CN204404074U - 新型直下式led背光照明用配光透镜组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及背光照明技术领域，具体指新型直下式LED背光照明用配光透镜组件。包括用于二次配光的LED背光照明用透镜；在所述透镜的下方设有吸光层；所述吸光层可以是与所述透镜的底部紧密相连：包括与透镜底部紧贴或者附着与透镜底部；或者为位于透镜本体下方的独立结构；所述吸光层还可以为设置于透镜下方与透镜接触或接近物体的表层。所述吸光层可以是黑色的涂层，所述黑色吸光涂层将经所述出射面所带来的菲涅尔界面反射光线吸收，有效地降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的照明光场位于透镜上方中心区域的光线堆积，以此达到良好的背光照明效果。

Description

新型直下式LED背光照明用配光透镜组件

技术领域

本实用新型涉及背光照明技术领域，具体指新型直下式LED背光照明用配光透镜组件。

背景技术

 现在液晶电视用的LED背光照明以及LED面板灯等的背光照明方式和照明结构通常有两种：一种为将多颗LED放置在导光板的侧面（LED光轴与导光板侧面基本垂直），LED发出的光线经过导光板侧面进入到导光板中，在导光板中发生多次全反射和折射后，最终所有的光线经导光板的正面透射出来，通过精确控制导光板反射与折射的比例，可以在导光板正面形成均匀的出光面；这种方式常称之为侧入式照明方式。

另外一种是将多颗LED光源放置在扩散板背面（本方法中LED光轴与扩散板背面基本垂直），为了将LED发出的光线均匀的照射在扩散板背面，需要在每个LED与扩散板之间放置一个二次配光透镜，配光透镜将LED发出的光线进行二次分配后，均匀的照射在扩散板的背面；这样光线经过扩散板背面进入到扩散板内部再一次扩散，从扩散板的正面出射出来，可以在扩散板正面形成均匀的出光面，这种方式常称之为直下式照明方式。

上述两种照明方式相比较，形成同样的出光面积，侧入式的光线行进路径远大于直下式，侧入式的出光效率低下，所以采用侧入式的照明方式其能耗高、成本高。

近年来随着显示器(例如平板电视显示器)用的LED背光照明以及LED面板灯等的产品的进一步应用和推广。对对应产品的节能要求和成本控制的需求也越来迫切；这样的背景下效率较低的传统侧入式照明方式逐步在被直下式照明方式取代。

目前LED直下式背光照明的发展趋势为：在尽量增大LED之间的间距（主要是为了在同样的面积内减少LED数量）的前提下缩小从LED光源到扩散板的厚度（主要是为了减小系统体积），同时还要保证照射的均匀性。这对配光透镜提出了更高的要求。

现有技术中，为了增大LED之间的间距，同时压缩LED与扩散板之间的距离，如图1所示，有的直下式系统采用反射式透镜对LED发出的光线进行二次分配，让相当部分的LED110发出的光线120通过透镜130反射到系统内腔上的反光层140上，然后再反射到扩散板上150。这种照明方式虽然可以减小空间高度，但是对反光层的特性依赖较大，同时对透镜的面型精度及安装精度以及反光层的平整层度等要求较高，因此较难实现均匀照明。

现在也有的直下式系统采用折射式透镜对LED发出的光线进行二次分配，但很难在LED之间间隔距离大且LED与扩散板之间距离小的情况下实现均匀照明。

如图2所示，造成照明不均匀的原因之一是透镜220入射面221与出射面223的面形比较简单，有的透镜的入射面及出射面采用多球面拼接而成，有的采用简单的圆锥曲面，这使得LED光源发出的光线难以按照背光照明的需求在大角度范围内进行有效的分配。

另一个重要原因是光线在不同介质中传播时，光线通过界面时总是会存在着菲涅尔界面反射，而且入射角度越大的菲涅尔界面反射效应越明显。通常从光疏介质到光密介质传播时，入射角大于60°后其菲涅尔界面反射率将随着入射角的增加而上升；而从光密介质到光疏介质传输时菲涅尔界面反射则更加显著，入射角大于30°后其菲涅尔界面反射率将随着入射角的增加而急剧上升。

从LED光源发出的光线经过入射面的折射后进入透镜本体，达到出射面时部分光线经出射面折射出去，而另外部分光线被界面反射到透镜内部，这部分反射光线经过透镜底面或者系统内腔反射面等多个面的多次反射与折射后，会在LED上方靠中间部分区域形成光线（能量）的集聚，严重影响了透镜出射光场的均匀性。

参考图2中，由位于入射面下方的LED光源210发出进入透镜220的光线231在到达出射面223时会进行分离，成为折射光线232和菲涅尔反射光线233。通常折射光线232会携带大部分能量直接射到扩散板250，而菲涅尔反射光线233则会携带少部分能量反射回透镜内部，然后经透镜本体底部222或透镜本体底部下的物体反射后形成二次反射光线234，当二次反射光线234再次碰到出射面223时折射出透镜成为光线235，光线235行进一段路程后到达扩散板250。由光线行进路线可以看出光线235会在LED210上方靠中间部分区域集聚。由于光线231在到达出射面223时是由光密介质进入光疏介质，因此菲涅尔界面反射效应较为明显，存在较高的反射率，因此由于菲涅尔界面反射而造成的LED210上方靠中间部分区域光线（能量）集聚的现象较为显著，最终影响到背光照明的均匀性。

实用新型内容

   为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，能够减少由于菲涅尔界面反射所引起的出射光线在中心光场的堆积，使透镜的出射光线在空间上更加合理的分布。

为了实现上述技术效果，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型提出新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，包括用于二次配光的LED背光照明用透镜；其中在所述透镜组件设置有吸光层；所述吸光层位于透镜与设置于透镜下方与透镜接触或接近物体（比如说PCB板）之间。所述吸光层将所述透镜出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收，减少由于菲涅尔界面反射光线所引起的透镜顶部中心小角度光线的堆积。

作为一种优选，所述吸光层设置在所述透镜的透镜本体的底面内；与所述透镜本体的底面紧密相连。所述透镜包括透镜本体，其中所述透镜本体包括出射面、入射面和底面；所述底面位于所述透镜本体的底部，靠近透镜本体中心轴的一侧与所述入射面相连；所述入射面位于所述透镜本体的底部中心，向透镜本体顶部方向凹陷；其中所述底面具有吸光层，可以有效的将所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收掉（同时对其他的杂散光也有吸收作用），这样有效地降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积，使透镜的出射光线在空间上更加合理的分布，提高了出射光场的匀光性。当所述吸光层与所述透镜的透镜本体的底部紧密相连时，所述吸光层对所述透镜出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收效果最优。

作为一种优选，所述吸光层还可以为设置于透镜下方与透镜接触或接近物体的表层，比如说所述吸光层位于与透镜配合使用的PCB板的表面，与PCB板紧密相连。所述吸光层设置于所述PCB板上相对与透镜的底面所述PCB板的面积大得多，在PCB板的表面位置设置吸光层，的加工难度小，成不低。

作为一种优选，所述吸光层为黑色的涂层，黑色的涂层可以有效的吸收可见光中各个波段的光线，有效的降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积；同时黑色的涂层的材料广泛、技术成熟、成本低廉；而且黑色的途层的涂布技术也已经很成熟，选用黑色的涂层来充当吸光层是最为简便和有效的方法。

作为一种优选，所述吸光层通过喷涂的方式，涂布于透镜底面或者PCB板上。

作为一种优选，所述吸光层通过旋涂的方式，涂布于透镜底面或者PCB板上。

作为一种优选，所述吸光层喷墨的方式，涂布于透镜底面或者PCB板上。

进一步的，在透镜底部涂布吸光层时，使用工装对不需要涂布的区域进行遮挡。

当所述吸光层设置于所述透镜本体底面时，所述吸光层与透镜本体通过双色注塑的方式一体成型。注塑时在吸光层中加入碳黑或者其他黑色母料即可实现。

作为一种优选，所述吸光层为独立结构层，位于所述透镜本体和与透镜配合使用的PCB板之间。所述吸光层为独立结构层的设计只需要在透镜组件的安装时，在透镜和PCB板之间插入一层吸光材料即可实现，实现方式简单，成本进一步降低。

本专利进一步提供一种背光照明系统，包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的本直下式背光LED透镜，所述透镜为上述透镜。这样的系统可以实现在同样的出光面积内以及同样照度均匀性的前提下，增大LED光源之间的距离，减少LED数量，并缩短LED光源与扩散板之间的距离，使得直下式LED背光照明系统的成本下降，体积缩小。

进一步的，所述系统还包括扩散板，所述扩散板设置在所述透镜的前方。所述扩散板的应用能够更进一步将PCB板上LED光源所发出的光更好，更均匀的扩散到出光面。

本实用新型还包括一种电视，包括背光照明系统，所述背光照明系统包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的本直下式背光LED透镜，所述透镜为本专利所述新型直下式LED背光照明用配光透镜组件。

本实用新型还包括一种面板灯，包括背光照明系统，所述背光照明系统包括实现二次配光的本专利所述新型直下式LED背光照明用配光透镜组件。

本实用新型具有如下有益效果：本新型新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，利用简单的吸光层设计，能够减少由于菲涅尔界面反射所引起的出射光线在中心光场的堆积问题，更加合理的分配光线，改善了现有技术中由于菲涅尔界面反射所引起的照明光场中心轴附近区域光线堆积的问题，改善了经过透镜后出射光场的分布。

附图说明

图1是现有技术中反射式背光透镜系统示意图。

图2是现有技术中折射式背光透镜的系统示意图。

图3是具体实施方式以及实施例1的剖面示意图。

图4是现有技术中透镜底部不添加吸光层的菲涅尔界面反射示意图。

图5是实施例1的菲涅尔界面反射光线的吸收示意图。

图6是实施例2组件结构示意图。

图7是实施例3组件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。

本实用新型提供新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，能够减少由于菲涅尔界面反射所引起的出射光线在中心光场的堆积，使透镜的出射光线在空间上更加合理的分布。

为了实现上述技术效果，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型提出新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，包括用于二次配光的LED背光照明用透镜；其中在所述透镜的下方设有吸光层。所述吸光层将所述透镜出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收，减少由于菲涅尔界面反射光线所引起的透镜顶部中心小角度光线的堆积。

作为一种优选，所述吸光层设置在所述透镜的透镜本体的底面内；与所述透镜本体的底面紧密相连。所述透镜包括透镜本体，其中所述透镜本体包括出射面、入射面和底面；所述底面位于所述透镜本体的底部，靠近透镜本体中心轴的一侧与所述入射面相连；所述入射面位于所述透镜本体的底部中心，向透镜本体顶部方向凹陷；其中所述底面具有吸光层，可以有效的将所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收掉（同时对其他的杂散光也有吸收作用），这样有效地降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积，使透镜的出射光线在空间上更加合理的分布，提高了出射光场的匀光性。当所述吸光层与所述透镜的透镜本体的底部紧密相连时，所述吸光层对所述透镜出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收效果最优。

作为一种优选，所述吸光层位于与透镜配合使用的PCB板的表面，与PCB板紧密相连。所述吸光层设置于所述PCB板上相对与透镜的底面所述PCB板的面积大得多，在PCB板的表面位置设置吸光层，的加工难度小，成不低。

作为一种优选，所述吸光层为黑色的涂层，黑色的涂层可以有效的吸收可见光中各个波段的光线，有效的降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积；同时黑色的涂层的材料广泛、技术成熟、成本低廉；而且黑色的途层的涂布技术也已经很成熟，选用黑色的涂层来充当吸光层是最为简便和有效的方法。

作为一种优选，所述吸光层通过喷涂的方式，涂布于透镜底面或者PCB板上。

作为一种优选，所述吸光层通过旋涂的方式，涂布于透镜底面或者PCB板上。

作为一种优选，所述吸光层喷墨的方式，涂布于透镜底面或者PCB板上。

进一步的，在透镜底部涂布吸光层时，使用工装对不需要涂布的区域进行遮挡。

当所述吸光层设置于所述透镜本体底面时，所述吸光层与透镜本体通过双色注塑的方式一体成型。注塑时在吸光层中加入碳黑或者其他黑色母料即可实现。

作为一种优选，所述吸光层为独立结构层，位于所述透镜本体和与透镜配合使用的PCB板之间。所述吸光层为独立结构层的设计只需要在透镜组件的安装时，在透镜和PCB板之间插入一层吸光材料即可实现，实现方式简单，成本进一步降低。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

本专利进一步提供一种背光照明系统，包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的本直下式背光LED透镜，所述透镜为上述透镜。这样的系统可以实现在同样的出光面积内以及同样照度均匀性的前提下，增大LED光源之间的距离，减少LED数量，并缩短LED光源与扩散板之间的距离，使得直下式LED背光照明系统的成本下降，体积缩小。

进一步的，所述系统还包括扩散板，所述扩散板设置在所述透镜的前方。所述扩散板的应用能够更进一步将PCB板上LED光源所发出的光更好，更均匀的扩散到出光面。

本实用新型还包括一种电视，包括背光照明系统，所述背光照明系统包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的本直下式背光LED透镜，所述透镜为本专利所述新型直下式LED背光照明用配光透镜组件。

本实用新型还包括一种面板灯，包括背光照明系统，所述背光照明系统包括实现二次配光的本专利所述新型直下式LED背光照明用配光透镜组件。

实施例1，

如图3所示，包括透镜本体300，其中所述透镜本体300包括出射面302、入射面301和底面303；所述底面303位于所述透镜本体300的底部，靠近透镜本体300中心轴的一侧与所述入射面301相连；

所述入射面301位于所述透镜本体300的底部中心，向透镜本体300顶部方向凹陷；

其中所述底面303具有吸光层304，可以有效的将所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收掉，这样有效地降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积。现有技术中出射面的菲涅尔界面反射光线经过底面的反射后堆积到透镜顶部的示意图如图4所示，本透镜的吸光层将由出射面反反射回来的光线，吸收这些光线不会进入到透镜的顶部空间，从而有效的避免了由于菲涅尔界面反射光线所引起的光源上方区域光线的堆积现象，原理如图5所示（其中虚线所示的即是菲涅尔界面反射光线），使透镜的出射光线在空间上更加合理的分布，提高了出射光场的匀光性。

实施例2

如图6所示，本实施例中包括透镜300和PCB板305以及位于透镜300和PCB板305之间的吸光层304；本实施例中吸光层304为独立结构，其他结构以及工作原理与具体实施方式相同，不再赘述。

实施例3

如图7所示，本实施例中包括透镜300和PCB板305以及吸光层304，本实施例中的吸光层304设置于PCB板305的表面，本实施例的其他结构以及工作原理与具体实施方式相同，不再赘述。

上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，包括用于二次配光的LED背光照明用透镜；其特征是，在所述透镜组件设置有吸光层，所述吸光层将透镜出射面所反射的菲涅尔界面反射光线吸收，减少反射光线所引起的透镜顶部中心区域光线的堆积。

2.如权利要求1所述的新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，其特征是，所述吸光层设置在所述透镜的透镜本体的底面内；与所述透镜本体相连为一体。

3.如权利要求1所述的新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，其特征是，所述吸光层为与所述透镜底部紧密结合的附着层。

4.如权利要求1所述的新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，其特征是，所述吸光层还可以为设置于透镜下方与透镜接触或接近物体的表层。

5.如权利要求1至4之一所述的新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，其特征是，所述吸光层为黑色。

6.如权利要求3或4所述的新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，其特征是，所述吸光层通过喷涂、印刷或者喷墨的方式，涂布于透镜底面或者透镜下方组件的表面。

7.如权利要求2之一所述的新型直下式LED背光照明用配光透镜组件，其特征是，所述吸光层与透镜本体通过双色注塑的方式一体成型。

8.一种直下式背光照明系统，其特征在于，包括设置权利要求1至7之一透镜组件。

9.一种LED电视，包括直下式背光照明系统，其特征在于，包括设置权利要求1至7之一透镜组件。