[发明专利]产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统

说明书

本发明公开了一种产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，包括光源、曲面透镜、位于曲面透镜上的对角母线、横向母线、纵向母线和底部轮廓线，所述光源的光线经过曲面透镜母线之间拟合形成的自由曲面并出射可以形成高均匀度光斑的光线。本发明还公开了曲面透镜上表面自由曲面的设计方法。本发明的设计方法简单，通过同步多曲面设计方法，可以实现特定的照明光型，由于透镜外表面是自由曲面，因此优化透镜形状，可以使得透镜的光能量损失最小，从而使LED发出的光高效率地投射到照明平面，并且提高均匀度。

技术领域

本发明涉及一种应用于液晶显示器背光时提高均匀度，实现光束控制的高均匀度的背光照明系统。

背景技术

发光二极管是一种基于电子空穴复合的发光原理制成的半导体发光器件，具有光电转换效率高、寿命长、节能环保等优点，已经在许多领域得到广泛应用。

现有的显示器背光照明系统主要分直下式和侧入式，一般采用大量的圆形光斑阵列化提供照明，因为旋转对称结构的圆形光斑存在过填充和欠填充的问题，因此难以满足显示屏均匀度的要求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种产生高均匀度的LED直下式背光透镜照明系统，目的在于消除传统光斑过填充和欠填充的情况，不仅能达到特定的照明需求，而且能提高直下式背光系统的均匀度。

为了达到上述目的，本发明提供一种产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，包括光源以及位于所述光源上方的曲面透镜。

曲面透镜内表面为球面，所述光源位于所述曲面透镜内表面围成的几何体积内部；曲面透镜外表面为自由曲面。

所述光源、所述曲面透镜内表面和所述曲面透镜外表面的中心在一条直线上。

所述曲面透镜外表面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、横向母线和纵向母线中的一条；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；