CN202972935U - 一种二次透镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面、与底面一端连接的弧形出光面及与底面另一端连接的弧形入光面，其入光面中心设于点光源上方，所述弧形出光面上设有至少一圈围绕中心轴的光扩散结构。本实用新型的光扩散结构，可使光线发生扩散，解决局部光分布不均匀的情况。同时，本实用新型在弧形出光面上设置至少一圈的光扩散结构，这样可解决现有二次透镜要求加工精度高的问题，因为采用现有结构，加工精度略有偏差时，极易在中心轴附近形成亮圈，而弧形出光面上的光扩散结构可消除由于加工精度引起的亮圈，从而可降低加工精度，使透镜更具加工性。

Description

一种二次透镜

技术领域

本实用新型涉及二次透镜。

背景技术

目前，平面显示器中所使用的液晶模组多采用TFT-LCD（薄膜场效应晶体管LCD）技术。TFT-LCD为非主动式发光显示，通常由白光背光模组（Backlight Module）提供均匀的系统亮度，再透过彩色滤光片（Color Filter）获得丰富的色彩显示。

如图1所示，现有的白光直下式背光模组包含光源及光学膜片组04。发光二极管03（LED）由于体积小、耗能少，因此成为液晶显示器背光模组使用的光源之一；LED03为朗伯分布光源，光源正上方的光斑较小，在背光模组的使用中需要较多的LED03。

如图2所示，目前已有在LED03上方增加一块二次透镜05，从而改变LED03的光分布，增加LED光的扩散角，降低混光强度。将设有二次透镜的LED03应用于直下式背光模组中，大大增加Film（薄膜）材04表面的光斑面积，有效降低LED03的使用数量，降低直下式背光模组的成本。

如图3所示，带二次透镜的直下式背光模组的工作原理为：光线A经过入光面011入射至出光面02时，部分光线反射至底面012，由底面012再反射回出光面02时光线朝向中心轴，引起中心轴附近光强较强，使光分布不均匀，易发生局部亮圈的情况。

目前已经有对二次透镜的底面结构进行改进的技术方案，如图4所示，专利申请号为CN201210227219.6，专利名称为《底面为曲面结构的二次透镜》的中国发明专利中，将底面设计成中部为弧状凹形的入光面011，两侧为与该弧状凹形入光面011连接的环状凹形曲面013，从而扩大光源的扩散角，减弱中心轴附近的光强。但采用以上结构时，对二次透镜的加工精度要求非常高，当精度偏差大于0.01mm时就会产生亮圈；并且由于底面反射光线较集中于中心轴附近，当中心曲面设计稍有偏差或加工精度略有偏差时，就极易在中心轴附近出现亮圈，如图5所示，使光分布不均匀，光源接收面上易形成亮圈。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可降低加工精度，光分布更加均匀的新型二次透镜。

为实现上述目的，本实用新型一种二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面、与底面一端连接的弧形出光面及与底面另一端连接的弧形入光面，其入光面中心设于点光源上方，所述弧形出光面上设有至少一圈围绕中心轴的光扩散结构。 

采用以上结构，部分光线到达弧形出光面的光扩散结构时，光线发生扩散，解决局部光分布不均匀的问题。同时，采用以上的结构，还可以解决弧状凹形的入光面，底面为与该弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面这种结构加工精度要求高的问题，使二次透镜加工更加方便。

所述光扩散结构由凸点或凹点形成。

进一步，所述凸点或凹点的形状为近半球体、半椭圆体或椎体，采用以上的结构，能对光线进行扩散。

更进一步，所述凹点或凸点的大小为0.01-0.6mm，所述相邻凹点或凸点的中心间距为0.02-1.5mm。本发明中，当光扩散结构的凹点或凸点越小时，消除光分布出现亮圈的效果越好，但由于加工的限制，所以凹点或凸点的最小尺寸为0.01mm。凸点或凹点的大小越小，消除光分布出现亮圈的效果越好，但由于加工方面的限制，所以最小选择0.01 mm。 

优选地，所述凸点或凹点的大小为0.03-0.4mm，在该范围内时，消除光分布出现亮圈的效果最好。

所述凸点或凹点为独立的不连贯的结构或连贯成圈的结构。

所述光扩散结构为环状结构。

所述环状结构的光扩散结构在过中心轴的竖直方向的截面形状为近半圆形或三角形。

所述光扩散结构为咬花结构，该咬花结构为波浪状的纹路结构,该结构也可以对光进行扩散。

所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度，底面为平面。

所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度，底面为与弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面，底面曲面的凹入方向与入光面的凹入方向一致。

本发明的二次透镜中，所述弧形出光面中心为一内凹面、平面或凸面。根据需求，将出光面中心形状与入光面配合，当二次透镜需要中心亮一点，则出光面中心采用凸面与入光面配合；当二次透镜需要中心暗一点，则出光面中心采用内凹面与入光面配合；若无特别的要求，则出光面中心采用平面与入光面配合。 

所述二次透镜为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃制品。

所述二次透镜应用于背光模组中。

本实用新型的优点为：

1、本实用新型的光扩散结构，可使光线发生扩散，解决局部光分布不均匀的情况。

2、在弧形出光面上设置至少一圈的光扩散结构，这样可解决现有二次透镜要求加工精度高的问题，因为采用现有结构，加工精度略有偏差时，极易在中心轴附近形成亮圈，而弧形出光面上的光扩散结构可消除由于加工精度引起的亮圈，从而可降低加工精度，使透镜更具加工性。

3、部分光线经底面的入光面向外折射，再经过出光面再次向外折射，可达到光扩散效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1为现有的白光直下式背光模组的结构示意图；

图2为现有带二次透镜的直下式背光模组的结构示意图； 

图3为现有带二次透镜的直下式背光模组的工作原理示意图；

图4为现有底面为曲面结构但出光面未设光扩散结构的二次透镜的结构示意图；

图5为现有底面为曲面结构但出光面上未设光扩散结构的二次透镜的光源接收面上的光的照度分布图；

图6为本实用新型实施例1带有凸点光扩散结构的底面曲面透镜的结构示意图；

图7为实施例1中凸点为0. 2mm时光源接收面上的光的照度分布图；

图8为实施例1中凸点为0.04mm时光源接收面上的光的照度分布图；

图9为实施例1中光扩散结构由独立的、连贯或不连贯的凸点结构组成的二次透镜的俯视图；

图10为实施例2带有凹点光扩散结构的底面为曲面的二次透镜结构示意图；

图11为实施例3带有凸点光扩散结构的底面为平面的二次透镜结构示意图；

图12为实施例4带有凸点光扩散结构的底面为平面的二次透镜结构示意图；

图13为实施例5环状光扩散结构的示意图；

图14为实施例5中环状结构在过中心轴的竖直方向的截面形状为近半球形状的示意图；

图15为实施例5中环状结构在过中心轴的竖直方向的截面形状为三角形形状的示意图；

图16为实施例6具有咬花的光扩散结构的二次透镜结构示意图；

图17为图16的光扩散结构的局部放大结构示意图；

具体实施方式

如图6-17所示，本实用新型一种二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面1、与底面1一端连接的弧形出光面2及与底面1另一端连接的弧形入光面3，其入光面3中心设于点光源4上方，所述弧形出光面2上设有至少一圈围绕中心轴的光扩散结构5。 

所述光扩散结构5由凸点或凹点形成。

进一步，所述凸点或凹点的形状为半球体、半椭圆体或椎体，采用以上的结构，能对光线进行扩散。

更进一步，所述凹点或凸点的大小为0.01-0.6mm，所述相邻凹点或凸点的中心间距为0.02-1.5mm。本发明中，当光扩散结构5的凹点或凸点越小时，消除光分布出现亮圈的效果越好，但由于加工的限制，所以凹点或凸点的最小尺寸为0.01mm。凸点或凹点的大小越小，消除光分布出现亮圈的效果越好，但由于加工方面的限制，所以最小选择0.01 mm。 

优选地，所述凸点或凹点的大小为0.03-0.4mm，在该范围内时，消除光分布出现亮圈的效果最好。

所述光扩散结构5的凹点或凸点为独立的不连贯的结构或连贯成圈的结构。

所述光扩散结构5可以为环状结构，所述环状结构的光扩散结构5在过中心轴的竖直方向的截面形状为近半圆形或三角形。

所述光扩散结构5还可以为咬花结构，该咬花结构为波浪状具有一定粗超度的纹路结构，该结构也可以对光进行扩散。

本发明的二次透镜中，所述入光面3的高度大于其底面宽度，出光面2的高度小于其底面的宽度。

本发明的二次透镜中，所述弧形出光面2中心为一内凹面、平面或凸面。

本发明二次透镜的底面1为平面。

本发明的二次透镜中，所述底面1还可以为与弧状凹形入光面3连接的环状凹形曲面，底面曲面的凹入方向与入光面3的凹入方向一致。

所述二次透镜为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或玻璃制品。

所述二次透镜应用于背光模组中。

实施例1

如图6所示，二次透镜的底面1为与弧状凹形入光面3连接的环状凹形曲面，弧形出光面2上设有至少一圈围绕中心轴的光扩散结构5，该光扩散结构5采用凸点形成。

采用以上的结构，部分光线b经过入光面3时向外折射，经过出光面2时再次向外折射，达到光扩散的目的。

部分光线a到达出光面2时发生反射，至凹形曲面的底面1时，由于底面1凹形曲面结构的影响，光线向外反射,降低透镜中心轴附近的光强，并使中心轴附近光源接收面6上的光均匀分布。

当二次透镜加工精度不足，或者设计稍有偏差时，光源接收面6的局部产生亮圈，如光线c。这时，在弧形出光面2上设置的光扩散结构5，可以将产生亮圈的光线c进行扩散，从而消除局部形成的亮圈。

本实施例中，光扩散结构5采用凸点形成。

如图7所示，当凸点大小为0.2mm时，光源接收面上无明显的亮圈，但还有微弱的亮圈。

如图8所示，当凸点大小为0.04mm时，可完全消除光源接收面上的亮圈。

如图9所示，该至少一圈的光扩散结构5，由独立的、不连贯的凸点形成。

实施例2

如图10所示，在实施例2的基础上，光扩散结构5为一圈以上的凹点，其可达到凸点一样的效果。其工作原理与实施例类似。该实施例凹点的大小为0.03mm，可消除光源接收面6上的光斑。

实施例3

如图11所示，二次透镜的底面1采用平面，当弧形出光面2未设置光扩散结构5时，易存在亮圈结构；在弧形出光面2上设置了光扩散结构5后，也可消除光源接收面上出现的亮圈。

实施例4

如图12所示，在实施例3基础上，二次透镜的底面1还是采用平面结构，弧形出光面2的扩散结构5采用凹点结构，也同样可消除光源接收面上出现的亮圈。

实施例5

如图13所示，该围绕中心轴形成的至少一圈的光扩散结构5为环状结构。

如图14所示，环状结构的过中心轴的竖直方向的截面形状为近半球形（球冠的一部分）；如图15所示，环状结构的过中心轴的竖直方向的截面形状为三角形。

实施例6

如图16所示，本实施例中的光扩散结构5采用咬花结构。咬花结构通过化学腐蚀方法或喷沙方法制得，是具有一定表面粗糙度的结构。该咬花结构的局部放大图如图17所示。

Claims (10)

1.一种二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面、与底面一端连接的弧形出光面及与底面另一端连接的弧形入光面，其入光面中心设于点光源上方，其特征在于：所述弧形出光面上设有至少一圈围绕中心轴的光扩散结构。

2.根据权利要求1所述的二次透镜，其特征在于：所述光扩散结构由凸点或凹点形成。

3.根据权利要求2所述的二次透镜，其特征在于：所述凸点或凹点的形状为近半球体、半椭圆体或椎体。

4.根据权利要求3所述的二次透镜，其特征在于：所述凹点或凸点的大小为0.01-0.6mm，所述相邻凹点或凸点的中心间距为0.02-1.5mm。

5.根据权利要求2所述的二次透镜，其特征在于：所述凸点或凹点为独立的不连贯的结构或连贯成圈的结构。

6.根据权利要求1所述的二次透镜，其特征在于：所述光扩散结构为环状结构。

7.根据权利要求6所述的二次透镜，其特征在于：所述环状结构的光扩散结构在过中心轴的竖直方向的截面形状为近半圆形或多边形。

8.根据权利要求1所述的二次透镜，其特征在于：所述光扩散结构为咬花结构，该咬花结构为波浪状的纹路结构。

9.根据权利要求1所述的二次透镜，其特征在于：所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度，底面为平面。

10.根据权利要求1所述的二次透镜，其特征在于：所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度，底面为与弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面，底面曲面的凹入方向与入光面的凹入方向一致。

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