CN110007378A - 一种非对称式透镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非对称式透镜，所述非对称式透镜包括：入光面、反射面、出光面和底面，所述入光面包括第一入光面和第二入光面,所述出光面包括第一出光面、第二出光面和第三出光面，所述第二入光面相对于背光源中心点为内凹面，所述第三出光面相较于所述背光源中心点为外凸面，所述反射面截面形状为类抛物线状，所述底面为平面，使光源不同部位发出的入射光线能够从透镜中均匀射出，实现直下式背光模组中单一灯条结构设计，从而有效减少灯条中其他部件的数量，实现成本极致降低。

Description

一种非对称式透镜

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及一种非对称式透镜。

背景技术

液晶显示器作为人与信息的沟通界面，是当前主流的显示方式。它具有高空间利用率、无辐射以及低电磁干扰等优越特性，在电视、手机、平板电脑等信息沟通工具中广泛使用。

直下式液晶显示模组结构作为液晶显示模组的主流结构，因其优越的成本优势，被业界广泛使用。其结构特征在于LED光源放置于液晶显示面板的背面。其光学原理为：通过LED光源搭配二次透镜实现光均匀控制。

二次透镜的控光能力决定了背光中LED数量以及光学品味。随着透镜开发日趋成熟，在获得目标亮度前提下，液晶显示模组中，LED数量已趋于极限值。通过以往常规减少LED数量来达成降低制造成本的方式已不再能够有效实现。

综上所述，现有直下式液晶面板中LED数量已趋于极限值，无法通过减少LED数量来降低直下式背光成本。故，有必要提供一种非对称式透镜来进一步降低直下式背光成本。

发明内容

本发明提供一种非对称式透镜，用于解决现有技术无法通过减少LED数量来降低直下式背光成本的问题。

本发明提供的一种非对称式透镜，所述非对称式透镜包括：入光面、反射面、出光面和底面；

所述入光面包括第一入光面和第二入光面,所述出光面包括第一出光面、第二出光面和第三出光面；

所述第二入光面相对于背光源中心点为内凹面；

所述第三出光面相较于所述背光源中心点为外凸面；

所述反射面截面形状为类抛物线状；

所述底面为平面；

所述第一入光面与所述第二入光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述连接面与所述第二入光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述反射面与所述连接面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第一出光面与所述反射面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第二出光面与所述第一出光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第三出光面与所述第二出光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述底面与所述第三出光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第一入光面与所述底面相连接并且其连接处呈一转折角，以与各面垂直的剖面方向的视角，所述第一入光面、所述第二入光面、所述连接面、所述反射面、所述第一出光面、所述第二出光面、所述第三出光面以及所述底面所形成的剖面形状呈现为一封闭的多边形。

根据本发明一优选实施例，所述第一入光面上任意一点和所述背光源中心点的连线与所述非对称式透镜的光轴夹角为θ，所述连线的长度随着所述夹角θ的增大而减小。

根据本发明一优选实施例，所述第一入光面和所述第二入光面的交点与所述背光源中心点的连线与所述光轴的夹角不大于30°。

根据本发明一优选实施例，所述第二入光面上任意一点的切线与所述光轴夹角为α，所述任意一点和所述背光源中心点的连线与光轴夹角为θ1，所述任意一点到所述非对称式透镜x轴的距离随着所述夹角θ1的增大而减小。

根据本发明一优选实施例，所述第二入光面上任意一点到所述非对称式透镜x轴的距离随着所述夹角θ1的增大而减小，且减小的速率逐渐降低，所述夹角α随所述夹角θ1的增大而减小。

根据本发明一优选实施例，所述夹角α为常数，所述第二入光面上任意一点到所述非对称式透镜x轴的距离随着所述夹角θ1的增大而呈线性减小。

根据本发明一优选实施例，所述反射面上任意一点的切线与所述光轴的夹角为A；

当光线经所述入光面发生下折时，A＝90-α+θ1；

当光线经所述入光面发生上折时，A＝90-α-θ1。

根据本发明一优选实施例，所述第一出光面和所述第二出光面上任意一点与背光源中心点的连线与所述光轴的夹角为θ2，所述任意一点到x轴的距离随着θ2的增大而减小。

根据本发明一优选实施例，所述第三出光面上任意一点与背光源中心点的夹角为θ3，所述任意一点到x轴的距离随着θ3的增大而减小；

同时，所述第三出光面上任意一点的切线与所述光轴的夹角为B，所述夹角B随所述夹角θ3的减小而增大。

根据本发明一优选实施例，所述反射面和底面的曲线界面均设有微结构。

本发明的有益效果：本发明通过设计一种非对称式透镜结构，透镜的第二入光面、反射面、第三出光面均为曲面，反射面为全内反射面，出光面、反射面和底面的界面上均设有微结构，使光源不同部位发出的入射光线能够从透镜中均匀射出，实现直下式背光模组中单一灯条结构设计，从而有效减少灯条中其他部件的数量，实现成本极致降低。

附图说明

为了更清楚地说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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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。

图1为本发明提供非对称式透镜的剖面结构示意图；

图2为本发明提供非对称式透镜第二入光面的结构示意图；

图3为本发明提供非对称式透镜反射面的结构示意图；

图4为本发明提供非对称式透镜光源中心点入射光线光路图；

图5为本发明提供非对称式透镜光源一端入射光线光路图。

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。

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

在本发明提供一种非对称式透镜，以下结合图1至图5对所述非对称式透镜进行详细描述。

本实施例提供的非对称式透镜的完整结构是图1所示透镜剖视图图案以光轴为旋转轴的旋转对称(旋转180°)并以x轴为对称轴的左右对称结构。

如图1所示，所述非对称式透镜包括第一入光面101、第二入光面102、连接面103、反射面104、第一出光面105、第二出光面106、第三出光面107以及底面108。所述第一入光面101与所述第二入光面102相连接并且其连接处呈一转折角，所述连接面103与所述第二入光面102相连接并且其连接处呈一转折角，所述反射面104与所述连接面103相连接并且其连接处呈一转折角，所述第一出光面105与所述反射面104相连接并且其连接处呈一转折角，所述第二出光面106与所述第一出光面105相连接并且其连接处呈一转折角，所述第三出光面107与所述第二出光面106相连接并且其连接处呈一转折角，所述底面108与所述第三出光面107相连接并且其连接处呈一转折角，所述第一入光面101与所述底面108相连接并且其连接处呈一转折角，以与各面垂直的剖面方向的视角，所述第一入光面101、所述第二入光面102、所述连接面103、所述反射面104、所述第一出光面105、所述第二出光面106、所述第三出光面107以及所述底面108所形成的剖面形状呈现为一封闭的多边形。

在本实施例中，完整非对称式透镜结构中的入光面是第一入光面101以及第二入光面102以光轴109为旋转轴旋转180度并以x轴110为对称轴左右对称而形成的曲面。其中第一入光面101上任意一点和背光源111中心点的连线与所述非对称式透镜的光轴109的夹角为θ，所述连线的长度随着夹角θ的增大而减小。当所述第一入光面101上任意点与第一入光面101和第二入光面102的交点重合时，夹角θ<＝30°，即第一入光面101和第二入光面102的交点与背光源111中心点的连线与所述非对称式透镜的光轴109形成的夹角不大于30°。

如图2所示，入光面102，相较于背光源111的中心点为内凹面，第二入光面102上任意一点的切线201与光轴109的夹角为α，第二入光面102上的任意一点和所述背光源中心点的连线202与光轴109的夹角为θ1，所述第二入光面102上任意一点到非对称式透镜x轴110的距离随着夹角θ1的增大而减小。

在一些实施例中，第二入光面102上任意一点到非对称式透镜x轴110的距离随着夹角θ1的增大而减小，且减小的速率逐渐降低，即先快速减小，后缓慢减小，此时所述夹角α随所述夹角θ1的增大而减小。

在一些实施例中，第二入光面102上任意一点到非对称式透镜x轴110的距离随着夹角θ1的增大而呈线性减小，此时夹角α为常数。

如图3所示，在本实施例中反射面104为类抛物线结构，完整非对称式透镜结构中的反射面是反射面104以光轴109为旋转轴旋转180度并以x轴110为对称轴左右对称而形成的曲面。反射面104上任意一点的切线301与光轴的夹角为A，结合图2：

光线302经所述入光面102时发生下折(即α+θ1>90°)，A＝90-α+θ1；

光线303经所述入光面102时发生上折(即α+θ1<90°)，A＝90-α-θ1。

在本实施例中，如图4所示，第一出光面105和第二出光面106其上任意一点与背光源111的中心点的连线与光轴109的夹角为θ2，所述第一出光面105和第二出光面106其上任意一点到x轴110的距离随着θ2的增大而减小。

在本实施例中，如图4所示，第三出光面107相较于背光源111中心点为外凸面，第三出光面107上任意一点和背光源111中心点的连线与光轴109形成的夹角为θ3，第三出光面107上所述任意一点的切线与光轴的夹角为B，所述第三出光面107上的任意一点到x轴110的距离随着夹角θ3的增大而减小，同时夹角B随着θ3的减小而增大。

在本实施例中，如图1所示，底面108与光轴109位于同一条直线上，完整非对称式透镜结构中的底面是底面108以光轴109为旋转轴旋转180度并以x轴110为对称轴左右对称而形成的平面。

在一些实施例的透镜剖视图中，底面108可以与光轴109形成一定的夹角(3°以内)；同样底面108也可以是由有多个连续曲面组成的波浪面。

如图4所示光路，光线401和光线402从背光源111中心点发出，经过第二入光面102产生折射，光线401发生上折，光线402发生下折，在经过反射面104发生内全反射(光线401经过第二入光面102折射的法线与经过反射面104反射的法线夹角为θ4)，内全反射的光线401和402经过出第一出光面105和第二出光面106出射，成为准直光，满足远光侧光线分布。

如图5所示光路，光线501和光线502从背光源右端点发出，经过第二入光面102的折射以及反射面104的内全反射后，光线501和光线502到达第三出光面107并发生二次内全反射，光线501和光线502反射至底面108，经过底面108再次发生内全反射后由反射面104射出，满足了透镜正上方的光线分布。

在本实施例中，透镜的材料可以是PMMA、PC、PS、Silicone、Glass等材质中的一种，也可以是具有相同或相似性质的其他材质。

优选的，为进一步提高出光均匀性，第一出光面105、第二出光面106、第三出光面107和底面108等曲线界面均可以设有微结构，微结构的形状可以是金字塔状、半球状或半椭球状等三维微结构中的一种，所述曲线界面也可以通过表面压花或是磨砂等粗化处理提高出光均匀性。

本发明通过设计一种非对称式透镜结构，透镜的第二入光面、反射面、第三出光面均为曲面，反射面为全内反射面，出光面、反射面和底面的界面上均设有微结构，使光源不同部位发出的入射光线能够从透镜中均匀射出，实现直下式背光模组中单一灯条结构设计，从而有效减少灯条中其他部件的数量，实现成本极致降低。

综上所述，虽然本发明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基准。

Claims (10)

1.一种非对称式透镜，其特征在于，所述非对称式透镜包括：入光面、反射面、出光面、连接面和底面；

所述入光面包括第一入光面和第二入光面,所述出光面包括第一出光面、第二出光面和第三出光面；

所述第二入光面相对于背光源中心点为内凹面；

所述第三出光面相较于所述背光源中心点为外凸面；

所述反射面截面形状为类抛物线状；

所述底面为平面；

所述第一入光面与所述第二入光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述连接面与所述第二入光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述反射面与所述连接面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第一出光面与所述反射面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第二出光面与所述第一出光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第三出光面与所述第二出光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述底面与所述第三出光面相连接并且其连接处呈一转折角，所述第一入光面与所述底面相连接并且其连接处呈一转折角，以与各面垂直的剖面方向的视角，所述第一入光面、所述第二入光面、所述连接面、所述反射面、所述第一出光面、所述第二出光面、所述第三出光面以及所述底面所形成的剖面形状呈现为一封闭的多边形。

2.如权利要求1所述的非对称式透镜，其特征在于，所述第一入光面上任意一点和所述背光源中心点的连线与所述非对称式透镜的光轴夹角为θ，所述连线的长度随着所述夹角θ的增大而减小。

3.如权利要求2所述的非对称式透镜，其特征在于，所述第一入光面和所述第二入光面的交点与所述背光源中心点的连线与所述光轴的夹角不大于30°。

4.如权利要求1所述的非对称式透镜，其特征在于，所述第二入光面上任意一点的切线与所述光轴夹角为α，所述任意一点和所述背光源中心点的连线与光轴夹角为θ1，所述任意一点到所述非对称式透镜x轴的距离随着所述夹角θ1的增大而减小。

5.如权利要求4所述的非对称式透镜，其特征在于，所述第二入光面上任意一点到所述非对称式透镜x轴的距离随着所述夹角θ1的增大而减小，且减小的速率逐渐降低，所述夹角α随所述夹角θ1的增大而减小。

6.如权利要求4所述的非对称式透镜，其特征在于，所述夹角α为常数，所述第二入光面上任意一点到所述非对称式透镜x轴的距离随着所述夹角θ1的增大而呈线性减小。

7.如权利要求1所述的非对称式透镜，其特征在于，所述反射面上任意一点的切线与所述光轴的夹角为A；

当光线经所述入光面发生下折时，A＝90-α+θ1；

当光线经所述入光面发生上折时，A＝90-α-θ1。

8.如权利要求1所述的非对称式透镜，其特征在于，所述第一出光面和所述第二出光面上任意一点与背光源中心点的连线与所述光轴的夹角为θ2，所述任意一点到x轴的距离随着θ2的增大而减小。

9.如权利要求1所述的非对称式透镜，其特征在于，所述第三出光面上任意一点与背光源中心点的夹角为θ3，所述任意一点到x轴的距离随着θ3的增大而减小；

同时，所述第三出光面上任意一点的切线与所述光轴的夹角为B，所述夹角B随所述夹角θ3的减小而增大。

10.如权利要求1所述的非对称式透镜，其特征在于，所述反射面和底面的曲线界面均设有微结构。