CN202303188U

CN202303188U - Led光源的透镜结构及其应用的led封装体

Info

Publication number: CN202303188U
Application number: CN2011201992701U
Authority: CN
Inventors: 范曼宁; 陈云峰; 张义荣; 张洋; 张黎鑫
Original assignee: Irico Group Corp; Shanghai Blue Light Technology Co Ltd
Current assignee: Irico Group Corp; Shanghai Blue Light Technology Co Ltd; Epilight Technology Co Ltd
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-06-14

Abstract

本实用新型提供一种LED光源的透镜结构及其应用的LED封装体，所述LED光源的透镜结构包括：具有凹槽的底面，所述底面作为临近LED光源的光入射面；与所述底面相连的侧面，所述侧面作为光折射界面；所述侧面与所述底面呈钝角；与所述侧面相连的顶面，所述顶面作为光折射界面。相较于现有技术，本实用新型的LED光源的透镜结构，其中的侧面与底面呈钝角，有效调整光线的折射，使得出光更为发散，既可以确保LED光源正向出光不至过亮或过暗，还可以确保侧向具有较宽的出光角度和亮度，具有混光均匀的良好效果，并有利于直下式背光源模组实现薄型化设计。

Description

LED光源的透镜结构及其应用的LED封装体

技术领域

本实用新型涉及液晶显示设备，特别地，涉及一种LED光源的透镜结构及采用LED光源的透镜结构的LED封装体。

背景技术

目前，液晶显示设备(Liquid Crystal Display以下简称LCD)已是平板显示领域的主流。由于液晶显示屏本身不发光，因此背光源模组是LCD的关键零组件之一，背光源模组的功能就是提供足够亮度与分布均匀的光源，使其能正常显示影像。现行LCD背光源主要是冷阴极管CCFL与发光二极管LED。

LED作为一种新型背光源，相比于传统的CCFL背光源，具有许多显而易见的优势：LED背光源有更好的色域、LED内部驱动电压远低于CCFL，亮度调整范围大，功耗和安全性均好于CCFL，再加上寿命更长、短小轻薄(厚度大约为CCFL的一半)以及环保、安全等特性，近年来在中大尺寸的液晶显示背光中崭露头角，开始逐渐替代传统的CCFL背光源，成为主流背光源的发展趋势。

针对LED背光源，从背光源结构上分类，一般有侧光式和直下式两种结构。

以直下式LED背光源为例，对于中大型尺寸的液晶显示设备件，人们多采用直下式背光结构，以保证一定的亮度和均匀性等性能要求。

现行直下式背光模组使用的LED光源是在背板上按一定的要求排布多颗LED颗粒而形成LED光源阵列。图1显示了一般直下式LED背光源模组的结构示意图。如图1所示，所述直下式LED背光源模组包括胶框、背板组成的支架结构101，内部设置有周期性排列的LED光源阵列，LED光源阵列由多个LED颗粒102排布于电路PCB板103，在LED，LED光源阵列的下方设置有一层反射膜104，LED阵列上方设置有扩散板105、增亮膜106等元件的一系列光学膜片。

易知，与线光源冷阴极管不同，LED属于发出一定角度光束的点光源。从点光源转化成均匀的面光源，是LED背光源的关键技术。LED阵列形成的面光源的均匀度密切与LED的光线分布有关。

一般地，人们通过设计直下式背光用的LED封装体透镜结构，来改进LED的二次光学设计。这种透镜的作用在于使得LED的出光能够较为充分发散，有利于LED阵列在较小的空间实现充分混光，从而降低背光结构的厚度。

一部分的LED在没放置透镜前，其光线分布通常接近朗伯分布，传统的半球型透镜安放在LED上后，改变了LED的光线分布，使得光线更集中在LED中轴线的附近，如图2a所示，LED光源20(未显示反射杯及封装结构)上放置的半球型透镜21具有类半球型结构，半球型透镜21使LED光源20具有光线分布，LED出射光线集中在中轴线22附近。如图2b所示，此种LED排布的阵列由于LED之间有一定的间距，相邻的LED出射光之间有一定的暗区，很难获得均匀的面光源，尤其是用于空间有限的直下式LED背光源时。

另外，另一种常见的透镜是边发射型透镜结构，如图3a所示，通过边发射型透镜31的光调制使LED光源30发出的绝大部分光由两侧出射，使得LED中轴线附近光线分布较少。如图3b所示，这种情况下在LED光源的位置上方处会形成暗条纹，导致明暗不均，也会影响直下式背光的混光效果。

再有，业界还提供有二次曲面型透镜结构，如图4所示，LED光源40(未显示反射杯及封装结构)上放置的二次曲面型透镜41具有二次曲面的顶面，其侧面与底面成直角，形成的光线分布具有较宽的发射角度，正面出光方向(LED中轴线的附近)出光会较多或较少，导致明暗不均，这种情况使得直下式LED阵列需要较大的空间混光距离，或采用高雾度的扩散板以保证充分的均匀混光，如此，势必影响背光结构的厚度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种LED光源的透镜结构及应用LED光源的透镜结构的LED封装体，以解决现有技术中LED光源混光不均匀，在垂直方向上混光距离较长导致LED直下式背光模组不能达到理想厚度等问题。

本实用新型提供一种LED光源的透镜结构，包括：底面，所述底面作为临近LED光源的光入射面；所述底面还设有用于容纳LED光源出射光线的凹槽；与所述底面相连的侧面，所述侧面作为光折射界面；所述侧面与所述底面呈钝角；与所述侧面相连的顶面，所述顶面作为光折射界面。

可选地，所述透镜结构是由透明材料制成的对称实体。

可选地，所述底面设计有网点排布。

可选地，所述凹槽为类球形结构、椭球形结构或锥形结构。

可选地，所述侧面作了表面化处理或增加有光学涂层。

可选地，所述表面化处理为磨砂处理。

可选地，所述钝角的范围为90度至180度。

可选地，所述钝角的范围为100度至170度。

可选地，所述顶面为二次曲面。

本实用新型还提供了一种应用于直下式背光源模组的LED封装体，包括：LED光源、反射膜、以及如上所述的透镜结构。

如上所述，本实用新型提供的LED光源的透镜结构，包括底面、侧面和顶面，其中的侧面与底面呈钝角，有效调整光线的折射，使得出光更为发散，既可以确保LED光源正向出光不至过亮或过暗，还可以确保侧向具有较宽的出光角度和亮度，具有混光均匀的良好效果。

另外，本实用新型提供的LED光源的透镜结构，其中的侧面与底面呈钝角，相应也节省了用料，降低制作成本。

本实用新型应用有LED光源的透镜结构的LED封装体，使得LED光源在尽可能小的混光距离下实现混光后出光达到均匀、柔和、饱满等效果，从而在确保充分混光的情况下可以减小在垂直方向上所需的混光距离，有利于直下式背光源模组实现薄型化设计。

附图说明

图1为现有技术中的一种直下式背光源模组的结构示意图；

图2a和图2b为现有技术中类半球型结构的透镜的结构示意图及其出光分布图；

图3a和图3b为边发射类型透镜结构示意图及出光分布图；

图4为现有技术中侧面与底面成直角的透镜的结构示意图；

图5为本实用新型应用于直下式背光源模组的LED封装体的侧剖图；

图6a和图6b分别为本实用新型LED光源的透镜结构的顶面示意图及其侧剖示意图；

图7a和图7b为现有技术中侧面与底面呈直角的透镜结构的出光分布图；

图8a和图8b为本实用新型的侧面与底面呈钝角的透镜结构的出光分布图。

具体实施方式

本实用新型的发明人发现：在现有的直下式背光用LED光源的透镜结构，存在的问题包括：混光不均匀，存在暗区，导致明暗不均，使得直下式背光源模组结构较厚等问题。

因此，本实用新型的发明人提出了一种LED光源的透镜结构及其应用的LED封装体，所述透镜结构包括底面、侧面和顶面，其中的侧面与底面呈钝角。相较于现有技术，本实用新型的LED光源的透镜结构能有效调整光线的折射，使得出光更为发散，既可以确保LED光源正向出光不至过亮或过暗，还可以确保侧向具有较宽的出光角度和亮度，具有混光均匀的良好效果，有利于直下式背光源模组实现薄型化设计。

以下将通过具体实施例来对实用新型的LED光源的透镜结构及其应用的LED封装体进行详细说明。

请参阅图5，显示了本实用新型应用于直下式背光源模组的LED封装体的侧剖图。如图5所示，所述LED封装体包括：LED光源50、反射膜51、以及透镜结构52。

LED光源50是设置在印刷电路板(未在图式中予以显示)上，多个LED光源50可以构成LED阵列。在本实施例中，LED光源50根据制作工艺而言既可以是白色LED光源，也可以是三基色(RGB)LED光源。

反射膜51位于LED光源50之下，用于将LED光源50发出的光向上反射，提高LED光源50的亮度效果。

透镜结构52罩设于LED光源50之上，用于将LED光源50发出的光进行折射，使得所述LED封装体应用下的直下式背光源模组在不增加厚度的情况下获得更高的光均匀度。

请继续参阅图6a及图6b，分别显示了本实用新型LED光源的透镜结构的顶面示意图及其侧剖示意图。结合图5和图6a、图6b，透镜结构52包括：底面521、侧面523、以及顶面525。

透镜结构52是由透明材料制成的具有中心对称的实体，所用制作材料包括但不限于COC环烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和聚醚酰亚胺(PEI)中的任一种。透镜折射率一般在1.4至1.6之间，但根据具体材料的应用而可以略有变化。透镜结构52可以通过一些成熟的工艺制作而得，例如金刚石切削、注模等，在此不再赘述。

底面521临近LED光源50，作为LED光源50的光入射面。特别地，在本实施例中，底面521开设有用于容纳LED光源50的凹槽527，以确保LED光源的出光全部进入透镜结构52内部传输。凹槽527为类球形结构、椭球形结构或锥形结构，较佳地，为椭球形结构，其主要目的在于使得LED出光尽可能无损失的进入透镜结构，并对光线具有发散等调制作用。如此，LED光源50所发出的光从椭球形凹槽527的椭球面向四周散射，通过椭球面后进入透镜结构52内部，经过透镜结构52的散射混光后再从透镜结构52的侧面523和顶面525出射。通过上述在透镜结构52的底面521上设置凹槽527，相对减小了LED光源50与透镜结构52之间的垂直距离，有利于LED光源散射出光，在确保充分混光的情况下可以减小在垂直方向上所需的混光距离，有利于直下式背光源模组实现薄型化设计。

另外，更佳地，在其他实施例中，在底面521上可以加工成一定周期性排列的网点排布，以便于LED光源的光线在透镜结构内更充分混光。

侧面523与底面521相连，作为光折射界面。特别地，在本实施例中，侧面523与底面521呈钝角α(90度至180度之间)，使得透镜结构52的侧面523整体沿着底面521向外倾斜，其主要目的在于调制光线的折射，使得出光更为发散。优选地，所述钝角α的范围为100度至170度。

请参阅图7a、7b以及图8a、8b，其中，图7a和图7b显示了在透镜结构52中的侧面与底面呈直角(90°)情况下的出光分布和配光曲线，图8a和图8b显示了在透镜结构中的侧面与底面呈钝角约165°情况下的出光分布和配光曲线。

如图7a所示，在侧面与底面呈直角情况下，从出光分布上可以看出，具有较宽的发散角度。如图7b所示，从其对应的配光曲线上可以看出，正面出光方向即180°附近较亮(也就是说，光线集中在LED光源中轴线附近)。这种情况容易使得LED阵列有亮暗条纹，使得直下式背光LED阵列需要较大的空间混光距离。

还需要说明的是，在其他情况下，若采用边发射型透镜结构，通过全反射和反光镜的反射使LED发出的光由两侧出射，使得LED中轴线附近光线分布较少，这种情况下在LED的位置上方处会形成暗条纹，导致明暗不均，也会影响直下式背光的混光效果。

如图8a所示，在侧面与底面呈钝角(约165°)情况下，从出光分布上可以看出，出光更为发散，各方向的出光分布较均匀。如图8b所示，从其对应的配光曲线上可以看出，两侧出光有所增加，中轴线附近的出光适中(不至于过亮或过暗)。这种情况使得出光角度有所增大，并且各方向光分布也符合设计要求。当然，在这里，所述角度165°仅为示例性说明，在其他实施例中，所述角度仍可作其他变化，并具有类似的出光效果。另外，出光效果，不仅与侧面与底面之间夹角(钝角)的角度有关，还与所述透镜的形状、宽度、高度等特征相关，因此，要获得最佳的出光效果，需综合各因素考虑。

另外地，侧面523还可以作表面化处理或增加有光学涂层。所述表面化处理可以是磨砂处理，从而增加光程使得光线在透镜内部多次光学调制，达到更为充分混光的作用。

顶面525与侧面523相连，作为光折射界面。在本实施例中，顶面525可以设计为二次曲面的结构，可在发散光线的同时，在一定方向上汇聚出光，提升正面出光方向的亮度和均匀度。

通过上述的描述，可以看出，本实用新型提供的LED光源的透镜结构，包括底面、侧面和顶面，其中的侧面与底面呈钝角，有效调整光线的折射，使得出光更为发散，既可以确保LED光源正向出光不至过亮或过暗，还可以确保侧向具有较宽的出光角度和亮度，具有混光均匀的良好效果。

上述实施例仅列示性说明本实用新型的原理及功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种LED光源的透镜结构，其特征在于，包括：

底面，所述底面作为临近LED光源的光入射面；所述底面还设有用于容纳LED光源出射光线的凹槽；

与所述底面相连的侧面，所述侧面作为光折射界面；所述侧面与所述底面呈钝角；

与所述侧面相连的顶面，所述顶面作为光折射界面。

2.根据权利要求1所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述透镜结构是由透明材料制成的对称实体。

3.根据权利要求1所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述底面设计有网点排布。

4.根据权利要求1所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述凹槽为类球形结构、椭球形结构或锥形结构。

5.根据权利要求1所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述侧面作了表面化处理或增加有光学涂层。

6.根据权利要求5所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述表面化处理为磨砂处理。

7.根据权利要求1所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述钝角的范围为90度至180度。

8.根据权利要求7所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述钝角的范围为100度至170度。

9.根据权利要求1所述的LED光源的透镜结构，其特征在于，所述顶面为二次曲面。

10.一种应用于直下式背光源模组的LED封装体，其特征在于，包括：LED光源、反射膜、以及如权利要求1至9中任一项所述的LED光源的透镜结构。