CN201425257Y - Led光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种LED光源装置，包括基座，LED发光芯片及透镜，所述LED发光芯片和透镜具有同一中心轴，其中，所述透镜包括下透镜和上透镜；所述下透镜上表面为平面，下表面沿所述中心轴镂空形成具有内凹球面的第一空腔；所述上透镜的外表面为曲面，且所述曲面的每点切线与该点入射光线夹角小于等于90°，上透镜中间沿所述中心轴镂空形成半椭球体状的第二空腔；所述下透镜与第二空腔的叠合处为第一光线扩散面，所述上透镜的内表面为第二光线扩散面，所述上透镜的外表面为第三光线扩散面。本实用新型提供的LED光源装置，所述透镜具有三个光线扩散面，可以大大提高折射效果和光利用率。

Description

LED光源装置

技术领域

本实用新型涉及一种发光二极管(LED)光源，特别是涉及一种LED光源装置。

背景技术

发光二极管背光源具有众多优点：全固态结构，机械强度好；工作电压低，寿命长；彩色表现能力强，绿色环保；开关时间短，现已被广泛应用为手机、液晶显示器和液晶电视的背照光源。特别是在大尺寸液晶电视领域，LED背光更是发挥了其特点：固态光源不像冷阴极灯(CCFL)那样易碎；色彩表现力强，可以明显增强画质；最重要的是由于其是点光源，易于动态区域驱动控制以达到节能和提升对比度的目的等。由于LED本身具有的上述优越性，未来的发展趋势是LED背光源代替CCFL背光源成为主流光源。

液晶电视的发展方向是大尺寸和薄型化。LED光源更有利于加速实现这一目的。其用于液晶电视有两种方式，一是侧光式，二是直下式。

要实现背光模组的薄型化，采用侧光式光源比采用直下式更具有优势。这是因为侧光式的照明方式不像直下式那样在垂直面板方向上(厚度方向)需要一定的混光距离。侧光式虽然也需要一定的混光距离(否则会造成靠近光源处产生亮暗相间的“萤火虫”效应)，但是其混光方向是在平行于面板方向上，并不增加模组厚度。

但是侧光式背光模块都需要搭配导光板来获得均匀的面光源。其困难主要在于：1)导光板的效率低；2)大尺寸的均匀性欠佳；3)超薄导光板成本过高。因此在目前的技术条件下，侧光式难以满足40英寸以上的超大尺寸液晶显示的需求。

在超大尺寸情况下直下式是目前的最佳选择。但如前所述，直下式照明需要一定的混光距离才能达到显示区域亮度均匀性的要求，这就令其难以实现薄型化。通用的解决办法是设计LED广角透镜，广角发射透镜能够使LED芯片发出的光折射，从而改变光强的空间分布，使光强不集中于中心轴向，从而减小混光距离，实现薄型化。

现有采用广角透镜的LED光源如图1所示，LED发光芯片12密封在外透镜13中，LED发光芯片12和外透镜13固定在基座11上，该技术方案利用光线的反射和一层介面两侧媒介折射率的不同而产生的远离轴向的折射来实现广角发射的目的。因只有外透镜外侧曲面132发生折射，扩射效果并不理想，对增加散光角度作用有限。因此该结构的LED光源主要利用透镜顶部反射部分实现广角效果，即通过外透镜顶部曲面131的反射增加透镜发光角度。为了增加反射部分的散光角度，反射部分要尽量大，但是如反射部分过大又会使得光线反射后角度过大甚至改变传播方向超过90度，此时，反射后的光线要通过背光模组侧壁或者底面的反射从垂直LCD平面出射，大大降低了光效，并使得LED丧失了可区域动态控制的能力，不利于节能和提高对比度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种LED光源装置，通过改善透镜折射效果增加透镜发光角度，从而改变光强的空间分布，使光强不集中于中心轴向，进而减小混光距离，实现薄型化。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种LED光源装置，包括基座，LED发光芯片及透镜，所述LED发光芯片和透镜具有同一中心轴，其中，所述透镜包括下透镜和上透镜；所述下透镜上表面为平面，下表面沿所述中心轴镂空形成具有内凹球面的第一空腔；所述上透镜的外表面为曲面，且曲面的每点切线与该点入射光线夹角小于等于90°，上透镜中间沿所述中心轴镂空形成半椭球体状的第二空腔；所述下透镜与第二空腔的叠合处为第一光线扩散面，所述上透镜的内表面为第二光线扩散面，所述上透镜的外表面为第三光线扩散面。

上述LED光源装置中，所述上透镜的顶部设置有凹槽，所述凹槽为V型槽，侧面外凸型槽或侧面内凹型槽。

上述LED光源装置中，所述下透镜的上表面形成有散射微结构，所述散射微结构为凸起网点或凹状网点。

上述LED光源装置中，所述第二空腔内填充有散射材料。

上述LED光源装置中，所述上透镜的外表面为以LED芯片为球心的半球面。

上述LED光源装置中，所述下透镜和上透镜粘合在一起。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的LED光源装置，可以使LED发出的光线经三个光线扩散面向远离中心轴向偏折，大大提高折射效果和光利用率。此外，本实用新型的LED光源能够方便控制LED发光角度的扩展程度，因而特别适合应用于动态区域控制，实现节能和提高对比度。

附图说明

图1是现有技术LED光源及其光线路径示意图。

图2是本实用新型LED光源及其光线路径示意图。

图3是本实用新型透镜顶部开槽示例图。

图4是本实用新型透镜下部的上表面形成散射微结构示例图。

图5是本实用新型透镜光疏介质部分加散射体示例图。

图6是采用本实用新型LED光源的背光模块示意图。

图中：

11基座                    12LED发光芯片

13外透镜                  131外透镜顶部曲面

132外透镜外侧曲面         19中心轴

20第一空腔                21基座

22LED发光芯片             23封装材料

24下透镜                  241内凹球面

242下透镜的上表面         243扩散微结构

25上透镜                  251外表面

252内表面                 26第二空腔

27凹槽                    271V型槽

272侧面外凸型槽           273侧面内凹型槽

28散射体                  31铁框

32PCB板                   33LED光源

34扩散片                  35棱镜片

具体实施方式

下面结合附图及典型实施例对本实用新型作进一步说明。

图2是本实用新型LED光源及其光线路径示意图。

请参见图2，本实用新型LED光源包括基座21，LED发光芯片22以及透镜，LED发光芯片22外包裹有封装材料23，所述LED发光芯片22和透镜具有同一中心轴19，所述透镜包括粘合在一起的下透镜24和上透镜25；下透镜上表面242为平面，下表面沿所述中心轴19镂空形成具有内凹球面的第一空腔20；所述上透镜的外表面251为曲面，且曲面的每点切线与该点入射光线夹角θ小于等于90°，上透镜25中间沿所述中心轴19镂空形成半椭球体状的第二空腔26；所述下透镜24与第二空腔26的叠合处为第一光线扩散面，所述上透镜的内表面252为第二光线扩散面，所述上透镜的外表面251为第三光线扩散面。第二空腔26为半椭球体，所述半椭球体的长轴和短轴之比较大，即第二空腔26越椭折射效果越好。

本实施例中选用空气作为光疏介质，透镜材料选用光学级PMMA作为光密介质，下面以蓝光LED芯片，黄色荧光粉作封装材料23为例，说明本实施例三个光线扩散面对光线的折射效果。由LED发光芯片22发出的蓝光，经黄色荧光粉后激发黄色光，黄色光和蓝色光相互混合形成白光出射。光线经由下透镜24的内凹球面241，无偏折的进入下透镜24，后经下透镜的上平面242产生远离中心轴19方向的偏折，后经上透镜中镂空的第二空腔26到达上透镜的半椭球体内表面252产生第二次远离中心轴19方向的偏折进入PMMA介质，最后经上透镜外表面251产生第三次远离中心轴19方向的折射出射。

本实施例中LED光源有三层折射面用作光线扩散面，可以使LED发出的光线经三层介面向远离中心轴19偏折，大大提高折射效果和光利用率。本实用新型中的透镜利用光密光疏介质的交替搭配，透镜底部是平底的光密介质，中部是光疏介质(例如空气)，外部是曲面光密介质，并采用适当的介面曲线形状配合光线媒介的变化使LED发出的光线向远离中心轴向偏折，以实现LED出射光型广角发射。光线经过三层光线扩散面后，发光强度峰值出现在偏离中心轴30-80度范围内。其中，所述透镜的材料可以是：硅胶、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、光学玻璃等；所述上透镜的外表面251是一种非球面形状，只要其每点切线与该点入射光线夹角θ小于等于90°，即令绝大多数光线在穿过此表面时仍然经历远离中心轴19的偏折，本实施例上透镜的外表面251采用以LED芯片为球心的球面形状。

图3是本实用新型透镜顶部开槽示例图。

请参见图3，为了进一步增加散光效果，上述实施例中的透镜顶部可以开槽，大部分光线先经第一光线扩散面，即下透镜的上表面242后产生第一次远离中心轴19的折射，再经第二光线扩散面，即上透镜的内表面252后产生第二次远离中心轴19的折射，最后经第三光线扩散面，即上透镜的外表面251后产生第三次远离中心轴19的折射。此外，部分光线经透镜顶部凹槽27反射，部分经顶部凹槽27折射而透射，削弱了顶部出射光强。本实例中对透镜顶部开槽，进一步增大散光角度，减小混光距离。其中，凹槽27形状可以是V型槽271，也可以是侧面内凹型槽272或侧面外凸型槽27，其作用是利用反射削弱顶部方向的光强。由于本实施例主要还是利用三层光线扩散面散光，因此凹槽27不需要开得很大，不会产生反射部分过大使得光线反射后角度过大甚至改变传播方向超过90度，从而降低光效的问题。

图4是本实用新型透镜下部的上表面形成散射微结构示例图。

请参见图4，为了进一步增加散光效果，上述实施例中的下透镜的上表面242添加了扩散微结构243。该微结构可以采用网点印刷方式制成表面凸起网点，网点可以排布成中心密集且颗粒较大，远离中心稀疏且颗粒较小。也可以制成各种形状的凹点网点阵列，产生衍射光栅效果。还可以涂覆有机填充剂球粒达到散射效果。

图5是本实用新型透镜光疏介质部分加散射体示例图。

请参见图5，上述实施例中第二空腔26添加了散射材料261，作用是加强光散射效果，该散射体材料可以是各种能产生散射作用的散射材料。

综上所述，本实用新型主要利用三层光线扩散面折射实现散光效果，此外，本实用新型还可通过在透镜顶部开槽，或在第二空腔部分添加散射体材料来进一步增加广角效果。因此本实用新型可通过调节介面曲线形状、透镜顶部开槽的形状和大小、散射体材料的浓度等多种方式控制LED发光角度的扩展。

图6是采用本实用新型LED光源的背光模块示意图。

请参见图6，本实用新型的背光模块以上述实施例中的任一个LED光源作背光源，背光模组还包括铁框31，PCB板32，LED光源33，扩散片34，棱镜片35。多颗LED排成二维阵列通过黏胶剂或焊料等间距固定在PCB板32上，通过引线键合实现LED光源33与PCB板32之间的电互联。PCB板32采用导热性能好的铝基板，或采用金属内核印刷电路板(MCPCB，Metal Core PCB)来加强散热。在PCB板32上LED光源33所在面涂布高反射性银膜或白膜以提高光利用率。LED光源33发出的光经扩散板34，棱镜片35透射出来，形成均匀面光源。由于本实例使用了LED光源装置，因此可以实现背光模组薄型化。此外，由于本实用新型的LED光源能够方便控制LED发光角度的扩展程度，因而特别适合应用于动态区域控制，实现节能和提高对比度。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1、一种LED光源装置，包括基座，LED发光芯片及透镜，所述LED发光芯片和透镜具有同一中心轴，其特征在于，所述透镜包括下透镜和上透镜；

所述下透镜上表面为平面，下表面沿所述中心轴镂空形成具有内凹球面的第一空腔；

所述上透镜的外表面为曲面，且曲面的每点切线与该点入射光线夹角小于等于90°，上透镜中间沿所述中心轴镂空形成半椭球体状的第二空腔；

所述下透镜与第二空腔的叠合处为第一光线扩散面，所述上透镜的内表面为第二光线扩散面，所述上透镜的外表面为第三光线扩散面。

2、根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于，所述上透镜的顶部设置有凹槽，所述凹槽为V型槽，侧面外凸型槽或侧面内凹型槽。

3、根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于，所述下透镜的上表面形成有散射微结构，所述散射微结构为凸起网点或凹状网点。

4、根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于，所述第二空腔内填充有散射材料。

5、根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于，所述上透镜的外表面为以LED芯片为球心的半球面。

6、根据权利要求1所述的LED光源装置，其特征在于，所述下透镜和上透镜粘合在一起。

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