[发明专利]产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统

权利要求书

1.一种产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，其特征在于，包括光源(1)以及位于所述光源(1)上方的曲面透镜；

曲面透镜内表面(2)为球面，所述光源(1)位于所述曲面透镜内表面(2)围成的几何体积内部；曲面透镜外表面(3)为自由曲面，位于最外部；

所述光源(1)、所述曲面透镜内表面(2)和所述曲面透镜外表面(3)的中心在一条直线上；

所述曲面透镜外表面(3)自由曲面的设计方法包括如下步骤：

S1、以任意一个过光轴Z的平面为入射面，所述光源(1)位于坐标原点O，光源发光角度θ为光线传播方向与光轴正向OZ的夹角；将一个直角分为无限多份，设定一条起始光线为i，与其相邻的下一条光线为i+1；

S2、设第一条光线i通过自由曲面母线上A点坐标为(x_i,y_i)，母线是指对角母线(5)、横向母线(6)和纵向母线(7)中的一条；与其相邻的第二条光线i+1通过自由曲面母线上的点为B点坐标为(x_i+1,y_i+1)，连接A点和B点，A点和B点的连线与OX方向的夹角为β，则可知：

根据透镜安装角度和所需光斑形状的边界，确定最大发光角度θ_b，第i条光线与竖直方向的夹角为θ_i，经过自由曲面折射后的光线与竖直方向的夹角为α_i；

当θ_i＜θ_b时，使折射光线发散，此时：

当θ_i＞θ_b时，使折射光线会聚，此时：

通过折射定律公式：nsin(θ_i+β_i)＝sin(α_i+α_i)，

可知则

根据公式1：

确定相邻两条光线间的对应关系；

其中r_i+1为原点O与自由曲面母线上所述B点的距离，r_i为原点O与自由曲面母线上所述A点的距离；

再根据x_i＝r_isinθ_i，y_i＝r_icosθ_i，得到自由曲面母线上的点集；

S3、通过所述S2中得到代表自由曲面母线上的点集，将点集连接形成母线，通过各条透镜母线和底部轮廓线之间拟合得出自由曲面。

2.根据权利要求1所述产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，其特征在于，步骤S3中，透镜母线分为对角母线、横向母线、纵向母线三种，由任何一种或两种母线与底部轮廓线组合拟合出透镜外表面，包括对角母线和底部轮廓线拟合；横向母线和纵向母线拟合；横向母线或纵向母线其中的一个，与对角母线拟合，最终得到自由曲面。

3.根据权利要求1所述产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，其特征在于，所述光源(1)为LED灯。

4.根据权利要求3所述产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，其特征在于，所述曲面透镜为透光率大于90％的PMMA聚甲基丙烯酸甲酯或玻璃透光材料。

5.根据权利要求4所述产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，其特征在于，所述曲面透镜的加工方式为熔融压铸或开模注塑的一种。