CN110764168A - 一种光学透镜结构、背光模组及透镜成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学透镜结构、背光模组及透镜成型方法，其中，光学透镜结构包括：包括电路板、设置在所述电路板上的透镜以及发光源，所述发光源设置在所述透镜与所述电路板之间；所述透镜内设置有用于发射光线的反射气泡层，所述透镜与所述电路板还设置有用于散射光线的散射介质层；本申请通过所述反射气泡层对所述LED芯片发出的光进行反射，然后通过所述散射介质层对所述反射气泡层反射回来的光线进行散射，从而增大所述LED芯片光能分布的角度，提升光学透镜结构的配光能力。

Description

一种光学透镜结构、背光模组及透镜成型方法
技术领域
本发明涉及显示器件领域，更具体地说，它涉及一种光学透镜结构、背光模组及透镜成型方法。
背景技术
传统直下式背光模组中，LED及光学透镜搭配形成背光模组的光学系统，采用折射式透镜的目的是对LED光能二次配光得到均匀分布的光能。传统透镜可以将LED原本120度分布的光能扩张到150度，但是仍然无法满足设计要求，主观视效容易出现暗角、暗框的问题。
传统折射式透镜依靠其内外表面曲率和底面网点管控光能分布，由于技术能力和注塑精度的局限，传统设计无法实现光能均匀发散，容易形成区块性的集中分布，主观视效容易出现灯颗影的问题。可见，传统透镜技术已经难以满足技术发展的需求。
因此，现有技术还有待改进与发展。
发明内容
本发明的目的是提供现有技术中的不足，一种光学透镜结构、背光模组及透镜成型方法，达到增大LED芯片光能分布的角度，提升光学透镜结构的配光能力的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种光学透镜结构，其中，包括电路板、设置在所述电路板上的透镜以及发光源，所述发光源设置在所述透镜与所述电路板之间；所述透镜内设置有用于发射光线的反射气泡层，所述透镜与所述电路板还设置有用于散射光线的散射介质层。
所述的光学透镜结构，其中，所述反射气泡层包括若干层气泡微结构，所述气泡微结构间隔设置。
所述的光学透镜结构，其中，光线在所述透镜与所述反射气泡层交界面上发生反射的反射率r为：
r＝(n1-n2)2/(n1+n2)2；
其中，n1为所述透镜的折射率，n2为所述反射气泡层的折射率。
所述的光学透镜结构，其中，所述透镜对光线的总反射率R为：
R＝1-(1-r)N；
其中，N为光线在所述反射气泡层中实际通过的所述气泡微结构层的总数量。
所述的光学透镜结构，其中，所述透镜中部的厚度大于所述透镜边缘的厚度，所述透镜包括朝向所述电路板一端的内弧形面以及背离所述电路板一端的外弧形面。
所述的光学透镜结构，其中，所述透镜与所述电路板之间设置有脚柱，所述脚柱通过光敏胶固化于所述电路板上；所述发光源为LED芯片。
所述的光学透镜结构，其中，所述散射介质层包括油墨层，所述油墨层均匀涂覆在所述脚柱与所述LED芯片之间的区域，所述油墨层包括二氧化硅涂层。
一种背光模组，其中，包括如上任一项所述的光学透镜结构。
所述的背光模组，其中，包括背板以及设置在所述背板前端的扩散板，所述扩散板前端设置有光学膜片结构；所述电路板设置在所述背板与所述扩散板之间，所述电路板上还设置有反射片，所述背板与所述扩散板之间还设置有支撑柱。
一种制备如上所述透镜的透镜成型方法，其中，包括步骤：
在塑胶粒子中掺入化学发泡剂混合形成发泡树脂；
加热所述发泡树脂，使所述发泡树脂维持熔融状态，且所述化学发泡剂生成气体；
搅拌熔融状态的所述发泡树脂，形成均匀分布在所述发泡树脂中的气泡微结构，凝固并形成所述透镜。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明通过所述反射气泡层对所述LED芯片发出的光进行反射，然后通过所述散射介质层对所述反射气泡层反射回来的光线进行散射，从而增大所述LED芯片光能分布的角度，提升光学透镜结构的配光能力。
附图说明
图1是本发明优选实施例中光学透镜结构的整体结构示意图。
图2是本发明优选实施例中LED芯片的配光分布示意图。
图3是本发明优选实施例中背光模组的整体结构示意图。
图4是本发明优选实施例中光学透镜结构的成型方法流程图。
图中：100、电路板；200、透镜；210、内弧形面；220、外弧形面；230、脚柱；300、反射气泡层；310、气泡微结构；400、LED芯片；500、油墨层；600、背板；610、支撑柱；620、反射片；700、扩散板；800、光学膜片结构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：一种光学透镜结构，如图1与图2所示，包括电路板100、透镜200以及发光源，所述发光源优选为LED芯片400，所述透镜200设置在所述电路板100上，所述LED芯片400设置在所述透镜200与所述电路板100之间。所述透镜200内设置有反射气泡层300，所述反射气泡层300用于反射光线，所述透镜200与所述电路板100之间还设置有散射介质层，所述散射介质层用于对所述反射气泡层300反射回来的部分光线进行散射。
所述散射介质层包括油墨层500，所述油墨层500均匀涂覆在所述脚柱230与所述LED芯片400之间的区域；所述油墨层500包括二氧化硅涂层。
具体的，所述反射气泡层300包括若干层气泡微结构310，所述气泡微结构310间隔设置，其中，所述气泡微结构310的层数根据实际配光需要设置。在本实施例中，所述反射气泡层300通过化学发泡的方式成型，所述透镜200为塑料透镜，所述反射气泡层300包括二氧化碳及氮气。
由LED配光曲线图可知，光能集中在LED的正面区域，越靠近LED边缘其光能占比越低。传统透镜以贴片的方式固定在电路板上，LED设置在透镜的内腔中心，依靠透镜的内腔、外表的曲率以及透镜底面的网点设计，对LED二次配光，目的是将点光源转换为发散面光源。但是由于设计技术的局限以及注塑精度不足，实际很容易出现灯颗影、暗角、暗框及亮边等主观视效不均的问题。
本申请在所述透镜200内设置间断的、多层的所述气泡微结构310，且在所述电路板100上的所述LED芯片400周围的区域内设置所述散射介质层。其中，所述反射气泡层300是在所述透镜200的前端指定区域内设置的指定层数的连续气泡层，也即气泡微结构310，所述气泡微结构310具有反射作用，能够反射预定比例的入射光线，因此，能够调整所述透镜200表面的出光强度。同时，在电路板100上设置散射介质层，所述散射介质层实际作用为散热作用，用于增大透镜200接收光能的角度。
因此，本申请在所述反射气泡层300与所述散热介质层共同的作用下，增大了所述LED芯片400光能分布的角度，提升了光学透镜200结构的配光能力。
对于本申请的光学原理如下，其中，光线在所述透镜200与所述反射气泡层300交界面上发生反射的反射率r为：
r＝(n1-n2)2/(n1+n2)2；
其中，n1为所述透镜200的折射率，n2为所述反射气泡层300的折射率。
具体的，设定所述透镜200的真实折射率为n1，设定所述反射气泡层300的折射率为n2，则光线在所述透镜200与所述反射气泡层300的交界面上发生反射的反射率为r＝(n1-n2)2/(n1+n2)2。
进一步地，所述透镜200对光线的总反射率R为：
R＝1-(1-r)N；
其中，N为光线在所述反射气泡层300中实际通过的所述气泡微结构310层的总数量。
具体的，设定N为光线在透镜200中传播总共经过的所述气泡微结构310的层数，则反射气泡层300对光线的理论总反射率为：R＝1-(1-r)N；由上，通过管控n1、n2以及N，就能够控制光线在反射气泡层300中的总反射率，从而控制光线在反射气泡层300中的总透过率。
所述透镜200中部的厚度大于所述透镜200边缘的厚度，所述透镜200包括内弧形面210以及外弧形面220，所述内弧形面210为所述透镜200朝向所述电路板100的一端，所述内弧形面210朝向所述透镜200的内部凹陷设置。所述外弧形面220为所述透镜200背离所述电路板100的一端，所述外弧形面220朝向所述透镜200的外部凸起设置。
也即，所述透镜200包括内、外两个弧结构面，且所述透镜200主体的中部厚，边缘薄。其中，所述内弧形面210与所述外弧形面220的弧度根据实际需要设置，所述透镜200的厚度根据实际需要设置，具体设置时，参照LED配光分布图设置。
所述透镜200与所述电路板100之间设置有脚柱230，所述脚柱230通过光敏胶固化于所述电路板100上。
其中，透镜200的脚柱230通过光敏胶水固化在电路板100上，电路板100上在LED芯片400周围区域涂布油墨层500，油墨层500的主要成分为二氧化硅，对透镜200返回的部分光能进行大角度的散射作用，油墨层500区域以透镜200内腔的区域作为界定。本申请通过油墨层500和透镜200的共同作用，提升透镜200的配光能力，将LED的光能分布提升至170度左右。
综上所述，本发明通过所述反射气泡层300对所述LED芯片400发出的光进行反射，然后通过所述散射介质层对所述反射气泡层300反射回来的光线进行散射，从而增大所述LED芯片400光能分布的角度，提升光学透镜200结构的配光能力。
本发明还提供一种背光模组，其中，如图3所示，包括如上所述的光学透镜结构。其中，所述背光模组，还包括背板600以及扩散板700，所述扩散板700设置在所述背板600的前端，所述扩散板700的前端还设置有光学膜片结构800。
在本实施例中，所述电路板100设置在所述背板600与所述扩散板700之间，所述电路板100上还设置有反射片620，所述背板600与所述扩散板700之间还设置有支撑柱610。
本发明还提供一种如上所述的光学透镜结构的成型方法，其中，如图4所示，包括步骤：
S100、在塑胶粒子中掺入化学发泡剂混合形成发泡树脂；其中，所述透镜主要为塑胶材质，成型时，在塑胶粒子中掺入化学发泡剂。
S200、加热所述发泡树脂，使所述发泡树脂维持熔融状态，且所述化学发泡剂生成气体；其中，加热使得发泡树脂呈熔融状，同时化学发泡剂在受热时，会分解成二氧化碳、氮气等气体。本实施例中优选二氧化碳，二氧化碳逸出的温度范围比较狭窄而固定，并且二氧化碳不存在腐蚀性。
S300、搅拌熔融状态的所述发泡树脂，形成均匀分布在所述发泡树脂中的气泡微结构，凝固并形成所述透镜。其中，在透镜成型过程中，通过搅拌熔融状态的所述发泡树脂，使得化学发泡剂生成的气体形成气泡，构成所述反射气泡层的基本单元，并通过搅拌熔融状态的所述发泡树脂使得气泡均匀分布。然后，对熔融状态的发泡树脂降温，使得熔融状态的发泡树脂凝固，并加工得到需要的形状，通过管控所述透镜的厚度，从而控制所述气泡微结构的变化趋势。
在其他实施例中，所述透镜还可以通过物理发泡方式成型，例如先将二氧化碳在压力下溶于塑料熔体中，再通过减压释放出来，从而在塑料中形成气孔而发泡。
综上所述，本发明通过在透镜内部形成多层气泡微结构，气泡微结构通过塑胶化学发泡工艺成型，并通过管控透镜界面厚度间接控制透镜内部气泡微结构的变化趋势，从而实现精准光控，获得均匀的面光源。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种光学透镜结构，其特征在于：包括电路板、设置在所述电路板上的透镜以及发光源，所述发光源设置在所述透镜与所述电路板之间；所述透镜内设置有用于发射光线的反射气泡层，所述透镜与所述电路板还设置有用于散射光线的散射介质层。
2.根据权利要求1所述的光学透镜结构，其特征在于：所述反射气泡层包括若干层气泡微结构，所述气泡微结构间隔设置。
3.根据权利要求2所述的光学透镜结构，其特征在于，光线在所述透镜与所述反射气泡层交界面上发生反射的反射率r为：
r＝(n1-n2)2/(n1+n2)2；
其中，n1为所述透镜的折射率，n2为所述反射气泡层的折射率。
4.根据权利要求3所述的光学透镜结构，其特征在于，所述透镜对光线的总反射率R为：
R＝1-(1-r)N；
其中，N为光线在所述反射气泡层中实际通过的所述气泡微结构层的总数量。
5.根据权利要求1所述的光学透镜结构，其特征在于：所述透镜中部的厚度大于所述透镜边缘的厚度，所述透镜包括朝向所述电路板一端的内弧形面以及背离所述电路板一端的外弧形面。
6.根据权利要求1所述的光学透镜结构，其特征在于：所述透镜与所述电路板之间设置有脚柱，所述脚柱通过光敏胶固化于所述电路板上；所述发光源为LED芯片。
7.根据权利要求6所述的光学透镜结构，其特征在于：所述散射介质层包括油墨层，所述油墨层均匀涂覆在所述脚柱与所述LED芯片之间的区域，所述油墨层包括二氧化硅涂层。
8.一种背光模组，其特征在于：包括如权利要求1-7任一项所述的光学透镜结构。
9.根据权利要求8所述的背光模组，其特征在于：包括背板以及设置在所述背板前端的扩散板，所述扩散板前端设置有光学膜片结构；所述电路板设置在所述背板与所述扩散板之间，所述电路板上还设置有反射片，所述背板与所述扩散板之间还设置有支撑柱。
10.一种制备如权利要求1所述透镜的透镜成型方法，其特征在于，包括步骤：
在塑胶粒子中掺入化学发泡剂混合形成发泡树脂；
加热所述发泡树脂，使所述发泡树脂维持熔融状态，且所述化学发泡剂生成气体；
搅拌熔融状态的所述发泡树脂，形成均匀分布在所述发泡树脂中的气泡微结构，凝固并形成所述透镜。
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