CN109541845A - 透镜结构、灯带和背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种透镜结构、灯带和背光模组,所述透镜结构包括:底面,所述底面是轴对称的平面结构;入光面,所述入光面为轴对称结构,其几何中心在所述底面上的投影位于所述底面的对称轴上且不与底面的几何中心重合,用于对从光源射入的光进行导向操作;反射面,所述反射面为轴对称结构,用于对从所述入光面进入的至少部分入射光线进行全反射操作;以及出光面,所述出光面为轴对称结构,用于使得具有设定入射角的入射光线出射;其中,所述底面、入光面、反射面和出光面的对称轴在地面上的合影重合。
Description
技术领域
本发明涉及电子显示领域,尤其涉及一种透镜结构、灯带和背光模组。
背景技术
在电子显示领域,直下式液晶显示屏具有极高的性价比,被广泛应用于液晶显示设备中。目前,为了进一步节约成本,显示屏中的背光光源数量已经被缩小到极限。现有技术中的单一灯条背光结构能够最大限度的减小成本。然而这种设计方案,通常要求背光模组的混光高度在30mm以上,此时背光模组整体厚度较厚,看上去比较笨重。为了进一步提高用户体验,需要对此方案进行改进,使显示设备实现视觉上的纤薄化。
发明内容
本发明提供一种透镜结构、灯带和背光模组,以实现显示设备实现视觉上的纤薄化。
具体的,本发明提供了一种透镜结构,其包括:
底面,所述底面是轴对称的平面结构;
入光面,所述入光面为轴对称结构,其几何中心在所述底面上的投影位于所述底面的对称轴上且不与底面的几何中心重合,用于对从光源射入的光进行导向操作;
反射面,所述反射面为轴对称结构,用于对从所述入光面进入的至少部分入射光线进行全反射操作;以及
出光面,所述出光面为轴对称结构,用于使得具有设定入射角的入射光线出射;其中,
所述底面、入光面、反射面和出光面的对称轴在地面上的合影重合。
根据本发明的其中一个方面,所述底面为不规则的环形结构,包括内侧边界和外侧边界;其中,
所述外侧边界包括第一边界、第二边界和对称轴;所述对称轴具有第一端点、中心点和第二端点;所述第一边界从具有第一顶点和第一拐点,连接所述第一端点和第一顶点的第一曲线、连接所述第一顶点和第一拐点的第一直线,以及连接所述第一拐点和第二端点的第二曲线构成所述第一边界;所述第二边界和第一边界沿所述对称轴对称。
根据本发明的其中一个方面,所述内侧边界为椭圆形结构,所述椭圆形结构的几何中心点位于所述对称轴的第一端点和中心点之间,所述椭圆形结构的长轴小于所述第一端点和中心点之间距离的二分之一。
根据本发明的其中一个方面,所述入光面为自所述底面的内侧边界向上拱起形成的连续光滑曲面,所述入光面具有第二顶点和第二拐点,连接内侧边界和第二顶点的第一内曲面、连接所述第二顶点和第二拐点的第一内平面,以及连接所述第二拐点和所述内侧边界轴的第二内曲面构成所述入光面。
根据本发明的其中一个方面,所述反射面为自所述底面的第一边界和第二边界的第一曲线向上拱起的光滑连续曲面,所述反射面具有第三顶点,第一边界的第一曲线、第二边界的第一曲线、连接所述第三顶点和所述第一边界的第一顶点的光滑弧线、以及连接所述第三顶点和所述第二边界的第一顶点的光滑弧线共同构成所述反射面的边界;所述第三顶点在所述底面上的投影为所述第一边界的第一顶点和第二边界的第一顶点之间的连线与所述底面对称轴的交点。
根据本发明的其中一个方面,所述出光面为自所述底面的第一边界和第二边界的第一直线和第二曲线向上拱起的连续曲面,所述出光面具有第三拐点,第一边界的第一直线和第二曲线、第二边界的第一直线和第二曲线、连接所述第三顶点和所述第一边界的第一顶点的光滑弧线、以及连接所述第三顶点和所述第二边界的第一顶点的光滑弧线共同构成所述出光面的边界;所述第三拐点在所述底面上的投影为所述第一边界的第一拐点和第二边界的第一拐点之间的连线与所述底面对称轴的交点。
根据本发明的其中一个方面,所述入光面的第二顶点在所述对称轴上的投影位于所述椭圆形结构的几何中心点和第一端点之间。
根据本发明的其中一个方面,所述第一内曲面上任意一点的切线与所述对称轴的夹角θ1的绝对值小于等于80°,所述第二内曲面上任意一点的切线与所述对称轴的夹角θ的绝对值小于等于90°;
所述第一内平面上的任意一点与垂直方向的夹角为α,其中,当该点为第二顶点时,α的绝对值为30°,当该点为第二拐点时,α的绝对值为60°。
根据本发明的其中一个方面,所述反射面为抛物面,所述反射面上的任意一点与所述对称轴的夹角为θ2,背光光源的光线经第一内平面后在所述反射面内全反射;当α<θ时,θ2=90-α+θ,当α>θ时,θ2=90-α-θ。
根据本发明的其中一个方面,所述第三顶点和第三拐点的连线与垂直方向的夹角为β,其中,0<β<5°。
相应的,本发明还提供了一种背光模组的灯带,所述灯带应用了如前所述的透镜结构。
相应的,本发明还提供了一种背光模组,其特包括如前所述的灯带,所述灯带的数目为1条,所述液晶显示设备沿与显示屏垂直方向的截面为直角梯形,所述灯带位于所述梯形平行的两条边之间。
本发明的有益效果为:提出了一种通过水平方向与垂直方向的不对称的二次透镜结构,能够将单一灯带的位置下移,使灯带在处于显示屏下方时依然可以实现均匀混光,从而可以将液晶显示设备设置为截面为梯形的结构,以实现显示设备实现视觉上的纤薄化,同时进一步减小了成本。
附图说明
图1为本发明一个实施例中的透镜结构的侧视图;
图2为本发明一个实施例中的透镜结构的俯视图;
图3为本发明一个实施例中的透镜结构的侧视光路图;
图4为本发明另一个实施例中的透镜结构的侧视光路图;
图5为本发明一个实施例中的背光模组的侧视图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示,用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语,例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等,仅是参考附加图式的方向。因此,使用的方向用语是用以说明及理解本发明,而非用以限制本发明。在图中,结构相似的单元是用以相同标号表示。
为了实现显示设备实现视觉上的纤薄化,本发明提供一种透镜结构、灯带和背光模组。下面将结合附图对本发明进行详细说明。
首先,参见图1和图2,图1为本发明一个实施例中的透镜结构的侧视图,图2为本发明一个实施例中的透镜结构的俯视图。具体的,该透镜结构包括:底面,所述底面是轴对称的平面结构;入光面,所述入光面为轴对称结构,其几何中心在所述底面上的投影位于所述底面的对称轴上且不与底面的几何中心重合,用于对从光源射入的光进行导向操作;反射面,所述反射面为轴对称结构,用于对从所述入光面进入的至少部分入射光线进行全反射操作;以及出光面,所述出光面为轴对称结构,用于使得具有设定入射角的入射光线出射;其中,所述底面、入光面、反射面和出光面的对称轴在地面上的合影重合。
具体的,所述底面为不规则的环形结构,包括内侧边界和外侧边界。
在本实施例中,所述外侧边界包括第一边界、第二边界和对称轴;所述对称轴具有第一端点E、中心点和第二端点F;所述第一边界从具有第一顶点X和第一拐点Y,连接所述第一端点E和第一顶点X的第一曲线、连接所述第一顶点X和第一拐点Y的第一直线,以及连接所述第一拐点Y和第二端点F的第二曲线构成所述第一边界;所述第二边界和第一边界沿所述对称轴对称。
在本实施例中,所述内侧边界为椭圆形结构,所述椭圆形结构的几何中心点位于所述对称轴的第一端点E和中心点之间,所述椭圆形结构的长轴小于所述第一端点E和中心点之间距离的二分之一。
在本实施例中,所述入光面为自所述底面的内侧边界向上拱起形成的连续光滑曲面,所述入光面具有第二顶点A和第二拐点B,连接内侧边界和第二顶点A的第一内曲面、连接所述第二顶点A和第二拐点B的第一内平面,以及连接所述第二拐点B和所述内侧边界轴的第二内曲面构成所述入光面。
具体的,在本实施例中,所述第一内曲面上任意一点的切线与所述对称轴的夹角θ1的绝对值小于等于80°,所述第二内曲面上任意一点的切线与所述对称轴的夹角θ的绝对值小于等于90°;所述第一内平面上的任意一点与垂直方向的夹角为α,其中,当该点为第二顶点A时,α的绝对值为30°,当该点为第二拐点B时,α的绝对值为60°。
所述入光面的第二顶点A在所述对称轴上的投影位于所述椭圆形结构的几何中心点和第一端点E之间。
在本实施例中,所述反射面为自所述底面的第一边界和第二边界的第一曲线向上拱起的光滑连续曲面,所述反射面具有第三顶点W,第一边界的第一曲线、第二边界的第一曲线、连接所述第三顶点W和所述第一边界的第一顶点X的光滑弧线、以及连接所述第三顶点W和所述第二边界的第一顶点X的光滑弧线共同构成所述反射面的边界;所述第三顶点W在所述底面上的投影为所述第一边界的第一顶点X和第二边界的第一顶点X之间的连线与所述底面对称轴的交点。
在本实施例中,所述出光面为自所述底面的第一边界和第二边界的第一直线和第二曲线向上拱起的连续曲面,所述出光面具有第三拐点M,第一边界的第一直线和第二曲线、第二边界的第一直线和第二曲线、连接所述第三顶点W和所述第一边界的第一顶点X的光滑弧线、以及连接所述第三顶点W和所述第二边界的第一顶点X的光滑弧线共同构成所述出光面的边界;所述第三拐点M在所述底面上的投影为所述第一边界的第一拐点Y和第二边界的第一拐点Y之间的连线与所述底面对称轴的交点。
具体的,在本实施例中,所述反射面为抛物面,所述反射面上的任意一点与所述对称轴的夹角为θ2,背光光源的光线经第一内平面后在所述反射面内全反射;当α<θ时,θ2=90-α+θ,当α>θ时,θ2=90-α-θ;所述第三顶点W和第三拐点M的连线与垂直方向的夹角为β,其中,0<β<5°。
优选的,本实施例中,制造所述透镜的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate,PMMA),通常称为亚克力(Acrylic)或有机玻璃,具有高透明度、低价格、易于机械加工等优点。其折射率通常在1.5左右,其对应的垂直折射角约为55°,即当入射光线的入射角大于55°时,光线将无法从其中穿出,而是会发生全反射。
参见图3和图4,图3为本发明一个实施例中的透镜结构的侧视光路图,图4为本发明另一个实施例中的透镜结构的侧视光路图。其中,图3为从光源中心发出的光线的可能光路图,从光源中心发出的光线,其经过入光面进入透镜后,一部分光线到达反射面,一部分光线到达入射面。到达反射面的光线一部分入射角小于垂直折射角,直接从反射面中透出;另一部分入射角大于垂直折射角,被反射面反射之后从出射面射出。图4为从光源侧边发出的光线的可能光路图,其光路与图3类似。同理,为了避免光线射向底面,入射角大于垂直折射角的光线会被全反射,经反射面射出。
本发明提出了一种通过水平方向与垂直方向的不对称的透镜结构,能够将单一灯带的位置下移,使灯带在处于显示屏下方时依然可以实现均匀混光,从而可以将液晶显示设备设置为截面为梯形的结构,以实现显示设备实现视觉上的纤薄化,同时进一步减小了成本。
相应的,本发明还提供了一种背光模组的灯带,所述灯带应用了如前所述的透镜结构。
相应的,如图5所示,本发明还提供了一种背光模组,其包括如前所述的灯带,所述灯带的数目为1条,所述液晶显示设备沿与显示屏垂直方向的截面为直角梯形,所述灯带位于所述梯形平行的两条边之间。
综上所述,虽然本发明已以优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本发明,本领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与润饰,因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种透镜结构,其特征在于,包括:
底面,所述底面是轴对称的平面结构;
入光面,所述入光面为轴对称结构,其几何中心在所述底面上的投影位于所述底面的对称轴上且不与底面的几何中心重合,用于对从光源射入的光进行导向操作;
反射面,所述反射面为轴对称结构,用于对从所述入光面进入的至少部分入射光线进行全反射操作;以及
出光面,所述出光面为轴对称结构,用于使得具有设定入射角的入射光线出射;其中,
所述底面、入光面、反射面和出光面的对称轴在地面上的合影重合。
2.根据权利要求1所述的透镜结构,其特征在于,所述底面为不规则的环形结构,包括内侧边界和外侧边界;其中,
所述外侧边界包括第一边界、第二边界和对称轴;所述对称轴具有第一端点、中心点和第二端点;所述第一边界从具有第一顶点和第一拐点,连接所述第一端点和第一顶点的第一曲线、连接所述第一顶点和第一拐点的第一直线,以及连接所述第一拐点和第二端点的第二曲线构成所述第一边界;所述第二边界和第一边界沿所述对称轴对称。
3.根据权利要求2所述的透镜结构,其特征在于,所述内侧边界为椭圆形结构,所述椭圆形结构的几何中心点位于所述对称轴的第一端点和中心点之间,所述椭圆形结构的长轴小于所述第一端点和中心点之间距离的二分之一。
4.根据权利要求3所述的透镜结构,其特征在于,所述入光面为自所述底面的内侧边界向上拱起形成的连续光滑曲面,所述入光面具有第二顶点和第二拐点,连接内侧边界和第二顶点的第一内曲面、连接所述第二顶点和第二拐点的第一内平面,以及连接所述第二拐点和所述内侧边界轴的第二内曲面构成所述入光面。
5.根据权利要求4所述的透镜结构,其特征在于,所述反射面为自所述底面的第一边界和第二边界的第一曲线向上拱起的光滑连续曲面,所述反射面具有第三顶点,第一边界的第一曲线、第二边界的第一曲线、连接所述第三顶点和所述第一边界的第一顶点的光滑弧线、以及连接所述第三顶点和所述第二边界的第一顶点的光滑弧线共同构成所述反射面的边界;所述第三顶点在所述底面上的投影为所述第一边界的第一顶点和第二边界的第一顶点之间的连线与所述底面对称轴的交点。
6.根据权利要求5所述的透镜结构,其特征在于,所述出光面为自所述底面的第一边界和第二边界的第一直线和第二曲线向上拱起的连续曲面,所述出光面具有第三拐点,第一边界的第一直线和第二曲线、第二边界的第一直线和第二曲线、连接所述第三顶点和所述第一边界的第一顶点的光滑弧线、以及连接所述第三顶点和所述第二边界的第一顶点的光滑弧线共同构成所述出光面的边界;所述第三拐点在所述底面上的投影为所述第一边界的第一拐点和第二边界的第一拐点之间的连线与所述底面对称轴的交点。
7.根据权利要求6所述的透镜结构,其特征在于,所述入光面的第二顶点在所述对称轴上的投影位于所述椭圆形结构的几何中心点和第一端点之间。
8.根据权利要求7所述的透镜结构,其特征在于,所述第一内曲面上任意一点的切线与所述对称轴的夹角θ1的绝对值小于等于80°,所述第二内曲面上任意一点的切线与所述对称轴的夹角θ的绝对值小于等于90°;
所述第一内平面上的任意一点与垂直方向的夹角为α,其中,当该点为第二顶点时,α的绝对值为30°,当该点为第二拐点时,α的绝对值为60°。
9.根据权利要求8所述的透镜结构,其特征在于,所述反射面为抛物面,所述反射面上的任意一点与所述对称轴的夹角为θ2,背光光源的光线经第一内平面后在所述反射面内全反射;当α<θ时,θ2=90-α+θ,当α>θ时,θ2=90-α-θ。
10.根据权利要求9所述的透镜结构,其特征在于,所述第三顶点和第三拐点的连线与垂直方向的夹角为β,其中,0<β<5°。
11.一种背光模组的灯带,其特征在于,所述灯带应用了如权利要求1所述的透镜结构。
12.一种背光模组,其特征在于,包括权利要求11所述的灯带,其特征在于,所述灯带的数目为1条,所述液晶显示设备沿与显示屏垂直方向的截面为直角梯形,所述灯带位于所述梯形平行的两条边之间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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