CN108008568B - 透镜、背光模组及液晶显示设备 - Google Patents

透镜、背光模组及液晶显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种透镜，所述透镜包括相对设置的顶面和底面及连接所述顶面与所述底面的侧壁，所述底面位于所述透镜面对所述灯板的一侧，所述底面与所述灯板之间用于容纳发光二极管芯片，所述侧壁在平行于所述底面的任意平面的截面轮廓包括四个依次首尾相连的弧形段，所述截面轮廓的中心与两个相邻的所述弧形段的交点的连线形成第一直线，所述第一直线与所述弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，所述侧壁为出光面。本发明还公布了一种背光模组和液晶显示设备。出光亮度呈方形分布，相邻的发光二极管芯片的交叠区域的光线亮度较大，相同面积下需要使用的发光二极管芯片的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。

Description

透镜、背光模组及液晶显示设备
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其是涉及一种透镜、背光模组及液晶显示设备。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)在现代显示设备中的具有不可替代的地位，它被广泛用于便携式移动电子产品的显示设备，如手机，数码相机，掌上电脑，GPRS等移动产品。液晶显示器一般由背光模组提供背光源照亮液晶显示面板以显示图像，直下式背光模组的光源由排列在灯板上的自发光的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)芯片提供。直下式背光模组中，常用发光二极管芯片搭配二次透镜使用，以保证相同面积下更少发光二极管芯片颗数。
现有技术中，发光二极管芯片搭配常用的二次透镜后出光分布为圆形，圆形出光在混光过程中必然出现交叠区域的光线不足，发光二极管芯片之间的混光效果不均匀，若提高交叠区域的光线亮度则需要减小发光二极管芯片之间的间距，导致相同面积下需要使用的发光二极管芯片的颗数增多，加大了背光模组的生产及维修成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种透镜、背光模组及液晶显示设备，用以解决现有技术中多颗发光二极管芯片拼接时交叠区域光线不足，混光效果不均匀，发光二极管芯片之间的间距小的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种透镜，用于安装至背光模组的灯板，所述透镜包括相对设置的顶面和底面及连接所述顶面与所述底面的侧壁，所述底面位于所述透镜面对所述灯板的一侧，所述底面与所述灯板之间用于容纳发光二极管芯片，所述侧壁在平行于所述底面的任意平面的截面轮廓包括四个依次首尾相连的弧形段，所述截面轮廓的中心与两个相邻的所述弧形段的交点的连线形成第一直线，所述第一直线与所述弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，所述侧壁为出光面。
一种实施方式中，所述弧形段包括相对设置的第一弧形段与第二弧形段，所述第一弧形段的圆心位于所述第二弧形段上。
一种实施方式中，所述截面轮廓的中心与所述第一弧形段的圆心的连线形成第二直线，所述第二直线与所述截面轮廓的内截方形的交点距离所述截面轮廓的中心的长度为x1，所述第二直线与所述第一弧形段的交点距离所述截面轮廓的中心的长度为x2，所述第二直线与所述截面轮廓的外接圆的交点距离所述截面轮廓的中心的长度为x3，满足x2＝(x1+x3)/2。
一种实施方式中，所述透镜为折返式透镜。
一种实施方式中，所述透镜为折射式透镜，所述顶面在平行于所述底面的任意平面的顶面截面轮廓包括四个依次首尾相连的顶面弧形段，所述顶面截面轮廓的中心与两个相邻的所述顶面弧形段的交点的连线形成第三直线，所述第三直线与所述顶面弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，从所述侧壁和所述顶面为出光面。
一种实施方式中，所述底面设有凹槽，所述凹槽的内壁面在平行于所述底面的任意平面的底面截面轮廓包括四个依次首尾相连的所述底面弧形段，所述底面截面轮廓的中心与两个相邻的所述底面弧形段的交点的连线形成第四直线，所述第四直线与所述底面弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，从所述侧壁和所述顶面为出光面。
一种实施方式中，所述顶面、所述侧壁及所述底面为雾化面。
本发明还提供一种背光模组，所述背光模组包括灯板、发光二极管芯片及以上任意一项所述的透镜，所述透镜安装于所述灯板上，所述发光二极管芯片位于所述透镜与所述灯板之间，以使所述发光二极管芯片发出的光线从所述底面进入所述透镜后，从所述侧壁或所述侧壁和所述顶面射出。
一种实施方式中，所述透镜阵列排布在所述灯板上，并且相邻的所述透镜的所述弧形段的所述侧壁相对。
本发明还提供一种液晶显示设备，所述液晶显示设备包括以上任意一项所述背光模组。
本发明的有益效果如下：透镜的侧壁的截面轮廓包括四个依次相连的弧形段，发光二极管芯片射入透镜后从透镜的侧壁射出，由于第一直线与弧形段的切线的夹角小于透镜的临界内全反射角，出光亮度呈方形分布，保持发光二极管芯片之间较大的间距的情况下，相邻的发光二极管芯片的交叠区域的光线亮度较大，发光二极管芯片之间的混光效果均匀，相同面积下需要使用的发光二极管芯片的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。
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明显变形方式。
图1和图2为本发明实施例一提供的透镜的结构示意图。
图3为本发明实施例一提供的透镜的俯视图。
图4为本发明实施例一提供的透镜的剖视图。
图5和图6为侧壁的截面轮廓示意图。
图7为本发明实施例一提供的透镜的光路示意图。
图8为本发明实施例二提供的透镜的光路示意图。
图9为顶面的截面轮廓示意图。
图10为内壁面的截面轮廓示意图。
图11为本发明实施例提供的背光模组的结构示意图。
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。
液晶显示设备的背光模组一般包括灯板30和多个发光二极管芯片20，发光二极管芯片20阵列排布于灯板30上，发光二极管芯片20通电后发光，以作为背光模组的光源。一种实施方式中，灯板30为PCB板。具体的，背光模组为直下式背光模组，发光二极管芯片20位于背光模组的底层，发光二极管芯片20发出的光线经过扩散片、棱镜片处理后形成均匀的背光源，直下式背光模组具有良好的出光视角、光利用效率高、结构简单的特点。
请一并参阅1至图4，本发明实施例提供的透镜10包括相对设置的顶面12和底面14及连接顶面12与底面14的侧壁16，底面14位于透镜10面对灯板30的一侧，发光二极管芯片20位于底面14与灯板30之间。本实施例中，发光二极管芯片20为顶面12发光结构，顶面12发光的发光二极管芯片20一般为矩形，发光二极管芯片20的底面14用于焊接于灯板30上，一种实施方式中，发光二极管芯片20的底面14通过支架固定于灯板30上，并且发光二极管芯片20与灯板30内部电连接，灯板30向发光二极管芯片20提供发光所需的电源。
结合图5，侧壁16在平行于底面14的任意平面的截面轮廓包括四个依次相连的弧形段18，一种实施方式中，四个弧形段18首尾相连形成封闭的图形，并且四个弧形段18为长度、弧度相同的弧形段18，弧形段18向背离截面轮廓的中心O方向弯曲，以上可以称为对侧壁16方形化。一种实施方式中，四个弧形段18的连接方式类似方形。一种实施方式中，弧形段18为圆形的一段圆弧。
本实施例中，第一直线L1连接截面轮廓的中心O与两个相邻的弧形段18的交点，第一直线L1与弧形段18的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角。具体的，透镜10的临界内全反射角与透镜10的材料有关，一种实施方式中，透镜10的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，临界内全反射角为42.2°。由于第一直线L1与弧形段18的切线的夹角α小于透镜10的临界内全反射角，出光亮度呈方形分布。
结合图7，本实施例中，透镜10为折返式透镜10，发光二极管芯片20的顶面12发出光线进入透镜10内后，在透镜10的顶面12发生全反射，仅从侧壁16射出透镜10。本实施例中，顶面12设有凹陷120，凹陷120的内壁用于将从底面14进入透镜10的光线在凹陷120的内壁反射后指向透镜10的侧壁16，即改变光路以有利于光线从侧壁16射出。一种实施方式中，凹陷120的横截面为圆形，以向各个角度均匀的反射光线。本实施例中，底面14设有凹槽140，凹槽140的内壁用于将光线从底面14进入透镜10后均匀的在透镜10内传播。一种实施方式中，凹槽140的横截面为圆形，以使进入透镜10的光线向透镜10内的各个角度均匀传播。
透镜10的侧壁16的截面轮廓包括四个依次相连的弧形段18，发光二极管芯片20射入透镜10后从透镜10的侧壁16射出，由于第一直线L1与弧形段18的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角，出光亮度呈方形分布，保持发光二极管芯片20之间较大的间距的情况下，相邻的发光二极管芯片20的交叠区域的光线亮度较大，发光二极管芯片20之间的混光效果均匀，相同面积下需要使用的发光二极管芯片20的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。
一种实施方式中，透镜10的侧壁16为经过雾化处理的雾化面，以使从侧壁16出射的光线均匀。
本实施例中，弧形段18包括相对设置的第一弧形段182与第二弧形段184，第一弧形段182的圆心O’位于第二弧形段184上。具体的，四个弧形段18包括两对相对设置的第一弧形段182与第二弧形段184，每一个第一弧形段182的圆心O’位于相对的第二弧形段184上，每一个第二弧形段184的圆心O’位于相对的第一弧形段182上。保证透镜10的侧壁16出射的光线为方形分布，并且均匀分布。
本实施例中，结合图6，第二直线L2连接截面轮廓的中心O与第一弧形段182的圆心O’，第二直线L2与截面轮廓的内截方形192的交点距离截面轮廓的中心O的长度为x1，第二直线L2与第一弧形段182的交点距离截面轮廓的中心O的长度为x2，第二直线L2与截面轮廓的外接圆194的交点距离截面轮廓的中心O的长度为x3，满足x2＝(x1+x3)/2。本发明实施例提供的透镜10不仅能够有效的实现透镜10出光亮度分布的方形化，同时实现在出光0°与45°方向上亮度分布为近高斯分布。具体的，以第一直线L1为45°线。
透镜10的侧壁16的截面轮廓包括四个依次相连的弧形段18，发光二极管芯片20射入透镜10后从透镜10的侧壁16射出，由于第一直线L1与弧形段18的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角，出光亮度呈方形分布，保持发光二极管芯片20之间较大的间距的情况下，相邻的发光二极管芯片20的交叠区域的光线亮度较大，发光二极管芯片20之间的混光效果均匀，相同面积下需要使用的发光二极管芯片20的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。
本发明实施例二提供的透镜10与实施例一的区别在于，透镜10为折射式透镜10。结合图8，发光二极管芯片20发出的光线从底面14进入透镜10后，可以从透镜10的顶面12和侧壁16同时射出，进一步增大了透镜10的出光亮度。
本实施例中，顶面12也方形化，具体的，结合图9，顶面12在平行于底面14的任意平面的顶面截面轮廓包括四个依次相连的顶面弧形段22，第三直线L3连接顶面截面轮廓的中心O与两个相邻的顶面弧形段22的交点，第三直线L3与顶面弧形段22的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角，发光二极管芯片20发出的光线从底面14进入透镜10后，从侧壁16和顶面12射出。透镜10从顶面12和侧壁16射出的光线均呈方形分布，保持发光二极管芯片20之间较大的间距的情况下，相邻的发光二极管芯片20的交叠区域的光线亮度较大，发光二极管芯片20之间的混光效果均匀，相同面积下需要使用的发光二极管芯片20的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。
透镜10的侧壁16和顶面12的截面轮廓包括四个依次相连的弧形段18，发光二极管芯片20射入透镜10后从透镜10的侧壁16和顶面12射出，由于第一直线L1与弧形段18的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角，出光亮度呈方形分布，保持发光二极管芯片20之间较大的间距的情况下，相邻的发光二极管芯片20的交叠区域的光线亮度较大，发光二极管芯片20之间的混光效果均匀，相同面积下需要使用的发光二极管芯片20的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。
本实施例中，结合图8，底面14设有凹槽140，凹槽140的内壁面在平行于底面14的任意平面的底面截面轮廓包括四个依次相连的底面弧形段24，第四直线L4连接底面截面轮廓的中心O与两个相邻的底面弧形段24的交点，第四直线L4与底面弧形段24的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角，发光二极管芯片20发出的光线从底面14进入透镜10后，从侧壁16和顶面12射出。具体的，入光面也方形化，从而提高出光亮度方形分布的效果。
一种实施方式中，透镜10的侧壁16、底面14及顶面12均为经过雾化处理的雾化面，以使从透镜10出射的光线均匀。
本发明实施例还提供一种背光模组100，背光模组100包括灯板30、发光二极管芯片20及本发明实施例提供的透镜10，透镜10安装于灯板30上，发光二极管芯片20位于透镜10与灯板30之间，以使发光二极管芯片20发出的光线从底面14进入透镜10后，从侧壁16或侧壁16和顶面12射出。
结合图9，透镜10阵列排布在灯板30上，并且相邻的透镜10的弧形段18的侧壁16相对，从而使方形分布的光照的边与边拼接，使混光效果均匀。
透镜10的侧壁16的截面轮廓包括四个依次相连的弧形段18，发光二极管芯片20射入透镜10后从透镜10的侧壁16射出，由于第一直线L1与弧形段18的切线的夹角小于透镜10的临界内全反射角，出光亮度呈方形分布，保持发光二极管芯片20之间较大的间距的情况下，相邻的发光二极管芯片20的交叠区域的光线亮度较大，发光二极管芯片20之间的混光效果均匀，相同面积下需要使用的发光二极管芯片20的颗数少，降低了背光模组的生产及维修成本。
本发明还提供一种液晶显示设备，液晶显示设备包括本发明实施例提供的背光模组。液晶显示设备为手机，数码相机，掌上电脑，GPRS等移动产品。
以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种透镜，用于安装至背光模组的灯板，其特征在于，所述透镜包括相对设置的顶面和底面及连接所述顶面与所述底面的侧壁，所述底面位于所述透镜面对所述灯板的一侧，所述底面与所述灯板之间用于容纳发光二极管芯片，所述侧壁在平行于所述底面的任意平面的截面轮廓包括四个依次首尾相连的弧形段，所述截面轮廓的中心与两个相邻的所述弧形段的交点的连线形成第一直线，所述第一直线与所述弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，所述侧壁为出光面。
2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述弧形段包括相对设置的第一弧形段与第二弧形段，所述第一弧形段的圆心位于所述第二弧形段上。
3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述截面轮廓的中心与所述第一弧形段的圆心的连线形成第二直线，所述第二直线与所述截面轮廓的内截方形的交点距离所述截面轮廓的中心的长度为x1，所述第二直线与所述第一弧形段的交点距离所述截面轮廓的中心的长度为x2，所述第二直线与所述截面轮廓的外接圆的交点距离所述截面轮廓的中心的长度为x3，满足x2＝(x1+x3)/2。
4.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述透镜为折返式透镜。
5.根据权利要求3所述的透镜，其特征在于，所述透镜为折射式透镜，所述顶面在平行于所述底面的任意平面的顶面截面轮廓包括四个依次首尾相连的顶面弧形段，所述顶面截面轮廓的中心与两个相邻的所述顶面弧形段的交点的连线形成第三直线，所述第三直线与所述顶面弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，从所述侧壁和所述顶面为出光面。
6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述底面设有凹槽，所述凹槽的内壁面在平行于所述底面的任意平面的底面截面轮廓包括四个依次首尾相连的所述底面弧形段，所述底面截面轮廓的中心与两个相邻的所述底面弧形段的交点的连线形成第四直线，所述第四直线与所述底面弧形段的切线的夹角小于所述透镜的临界内全反射角，所述底面为入光面，从所述侧壁和所述顶面为出光面。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的透镜，其特征在于，所述顶面、所述侧壁及所述底面为雾化面。
8.一种背光模组，其特征在于，所述背光模组包括灯板、发光二极管芯片及权利要求1至7任意一项所述的透镜，所述透镜安装于所述灯板上，所述发光二极管芯片位于所述透镜与所述灯板之间，以使所述发光二极管芯片发出的光线从所述底面进入所述透镜后，从所述侧壁或所述侧壁和所述顶面射出。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于，所述透镜阵列排布在所述灯板上，并且相邻的所述透镜的所述弧形段的所述侧壁相对。
10.一种液晶显示设备，其特征在于，所述液晶显示设备包括权利要求8至9任意一项所述背光模组。
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