CN203893070U - 二次光学透镜、平板照明装置和液晶显示设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了二次光学透镜、平板照明装置和液晶显示设备。该二次光学透镜包括位于二次光学透镜的底面中心位置的入射面和连续覆盖二次光学透镜的上表面和侧面的出射面，入射面呈向二次光学透镜的内部凹陷的半椭球形，且半椭球形的长轴与二次光学透镜的光轴重合，出射面包括位于出射面的中心区域用于分配与光轴具有入射角δ1的第一入射光线的第一配光曲面和位于出射面的边缘区域用于分配与光轴具有入射角δ2的第二入射光线的第二配光曲面，且经由第一配光曲面和第二配光曲面配光后的出射光线在2θmax范围内分布。该二次光学透镜能够有效地降低中心光强，实现大角度扩束，提高入射光线的利用率，降低光能损耗。此外，还能够消除光斑边缘的黄圈现象。

Description

二次光学透镜、平板照明装置和液晶显示设备

技术领域

本实用新型涉及光发射二极管（LED）的照明系统，具体地，涉及一种二次光学透镜、具有该二次光学透镜的平板照明装置以及具有该平板照明装置的液晶显示设备。

背景技术

由于LED具有高效、节能、环保、指向性好、显色指数高等特征，LED照明技术（即发光二极管半导体固态照明技术）在液晶显示设备，例如液晶电视的背光系统中被越来越多地采用。液晶显示设备（LCD）的照明方式主要包括直下式和侧光式。

采用侧光照明的背光模组，在照明面板变得越来越大的时候，其导光板网点的排列和优化越来越复杂，而且容易出现莫尔条纹。更重要的是每改变一种照明面板的尺寸，都必须重新优化导光板网点的排布，网点的印刷缺陷和油墨的反射率也会直接影响它的均匀度，导致其制作成本非常高，研发周期较长。

相比之下，采用直下照明的背光模组，当照明面板变得越来越大的时候，只需简单地增加LED的排列就可以实现，面板越大、排列的LED越多、LED之间的混光反而越充分，面板均匀度更加均匀。此外，直下式照明方式还具有光损少、光效高、均匀度好、LED排布简单、无需进行复杂的导光板网点设计等优点，受到很多背光源厂家的推崇。特别是在大面板照明的时候，只要LED等间隔、均匀地排列，就可以获得十分均匀的照明效果。

目前市场上绝大多数的高功率LED（1瓦～3瓦），其光度分布大致都为郎伯形分布（Lambertian），峰值光强一半位置处的光束角宽度大约为120度，由于中心光强较强，需要很大的混光距离或者较为密集的排列才可以在液晶显示设备上产生均匀的光分布。因此直下式背光照明方式一般会采用大视角的二次光学透镜，将LED的光束进行大角度扩束，将中心光强大大地压低，峰值光强一半位置处的光束角宽度需要扩束到大约150°直至170°以上，这样才可以非常有效地降低面板的高度，使整个背光模组做薄。

公开号为CN101526177A中国专利申请提出了一种直下式背光透镜，其提出了透镜的出射光线与光轴的夹角θ5大于入射光线与光轴的夹角θ1的概念，根据这种配光方法，其虽然可以将LED出射光配成一个大角度范围的光斑分布。但其配光的方法并不十分合理，根据“θ5的增加量相对于θ1的增加量(Δθ5/Δθ1)更大”的这一规律，当透镜的入射光线与光轴的夹角θ1接近90°时，其出射光线与光轴的夹角θ5将超过90°，从而会射向透镜的下方，打到PCB板上，造成光能的损耗。另外由于透镜的出光面是连续的配光曲面，透镜的上方较薄，侧边较厚，由于棱镜色散效应，当LED的荧光粉涂敷比较稀的时候，光斑边缘会出现黄圈现象。

因此，有必要提出一种二次光学透镜、具有该二次光学透镜的平板照明装置以及具有该平板照明装置的液晶显示设备，以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供一种二次光学透镜，包括位于所述二次光学透镜的底面中心位置的入射面和连续覆盖所述二次光学透镜的上表面和侧面的出射面，所述入射面呈向所述二次光学透镜的内部凹陷的半椭球形，且所述半椭球形的长轴与所述二次光学透镜的光轴重合，所述出射面包括第一配光曲面和第二配光曲面，其中，所述第一配光曲面位于所述出射面的中心区域，用于分配与所述光轴具有入射角δ1的第一入射光线；且所述第二配光曲面位于所述出射面的边缘区域，用于分配与所述光轴具有入射角δ2的第二入射光线，其中所述入射角δ2大于所述入射角δ1，且经由所述第一配光曲面和所述第二配光曲面配光后的出射光线在2θmax范围内分布，其中所述θmax为出射光线的最大配光角度。

优选地，所述第二配光曲面将所述第二入射光线散射或将所述第二入射光线向所述二次光学透镜的后下方折射。

优选地，所述入射角δ1大于等于0度且小于等于80度，且所述入射角δ2大于80度。

优选地，所述第二配光曲面将所述第二入射光线分配至所述二次光学透镜的底面以下与所述底面的夹角在10度到15度的范围内的区域。

优选地，所述第一配光曲面构造为使所述入射角δ1和出射角δ3满足以下关系：

其中，δmax是所述第一入射光线与所述光轴的最大夹角。

优选地，所述第一配光曲面包括相互连接的多个微曲面，每个所述微曲面的剖面轮廓线为向所述二次光学透镜的外部凸出的圆弧线。

优选地，所述圆弧线的矢高为2-5微米，且所述圆弧线的周期为0.1-0.5微米。

优选地，所述多个微曲面为以所述光轴为中心且沿所述出射面的径向相互连接的多个环形微曲面，或者为沿所述出射面的径向和周向相互连接的多个透镜微曲面。

优选地，所述第一配光曲面的剖面轮廓的曲率半径大于所述第二配光曲面的剖面轮廓的曲率半径，且所述第二配光曲面位于所述第一配光曲面的下方。

优选地，所述第一配光曲面和所述第二配光曲面对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2。

优选地，所述第二配光曲面的外围还设置有第三配光曲面，所述第三配光曲面的剖面轮廓的曲率半径小于所述第二配光曲面的剖面轮廓的曲率半径，且所述第三配光曲面位于所述第一配光曲面的下方。

优选地，所述第一配光曲面和所述第二配光曲面对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2，且所述第二配光曲面和所述第三配光曲面对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2。

优选地，所述第二配光曲面位于所述第一配光曲面的下方，且所述第一配光曲面和所述第二配光曲面之间通过散射斜面连接，所述散射斜面与所述光轴的夹角为锐角。

优选地，所述散射斜面为雾度大于等于80%的磨砂面。

优选地，所述二次光学透镜的底面的边缘处设置有离散的多个固定件，所述多个固定件突出于所述二次光学透镜的底面，用于将所述二次光学透镜的底面与待固定物体间隔开地固定在其上。

根据另一个方面，本实用新型还提供一种平板照明装置，所述平板照明装置包括：电路板；设置在所述电路板上的发光单元；以及如上所述的二次光学透镜，所述二次光学透镜固定在所述电路板上，且使所述发光单元发出的光由所述二次光学透镜的入射面接收。

优选地，所述发光单元为LED。

根据再一个方面，本实用新型还提供一种液晶显示设备，所述液晶显示设备包括：如上所述的平板照明装置；以及位于所述平板照明装置的光线出射侧的液晶显示面板。

采用本实用新型的二次光学透镜能够有效地降低中心光强，使发光单元的光束大角度扩束，并且还能够提高入射光线的利用率，降低光能损耗。此外，还能够消除光斑边缘的黄圈现象。

在实用新型内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型的优点和特征。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，

图1为根据第一实施例的二次光学透镜的主视图；

图2为根据第一实施例的二次光学透镜的仰视图；

图3为根据第一实施例的二次光学透镜的俯视图；

图4为根据第一实施例的二次光学透镜的剖视图；

图5示出了根据第一实施例的二次光学透镜的配光原理；

图6示出了根据第一实施例的二次光学透镜的第一配光曲面的配光原理；

图7示出了图6中光线的配光三角形；

图8示出了根据优选实施例的二次光学透镜得到的出射角δ3与入射角δ1之间的关系曲线；

图9示出了根据优选实施例的二次光学透镜的光线追迹；

图10示出了根据优选实施例的二次光学透镜的光强的远场角度分布（即配光曲线）；

图11A-11C分别示出了根据优选实施例的二次光学透镜的照度分布；

图12示出了采用该优选的二次光学透镜的3×6矩阵的32英寸背光模组的光线追迹；

图13A-13B分别示出了采用该优选的二次光学透镜的3×6矩阵的32英寸背光模组的照度分布；

图14为根据第二实施例的二次光学透镜的主视图；

图15为根据第二实施例的二次光学透镜的立体图；

图16为根据第二实施例的二次光学透镜的剖视图；

图17为根据第三实施例的二次光学透镜的立体图；

图18为根据第三实施例的二次光学透镜的主视图；

图19为根据第四实施例的二次光学透镜的剖视图；

图20示出了根据第四实施例的二次光学透镜的配光原理；

图21为根据第五实施例的二次光学透镜的剖视图；

图22示出了根据第五实施例的二次光学透镜的配光原理。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型的实施例并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

本实用新型提供一种二次光学透镜，该二次光学透镜可以用作液晶显示设备的直下式背光照明系统的二次光学透镜，此外，还可以应用于天花灯、面板灯、及广告牌灯箱等其他的平板照明系统。

如图1-4所示，分别为根据本实用新型的第一实施例的二次光学透镜的主视图、仰视图、俯视图和剖视图。如图1-4所示，该二次光学透镜包括入射面11和出射面（包括12和13）。

入射面11位于二次光学透镜的底面中心位置。特别参见图4，入射面11呈向二次光学透镜的内部凹陷的半椭球形，即该入射面11的剖面轮廓线为半椭圆形。并且，该半椭球形的长轴与二次光学透镜的光轴OZ重合。光轴OZ是从发光单元10的发光面中心O向发光单元的正前方Z延伸的方向。发光单元10可以为发光二极管（LED）。

出射面连续地覆盖二次光学透镜的上表面和侧面，该出射面包括第一配光曲面12和第二配光曲面13。当从整个出射面来考虑时，第一配光曲面12位于整个出射面的中心区域，而第二配光曲面13位于整个出射面的边缘区域。也就是说，第二配光曲面13沿着该出射面到出射面的中心的距离要大于第一配光曲面12沿着该出射面到出射面的中心的距离。

第一配光曲面12主要分配与光轴OZ具有入射角δ1的第一入射光线，从而使该部分光线经二次光学透镜折射出的出射光线在2θmax范围内均匀分布，配成完全白色的均匀光斑，在图示实施例中，第一配光曲面12主要负责2θmax的范围的配光作用。这里所说的θmax为出射光线的最大配光角度，后文将对其进行详细描述。

由于LED芯片一般为蓝光的氮化镓芯片，其发出的蓝光再通过芯片上方的荧光粉涂敷层转换成白光，当荧光粉涂敷得比较稀时，出射光斑的外圈容易出现黄边。一般情况下，黄边由与光轴OZ的夹角比较大、接近80～90度的这部分入射光线造成，这部分光线的颜色偏黄、与水平线夹角大约为10度及以内的范围，第二配光曲面13主要用于对该部分入射光线进行配光处理。第二配光曲面13用于分配与光轴OZ具有入射角δ2的第二入射光线，其中该入射角δ2大于第一配光曲面12分配的光线的入射角δ1。第二配光曲面13主要用来消除出射光斑的黄边现象，其根据所需的角度来另外分配这部分光线。优选地，入射角δ1大于等于0度且小于等于80度，且入射角δ2大于80度。

在一组优选实施例中，第二配光曲面13将第二入射光线（即与光轴OZ的夹角较大的光线）散射或将第二入射光线向二次光学透镜的后下方折射。在需要对第二入射光线进行散射的应用中，第二配光曲面13的表面可以做喷砂或附加微结构处理，从而通过第二配光曲面13产生向侧面色温均匀的散射光。在需要对第二入射光线进行折射的应用中，可以设计第二配光曲面13的结构，以能够将第二入射光线分配至二次光学透镜的底面以下与底面的夹角在10度到15度的范围内的区域。作为示例，可以将例如与光轴OZ的夹角在80～90度范围内的第二入射光线分配到透镜的底面以下，并与该底面的夹角在10～15度的范围内，让它打到灯箱底部的白色反光膜上面，经反光膜散射后再向上射出，从而消除出射光斑的黄边现象。对于能够使第二配光曲面13实现该折射功能的结构有很多种，本领域的技术人员在遵循本实用新型的原理的情况下可以对第二配光曲面13进行各种合理的设计。通过对第二入射光线进行散射或折射处理，还能够对这部分光线进行利用，因此可以降低光能损耗。并且，还能够使经由第一配光曲面12和第二配光曲面13配光后的出射光线在2θmax范围内均匀分布。

在该实施例中，该二次光学透镜仅包括两级配光曲面，即第一配光曲面12和第二配光曲面13。但是，从后文将描述的实施例中可以了解，本实用新型还包括多于两级（例如三级或四级）的配光曲面。

在优选实施例中，第二配光曲面13位于第一配光曲面12的下方。本文所说的一个部件位于另一个部件的下方是指当从上往下观看时位于下方的部件能够基本被位于上方的部件所遮挡。第一配光曲面12和第二配光曲面13之间通过散射斜面14连接。该散射斜面14与光轴OZ的夹角为锐角。散射斜面14可以为具有较好散射作用的磨砂面，即雾度（或散射率）大于等于80%。

二次光学透镜的底面15为非光学表面，其也为具有较好散射作用的磨砂面。另外，二次光学透镜的底面的边缘处还可以设置有离散的多个固定件16，该固定件16例如是螺纹固定件、卡接固定件等。多个固定件16突出于二次光学透镜的底面，用于将二次光学透镜的底面固定至待固定物体，例如是承载发光单元的电路板。并且，固定件16突出于二次光学透镜的底面可以使二次光学透镜的底面与待固定物体间隔开，以使入射面11形成的凹陷区域与外部连通。这样，在发光单元10工作时也能够保证在安全的温度内。根据需要，多个固定件16可以有不同的形状、大小及位置，用来将二次光学透镜固定于发光单元10的电路板（未示出）上。

作为示例，二次光学透镜可以由例如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）、PC（聚碳酸酯）、EP（环氧树脂）等透明树脂材料或透明玻璃制成。

参见图5，示出了本实用新型的第一实施例提供的二次光学透镜的配光原理。从发光单元10的发光面中心O点发出的光线，经过半椭圆形的入射面11折射后，入射到二次光学透镜的出射侧的两级配光曲面12及13上进行配光，配光后分布在2θmax的范围。具体地，参见图6，示出了第一配光曲面12对单根光线的配光示意图。从发光单元10的发光面中心O点发出的光线OP经过入射面11折射后，入射到二次光学透镜的第一配光曲面12上，经第一配光曲面12配光后以光线QR输出，假设入射光线OP与光轴OZ的夹角为δ1（简称为入射角），出射光线QR与光轴OZ的夹角为δ3（简称为出射角），那么出射角δ3和入射角δ1之间的关系可以由图7所示的配光三角形来确定。

在图7所示的配光三角形中，假设O点是发光面中心的位置，经过二次光学透镜之后，其均匀地将光线照射在扩散板DF所示的范围内。将DF进行细分，同时将入射光线与光轴OZ的最大夹角（即最大入射角）也进行等量的细分，将两者一一对应，就可以得出出射角δ3与入射角δ1之间的关系：

其中，δmax是第一入射光线OP与光轴OZ的最大夹角。在一个实施例中，该最大夹角δmax可以为80度。θmax是出射光线QP与光轴OZ的最大配光角度。根据上述的公式，就可以采用积分迭代法，数值计算出第一配光曲面12上每一点的（x，y）坐标值，从而设计出此第一配光曲面12。因此，第一配光曲面12构造为满足上述公式的情况下，能够配成完全白色的均匀光斑。

参见图8，示出了在第一配光曲面12的配光作用下出射角δ3与入射角δ1之间的关系曲线，其中第一配光曲面12构造满足上述公式并且构造为对入射角δ1在0-80度范围内的入射光线进行配光。当入射角δ1在0～30度内增加时，出射角δ3的值急剧上升，超过60度。当入射角δ1超过30度以后，出射角δ3的增加就越来越缓慢，缓慢变化到80度。

通过光度分析软件对根据上述公式涉及的配光条件设计出的二次光学透镜模型进行计算机模拟及光度分析，得到光线追迹，如图9所示。其中，假设发光单元10为贴片LED，且光通量为90流明，观察面（扩散板的位置）距离发光单元10的发光面中心的距离为20mm。并结合图10中示出的该优选的二次光学透镜的配光曲线，可以看出，二次光学透镜的最大光强方向大约在80度的方位，中心0度方位的光强值非常的低。此外，申请人检测了由该二次光学透镜分配的光线在距离发光单元10的发光面中心高20mm的观察屏上的照度分布，如图11A-11C所示，即照度等高线分布图11A以及沿X方向和Y方向的照度分布曲线图11B和11C，光斑直径大约为200mm，且照度分布曲线过渡圆滑。

图12为采用该优选实施例提供的二次光学透镜以3×6矩阵排列的32英寸背光模组的光线追迹。图13A-13B分别示出了采用该优选的二次光学透镜的以3×6矩阵排列的32英寸背光模组的照度分布。需要说明的是，在模拟时并未放置扩散板、散射膜和增亮膜，然而在实际应用中加入这些组件之后，实测背光模组的照度均匀度超过92%。

当例如LED的发光单元的荧光粉涂敷不均匀，发光单元本身的色温表现更差的时候，二次光学透镜的光斑中其他位置也会出现黄斑和白斑，此时二次光学透镜的配光曲面就需要考虑整体的混光处理。图14-16为根据第二实施例的二次光学透镜的主视图、立体图和剖视图。该实施例采用在配光曲面上附加微曲面的方法来产生色温均匀的混光效果。如图14-16所示，在二次光学透镜的底部中心位置设置有内凹的半椭球形的入射面21，其剖面轮廓线为半椭圆形，其用于收集从发光单元20发出的光线。二次光学透镜的出射侧设置有两级配光曲面，即第一配光曲面22和第二配光曲面23。优选地，第二配光曲面23位于第一配光曲面22的下方时，第一配光曲面22和第二配光曲面23之间可以设置散光斜面24，其为具有较好散射作用的磨砂面。透镜的底面25为非光学表面，其可以为具有较好散射作用的磨砂面。另外，二次光学透镜的底面还可以有多个固定件26。由于这些部件可以第一实施例所描述的部件基本相同，因此为了简洁，本文不对它们进行更详细的描述。并且，这里将主要描述第二实施例与第一实施例之间的区别，即第一配光曲面22包括相互连接的多个微曲面27，每个微曲面27的剖面轮廓线为向二次光学透镜的外部凸出的圆弧线，参见图16。在图14-16所示出的实施例中，多个微曲面27为以光轴OZ为中心且沿出射面的径向相互连接的多个环形微曲面。微曲面的设计不影响曲面的配光效果，但它可以将白斑和黄斑混合均匀。

在第一配光曲面22上，每个环纹微曲面具有相同的矢高Δsag、相同的周期Δp。从发光单元20的发光面中心O点发出的光线，经过入射面21折射之后，入射到环形的微曲面27上，再经过该微曲面27会聚后，以一个发散角±Δδ射出。那么扩散角Δδ的大小由微曲面27的矢高Δsag及周期Δp所形成的这段圆弧线的数值孔径角所决定。该数值孔径角定义为：NA=nsin(Δδ)，式中n为二次光学透镜的材料的折射率。微曲面27的剖面的原弧线的数值孔径决定了微曲面27的混光角度，一般情况下，本实用新型优选的微曲面27的混光角度为3～6度。此情况下，微曲面27的圆弧线的周期Δp为0.1～0.5mm，矢高Δsag为2～5微米。

在第三实施例中，这些微曲面还可以为透镜微曲面。参见图17-18，多个微曲面37可以为沿出射面的径向和周向相互连接的多个透镜微曲面。透镜微曲面可以理解为该微曲面37沿任意方向的剖视轮廓均为圆弧的曲面。该实施例的二次光学透镜与第二实施例的二次光学透镜基本相同，不同之处仅在于微曲面37的形状不同于微曲面27的形状。该二次光学透镜通过在第一配光曲面32上附加透镜形状的微透镜37阵列的方法来实现整体混光处理，实现全方向的混光，而第二实施例中的环形微曲面仅能够实现沿着二次光学透镜的径向的混光。同样地，除了第一配光曲面32之外还包括第二配光曲面33。且第一配光曲面32与第二配光曲面33之间还可以通过散射斜面34来连接。

对于该透镜形状的微曲面37的剖面的原弧线，微曲面37的圆弧线的周期Δp也可以为0.1～0.5mm，矢高Δsag也可以为2～5微米，以由每个微曲面37实现3～6度的混光角度。

当透镜混光高度进一步缩短（譬如扩散板到发光单元的印刷电路板高度为15mm，即OD=15mm）时，这时就要求透镜的视场角进一步加大，譬如85°≤θmax≤90°。采用第一实施例的二次光学透镜，其第一配光曲面12的直径会急剧加大，这样在注塑时，材料本身的收缩就十分明显，材料的收缩对配光角度和均匀度的影响非常大。为了将透镜的直径充分地缩小，可以将配光曲面分区的位置移向透镜的上方。

如图19-20所示的第四实施例，该二次光学透镜的出射侧具有两级配光曲面，即第一配光曲面42和第二配光曲面43。第一配光曲面42的高度比第一实施例中的第一配光曲面12的位置适当的升高，这样透镜的直径可以充分地减小。具体地，第一配光曲面42和第二配光曲面43可以构造为使第一配光曲面42的剖面轮廓的曲率半径大于第二配光曲面43的剖面轮廓的曲率半径，且第二配光曲面43位于第一配光曲面42的下方。连接第一配光曲面42和第二配光曲面43之间也有散射斜面44。

为了实现更佳的技术效果，在进一步优选的实施例中，第一配光曲面42和第二配光曲面43之间的高度关系可以表示为它们对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2。作为示例，当第一配光曲面42和第二配光曲面43对入射角的划分比例为1.2:1时，第一配光曲面42可以对入射角δ1在0～52.5度范围内的入射光进行配光，而第二配光曲面43可以对入射角δ2在52.5（不包括该端点值）～90度范围内的入射光进行配光。当第一配光曲面42和第二配光曲面43对入射角的划分比例为1:1.2时，第一配光曲面42可以对入射角δ1在0～37.5度范围内的入射光进行配光，而第二配光曲面43可以对入射角δ2在37.5（不包括该端点值）～90度范围内的入射光进行配光。在另一个示例中，第一配光曲面42和第二配光曲面43可以对入射角进行相同角度的划分，譬如第一配光曲面42对入射角δ1在0～45度范围内的入射光进行配光，第二配光曲面43对入射角δ2在45（不包括该端点值）～90度范围的入射光进行配光。

进一步，如果模具的加工精度允许，第四实施例中的配光曲面还可以进一步的分区，以进一步地减小透镜的直径。在如图21-22所示的第五实施例中，第一配光曲面52相对于第四实施例的第一配光曲面42被进一步上移，在第一配光曲面52的外围具有第二配光曲面54，并且在第二配光曲面54的外围还设置由第三配光曲面56。相邻的配光曲面可以通过散射斜板53和55来连接。发光单元50发出的光线由半椭球形的入射面51接收，经二次光学透镜的出射侧的三级配光曲面52、54和56分别作配光处理，共同完成2θmax的范围的配光作用。第三配光曲面56的剖面轮廓的曲率半径小于第二配光曲面54的剖面轮廓的曲率半径，且第二配光曲面54和第三配光曲面56均位于第一配光曲面52的下方。优选地，它们的直径大致相同。二次光学透镜的底面57为非光学表面，例如具有较好散射作用的磨砂面。

在图21-22所示的实施例中，优选地，第一配光曲面52和第二配光曲面54对入射角的划分比例可以为1.2:1～1:1.2，且第二配光曲面54和第三配光曲面56对入射角的划分比例可以为1.2:1～1:1.2。作为示例，这三个配光曲面可以对入射角进行相同角度的划分，譬如第一配光曲面52对入射角在0～30度范围内的入射光进行配光，第二配光曲面54对入射角在30（不包括该端点值）～60度范围的入射光进行配光，第三配光曲56面则对入射角在60（不包括该端点值）～90度范围的入射光进行配光。

进一步，本实用新型还提供一种平板照明装置，该平板照明装置包括电路板、设置在电路板上的发光单元以及如上所述的任一种二次光学透镜。该二次光学透镜固定在电路板上，且使发光单元发出的光由二次光学透镜的入射面接收。电路板可以采用已知的线路布置来为发光单元供电。对于二次光学透镜所包含的各个部件可以参见上文部分的描述，这里不再详述。作为示例，该发光单元可以为LED。此外，本实用新型还提供一种液晶显示设备，该液晶显示设备包括上述的平板照明装置以及位于该平板照明装置的光线出射侧的液晶显示面板。需要说明的是，该液晶显示面板可以采用本领域已知的或未来会出现的各种液晶显示面板。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由所附的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (18)

1.一种二次光学透镜，其特征在于，包括位于所述二次光学透镜的底面中心位置的入射面和连续覆盖所述二次光学透镜的上表面和侧面的出射面，

所述入射面呈向所述二次光学透镜的内部凹陷的半椭球形，且所述半椭球形的长轴与所述二次光学透镜的光轴重合，

所述出射面包括第一配光曲面和第二配光曲面，其中，

所述第一配光曲面位于所述出射面的中心区域，用于分配与所述光轴具有入射角δ1的第一入射光线；且

所述第二配光曲面位于所述出射面的边缘区域，用于分配与所述光轴具有入射角δ2的第二入射光线，其中所述入射角δ2大于所述入射角δ1，且经由所述第一配光曲面和所述第二配光曲面配光后的出射光线在2θmax范围内分布，其中所述θmax为出射光线的最大配光角度。

2.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第二配光曲面将所述第二入射光线散射或将所述第二入射光线向所述二次光学透镜的后下方折射。

3.如权利要求2所述的二次光学透镜，其特征在于，所述入射角δ1大于等于0度且小于等于80度，且所述入射角δ2大于80度。

4.如权利要求2所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第二配光曲面将所述第二入射光线分配至所述二次光学透镜的底面以下与所述底面的夹角在10度到15度的范围内的区域。

5.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第一配光曲面构造为使所述入射角δ1和出射角δ3满足以下关系：

其中，δmax是所述第一入射光线与所述光轴的最大夹角。

6.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第一配光曲面包括相互连接的多个微曲面，每个所述微曲面的剖面轮廓线为向所述二次光学透镜的外部凸出的圆弧线。

7.如权利要求6所述的二次光学透镜，其特征在于，所述圆弧线的矢高为2-5微米，且所述圆弧线的周期为0.1-0.5微米。

8.如权利要求6所述的二次光学透镜，其特征在于，所述多个微曲面为以所述光轴为中心且沿所述出射面的径向相互连接的多个环形微曲面，或者为沿所述出射面的径向和周向相互连接的多个透镜微曲面。

9.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第一配光曲面的剖面轮廓的曲率半径大于所述第二配光曲面的剖面轮廓的曲率半径，且所述第二配光曲面位于所述第一配光曲面的下方。

10.如权利要求9所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第一配光曲面和所述第二配光曲面对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2。

11.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第二配光曲面的外围还设置有第三配光曲面，所述第三配光曲面的剖面轮廓的曲率半径小于所述第二配光曲面的剖面轮廓的曲率半径，且所述第三配光曲面位于所述第一配光曲面的下方。

12.如权利要求11所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第一配光曲面和所述第二配光曲面对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2，且所述第二配光曲面和所述第三配光曲面对入射角的划分比例为1.2:1～1:1.2。

13.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述第二配光曲面位于所述第一配光曲面的下方，且所述第一配光曲面和所述第二配光曲面之间通过散射斜面连接，所述散射斜面与所述光轴的夹角为锐角。

14.如权利要求13所述的二次光学透镜，其特征在于，所述散射斜面为雾度大于等于80%的磨砂面。

15.如权利要求1所述的二次光学透镜，其特征在于，所述二次光学透镜的底面的边缘处设置有离散的多个固定件，所述多个固定件突出于所述二次光学透镜的底面，用于将所述二次光学透镜的底面与待固定物体间隔开地固定在其上。

16.一种平板照明装置，其特征在于，所述平板照明装置包括：

电路板；

设置在所述电路板上的发光单元；以及

如权利要求1-15中任一项所述的二次光学透镜，所述二次光学透镜固定在所述电路板上，且使所述发光单元发出的光由所述二次光学透镜的入射面接收。

17.如权利要求16所述的平板照明装置，其特征在于，所述发光单元为LED。

18.一种液晶显示设备，其特征在于，所述液晶显示设备包括：如权利要求16或17所述的平板照明装置；以及

位于所述平板照明装置的光线出射侧的液晶显示面板。