[发明专利]一种用于直下式背光光源的LED二次折反射式透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于直下式背光光源的LED二次折反射式透镜，主要适用于直下式背光光源的背光源，LED背光广告板等。

背景技术

背光光源在传统液晶显示器（LCD）以及大型广告板中有大量的应用。而传统的冷阴极管（CCFL）背光源已经逐渐被发光二极管（LED）背光源所取代。而最初的背光源利用背面雕花处理的导光板实现，其光源（线光源的CCFL或点光源的LED）从导光板侧面将光导入，此种方式由于导光板技术的限制，光照效率不高。而直下式液晶显示器背光源则有效提高了光照效率问题。LED属于有限角度光束的点光源，直下式LED背光源需要数百甚至上千白色或三基色LED排列而形成面光源，形成一个大面积平面进行照明，因而所需LED颗粒过多造成成本过高。

将点光源转化成面光源，是LED背光源的关键技术。光源均匀度和混光高度是背光源两个非常重要的性能指标。

对于光均匀性的改进是制约LED直下式背光源的重要因素。LED背光源中基于LED阵列的面光源，均匀度与LED光强分布密切有关。当没有安装透镜时，LED光强分布接近朗伯特分布。当利用传统的半球型透镜作为LED背光源，会改变LED的光强分布，减少光束角度，使得光线更集中在LED中轴线附近。不管采用哪一种LED封装方式，将其用于直下式LCD的背光源时，都会由于光强分布过于集中而使得光线集中在中轴线附近，使得背光源难以得到高均匀度。因此光均匀性成为直下式LCD的背光源最为难于解决的问题。当LED直下式背光源采用传统LED封装形式时，为提高光均匀度，通常采用增加厚度（即增加混光高度），或者增加LED排布密度。此种解决方案增加了背光源的体积和重量，从而制约LCD直下式背光源的推广和发展。如何降低混光高度成为背光源一个关键指标。目前市场上应用较为广泛的为一种圆形二次透镜。该方案将LED光线经过两个圆形凹面，通过折射方式，将LED光发散角度增大，通过阵列排布，实现以较少LED颗粒阵列排布来降低混光高度的背光源解决方案。然而随着混光高度越来越低（即厚度要求越来越薄），每颗透镜必须达到更大的折射角度。然而此方案透镜由于透镜材料本身的色散因子，在过大折射角时，不同波长的折射角度差异也越大，因而造成彩虹现象，即产生色斑影响光源的白色色度，使得这种背光源解决方案无法满足在不增加LED颗粒数量的同时进一步降低混光高度的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，即大角度照明时存在的彩虹色散现象限制了在不增加LED颗粒数量前提下减少混光高度，而提供一种新的用于直下式背光光源的LED二次折反射式透镜，一方面可以有效提高被光源光均匀度，并在不增加LED颗粒数的同时，进一步降低混光高度，技术效果好且成本低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于直下式背光光源的LED二次折反射式透镜，所述LED二次折反射式透镜为采用透明材料制成的轴对称实体，其特征是所述LED二次折反射式透镜由入射折射面、中央反射面、侧出射面、底部反射面组成，所述入射折射面、中央反射面、侧出射面、底部反射面均为曲面，所述入射折射面位于LED二次透镜下部，所述中央反射面位于入射面上方，所述侧出射面是一个连接底反射面和中央反射面的曲面。

本发明所述中央反射面、侧出射面均为光滑曲面。

本发明所述底部反射面为光滑曲面。

本发明所述入射折射面为一光滑曲面。根据最终效果的需要，可设计为凸面或者凹面，也可设计为菲涅尔透镜面。

本发明所述入射折射面、中央反射面、侧出射面、底部反射面均为光滑曲面，入射折射面、中央反射面、侧出射面、底部反射面的轮廓线均可以由如下多项式表征：

其中z为轮廓线的高度，r为轮廓线相对于中轴线的距离，c，k，A₁，A₂，A₃，A₄,…为根据设计目标可进行优化的参数。

本发明所述轮廓线的高度z和轮廓线相对于中轴线的距离r均是可根据设计目标进行优化的参数。