所述扩散板的边缘。
进一步的，所述扩散板下表面到所述腔体上表面距离的尺寸范围为0～80mm；所述光学膜片可选择为增亮膜、复合膜或者扩散膜。
传统的背光模组外观老式，厚度均匀，无特殊亮点，本技术方案中背光模组的外观背面两边为圆弧形，中间厚两侧薄，使消费者观看时形成超薄形的视觉。
(三)有益效果
本发明的超薄型背光模组通过全新的反射透镜，使CSP光源的圆形光斑整形为类似于8数字型双梯形光斑，使用反射偏光的方式，单条灯条纵向放置腔体中间的方式进行投射，增加投射距离；光源集中在灯条上，相比传统直下式背光模组，可以减少成本较高的PCB板的数量，从而降低生产成本；同时双梯形光斑还可以提高模组边角亮度，从而提高整个背光模组的亮度均匀性。
附图说明
图1为现有技术中常规直下式背光模组的混光原理图；
图2为本发明超薄背光模组的爆炸示意图；
图3为本发明超薄背光模组的结构示意图；
图4为本发明超薄背光模组混光原理图；
图5为本发明反射透镜的立体示意图；
图6为本发明反射透镜的结构示意图；
图7为本发明反射透镜底部的柱脚的结构示意图；
图8为本发明超薄背光模组的光路图；
图9为本发明反射透镜的配光曲线图；
其中：100为光学膜片、200为扩散板、201为直下式背光模组、300为反射纸、301为透镜、400为灯条、401为CSP光源、500为腔体、600为反射透镜、601为出射面、602为入射面、603为底部雾面、604为柱脚、605为反射面。
具体实施方式
参阅图2～图9，本发明提供一种反射透镜及其超薄型背光模组，参阅图5、图6和图7，本实施例反射透镜600由左右对称的两部分组成，整体形状大致呈长方形；反射透镜600包括出射面601、入射面602、底部雾面603、柱脚604和反射面605，参阅图7，柱脚604安装在底部雾面603上，入射面602为左右对称的内凹状，外部的CSP光源401位于入射面602的内凹中心位置处，底部雾面603与入射面602连接；出射面601分别连接底部雾面603和反射面605；出射面601和反射面605分别对称地设置在入射面602的左右两侧。
参阅图5和图6，反射面605为外凸的圆弧面，反射面605设置在反射透镜600上方位置；出射面601为倾斜面，出射面601与底部雾面603所成的夹角为锐角。
其中，反射透镜600的材料为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，反射透镜为长方形左右对称的透镜。
参阅图2和图3，本实施例还提供一种超薄型背光模组，包括：光学膜片100、扩散板200、反射纸300、灯条400和腔体500，反射纸300安装在腔体500内表面上，灯条400安装在腔体500内表面中心位置处，反射纸300的底部设置有用于放置灯条400的条形开孔；扩散板200安装在腔体500上，光学膜片100安装在扩散板200上，光学膜片100可通过膜片边缘的挂耳和腔体500顶面边缘固定位配合定位；灯条400包括覆铜电路PCB基板、CSP光源401、反射透镜600和连接器；其中，CSP光源401位于反射透镜600的入射面602形成的内凹部中心位置处。
图4为本实施例超薄型背光模组的混光原理图，当超薄背光模组只使用一条灯条时，单灯条需要照射的区域为矩形面光源，本发明实施例根据模组尺寸大小采用5～50PCS光源和2～10PCS反射透镜，每若干颗CSP光源对应一颗反射透镜，每颗反射透镜需要照射的区域A为双梯形面光源。由于照射的区域在Y方向(灯条轴线方向)和X方向(垂直于灯条轴线方向)偏差太大，传统透镜的圆形光斑混合，无法满足需求；本发明实施例的CSP光源所发出的光线，经过反射透镜600折射和反射后，形成类似于8数字型的双梯形光斑，梯形光斑长轴垂直灯条400轴线，短轴位于灯条400轴线上。梯形光斑短轴方向部分叠加混合，从而完成整个背光模组光线的均匀混合。
其中，覆铜电路PCB基板设有4个固定胶槽，并且4个固定胶槽非旋转对称，便于自动化贴片设备正确点胶固定反射透镜600，保证反射透镜600贴片的正确性。灯条400的PCB板为覆铜铝基板，表面油墨为高反油墨，所述灯条400数量为1PCS，根据模组尺寸大小，所述CSP光源数量为5～50PCS，反射透镜数量为2～10PCS，所述反射透镜外形为长方形；所述反射纸厚度0.18mm～0.3mm；所述扩散板200厚度为1.0～3mm。
反射透镜600使用反射偏光方式，将CSP光源401发出的光束整形后，光斑能量向垂直于灯条400光源排布方向偏移，从而扩大了在垂直于灯条光源排布方向的照射区域，使单条灯条背光模组，降低成本。
CSP光源401发出的光线，经过反射透镜600后，CSP光源401光线形成的圆形光斑被整形为类似于8数字型的双梯形光斑，大部分光线直射到扩散板200上，剩余部分光线投射到反射纸300上，经过反射纸300反射，再投射到扩散板200上。所有射向扩散板200的光线，在扩散板200的双向散射特性下，从扩散板200正面出射，再经过光学膜片100的匀光作用，从而形成高亮度且均匀亮度的面发光体。
其中，CSP光源401为芯片级封装Chip Scale Package，相比较于传统LED光源，CSP光源具有光源小、光密度高、光色一致性好等优点，更有利于设计生产高光效的背光模组。
在本实施例中，反射纸300包括1个底面反射纸、左右2个侧圆弧面反射纸和前后2个侧端面反射纸，反射纸300完全贴合在腔体500的内表面上；条形开孔设置在底面反射纸上，灯条400上的反射透镜600置于开孔中，反射纸300的开孔宽度大于或等于反射透镜600的宽度。
超薄型背光模组相比于传统直下式方案，光源集中在腔体500中心的灯条400上，背光模组由类似于8数字型双梯形光斑混合叠加，形成高亮度且均匀性高的面发光体，实现单条灯条背光模组，降低了成本。
其中，灯条400通过螺丝固定在腔体500背板上，灯条400装配完成后，从上往下装配反射纸300，反射纸300的条形开孔套入反射透镜600，反射纸300装配完成后，需保证反射的平整性，尽量减少反射纸300底面翘起和波浪形状，可以用双面胶固定在腔体500背板上，再将扩散板200装配在腔体500上，然后将光学膜片100安装到扩散板200上。
参阅图3，腔体500内表面自由曲面为B样条曲线，B样条曲线公式如下：
P(t)＝[(-P0+3P1-3P2+3P3)t3+(3P0-6P1+3P2)t2+(-3P0+3P2)t+(P0+4P1+P2)]/6
X(t)＝[(-X0+3X1-3X2+3X3)t3+(3X0-6X1+3X2)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6
Y(t)＝[(-Y0+3Y1-3Y2+3Y3)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6
其中，P0为已知点，P0坐标(0，0)，P4的坐标(X4，Y4)且200≤X4≤600，20≤Y4≤80；P1、P2和P3为优化控制点，P1、P2和P3的坐标为P1(X1，Y1)、P2(X2，Y2)和P3(X3，Y3)，且0＜X1＜X2＜X3＜600，0＜Y1＜Y2＜Y3＜80；t、t2、t3是按照相应的B样曲线公式计算出的B样曲线上的点，用绘直线段的方式依次这些点连接起来，就得到了相应的B样曲线。
其中，灯条400底面反射纸的面型为长方形自由曲面，且底面反射纸的宽度大于或等于灯条400的长度，底面反射纸的四周延伸至扩散板200的边缘。
其中，扩散板200下表面到腔体500上表面距离的尺寸范围为0～80mm；腔体500底部两侧呈圆弧形，中间厚两边薄，扩散板200下表面到腔体500底部平面距离的尺寸范围为20～80mm，腔体500两侧端面到扩散板200下表面的距离为0mm。
光学膜片100可选择为增亮膜、复合膜或者扩散膜。
图8为本实施例超薄背光模组的光路图，从反射透镜600射出的光线，部分直接射向扩散板100，部分光线经过反射纸300的反射再射向扩散板200，所有反射纸300射向扩散板200的光线，在扩散板200的双向散射特性下，从扩散板200正面出射，再经过光学膜片100的匀光作用，从而形成高亮度且均匀亮度的背光面发光体。
图9为本实施例反射透镜的配光曲线图，CSP光源401所发出的光束，通过入射面602在小于x°内折射于反射面605，通过反射面605反射往出射面601，CSP光源401发出光束，通过入射面602大于x°折射出出射面601，使CSP光源401所发出的主要光束，通过反射偏光透镜600，全投射于整个腔体已至到腔体左右两侧。其中x°的取值范围为30°～60°。
传统的背光模组外观老式，厚度均匀，无特殊亮点，本技术方案中背光模组的外观背面两边为圆弧形，中间厚两侧薄，使消费者观看时形成超薄形的视觉。
本实施例超薄型背光模组通过全新的反射透镜，使CSP光源的圆形光斑整形为类似于8数字型双梯形光斑，使用反射偏光的方式，单条灯条纵向放置腔体中间的方式进行投射，增加投射距离；光源集中在灯条上，相比传统直下式背光模组，可以减少成本较高的PCB板的数量，从而降低生产成本；同时双梯形光斑还可以提高模组边角亮度，从而提高整个背光模组的亮度均匀性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种反射透镜，其特征在于，反射透镜(600)包括出射面(601)、入射面(602)、底部雾面(603)、柱脚(604)和反射面(605)，所述入射面(602)为左右对称的内凹状，外部的CSP光源(401)位于所述入射面(602)的内凹中心位置处，所述底部雾面(603)与所述入射面(602)连接；所述出射面(601)分别连接所述底部雾面(603)和所述反射面(605)；所述出射面(601)和所述反射面(605)分别对称地设置在所述入射面(602)的左右两侧。
2.如权利要求1所述的反射透镜，其特征在于，所述反射透镜(600)由左右对称的两部分组成。
3.如权利要求1所述的反射透镜，其特征在于，所述反射面(605)为外凸的圆弧面，所述反射面(605)设置在所述反射透镜(600)上方位置。
4.如权利要求1所述的反射透镜，其特征在于，所述出射面(601)为倾斜面，所述出射面(601)与所述底部雾面(603)所成的夹角为锐角。
5.一种包括权利要求1所述反射透镜的超薄型背光模组，其特征在于，包括：光学膜片(100)、扩散板(200)、反射纸(300)、灯条(400)和腔体(500)，所述反射纸(300)安装在所述腔体(500)内表面上，所述灯条(400)安装在所述腔体(500)内表面中心位置处，所述反射纸(300)的底部设置有用于放置所述灯条(400)的条形开孔；所述扩散板(200)安装在所述腔体(500)上，所述光学膜片(100)安装在所述扩散板(200)上；所述灯条(400)包括PCB基板、CSP光源(401)、反射透镜(600)和连接器。
6.如权利要求5所述的超薄型背光模组，其特征在于，所述反射纸(300)包括1个底面反射纸、左右2个侧圆弧面反射纸和前后2个侧端面反射纸。
7.如权利要求5所述的超薄型背光模组，其特征在于，所述腔体(500)内表面自由曲面为B样条曲线，B样条曲线公式如下：
P(t)＝[(-P0+3P1-3P2+3P3)t3+(3P0-6P1+3P2)t2+(-3P0+3P2)t+(P0+4P1+P2)]/6
X(t)＝[(-X0+3X1-3X2+3X3)t3+(3X0-6X1+3X2)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6
Y(t)＝[(-Y0+3Y1-3Y2+3Y3)t3+(3Y0-6Y1+3Y2)t2+(-3Y0+3Y2)t+(Y0+4Y1+Y2)]/6
其中，P0为已知点，P0坐标(0，0)，P4的坐标(X4，Y4)且200≤X4≤600，20≤Y4≤80；P1、P2和P3为优化控制点，P1、P2和P3的坐标为P1(X1，Y1)、P2(X2，Y2)和P3(X3，Y3)，且0＜X1＜X2＜X3＜600，0＜Y1＜Y2＜Y3＜80。
8.如权利要求5所述的超薄型背光模组，其特征在于，所述灯条(400)底面反射纸的面型为长方形自由曲面，且底面反射纸的宽度大于或等于所述灯条(400)的长度，所述底面反射纸的四周延伸至所述扩散板(200)的边缘。
9.如权利要求5所述的超薄型背光模组，其特征在于，所述扩散板(200)下表面到所述腔体(500)上表面距离的尺寸范围为0～80mm。
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