本發(fā)明是關(guān)于一種用于大屏幕液晶顯示背光系統(tǒng)的二次光學透鏡。

背景技術(shù)：
直下式的LED背光系統(tǒng)(即將LED排列于液晶屏幕的下方直接照明液晶屏面板的照明系統(tǒng))，因為其結(jié)構(gòu)簡單、光損少、顯色質(zhì)數(shù)高、均勻度好、LED可以隨意排布、無須進行復雜的導光板網(wǎng)點設計等特征，得到了越來越廣泛的應用。追求越來越薄并且均勻的照明是大屏幕LCD(液晶顯示)的背光系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，二次光學透鏡是起決定性作用的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的大部分二次光學透鏡雖然可以很大程度上降低背光系統(tǒng)的厚度，但其有一個很難逾越的瓶頸，目前市場上可以做到的背光系統(tǒng)中，其二次光學透鏡的極限的高/寬比(即從LED的基板到LCD屏幕的距離與LED排列間距的比率)一般為0.25左右，就是當LED間距為100mm排列的時候，從LED的基板到LCD屏幕的距離需要大約為25mm，小于0.25就會產(chǎn)生正對LED位置的光斑中心過亮，從而很難實現(xiàn)LCD屏幕的均勻照明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效減少背光系統(tǒng)厚度的二次光學透鏡。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方式：一種二次光學透鏡，包括底面及自所述底面的邊緣向上拱起形成的配光曲面，所述配光曲面頂部的中間部位向上凸出形成凸起，所述凸起的外側(cè)面為圓柱形出光面，所述凸起頂部的中間部位向下凹入形成全反射面，所述全反射面內(nèi)設有臺階，自所述底面的中間部位向上凹入形成內(nèi)凹槽，所述內(nèi)凹槽具有側(cè)面及位于所述側(cè)面頂部的聚光面，所述側(cè)面為回轉(zhuǎn)面，使入射光線的一部分被所述聚光面會聚后，射向所述全反射面，全反射后的光線通過所述凸起的外側(cè)面出射；所述入射光線的另一部分經(jīng)所述內(nèi)凹槽的側(cè)面折射后，經(jīng)所述配光曲面出射。該二次光學透鏡可以用于液晶顯示背光系統(tǒng)。進一步的，所述內(nèi)凹槽的側(cè)面為圓弧形回轉(zhuǎn)面，所述圓弧形回轉(zhuǎn)面的剖面線為圓弧，所述圓弧的所有法線都相交于N點，所述N點與圓弧的頂點P在同一水平面。進一步的，所述柱形曲面為正圓或非正圓的掃描曲面(SweepSurface)。進一步的，所述反射面是圓錐形面、帶菲涅爾紋的錐面、剖面輪廓線由微小線段及曲線組成的環(huán)紋復合錐面、四面錐形面、多面錐形面或由圓錐形面和多面錐形面復合組成。進一步的，所述的反射面的反射方式為全反射、非全反射或部分全反射。進一步的，所述內(nèi)凹槽的側(cè)面和聚光面尖角過渡或圓弧過渡。進一步的，所述配光曲面附有環(huán)紋微結(jié)構(gòu)的衍射面，使出射光圍繞主出射光線產(chǎn)生±Δθ的小角度的混光，所述Δθ在2°～8°范圍內(nèi)。進一步的，所述環(huán)紋微結(jié)構(gòu)為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其波峰波谷值H為1～25微米，環(huán)紋的間距P為0.02～5毫米。進一步的，所述配光曲面為連續(xù)光滑的曲面、具有混光作用的環(huán)紋衍射面、具有混光作用的帶有鱗片狀多面體曲面、具有混光作用的帶有蜂窩狀組合曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面、剖面輪廓線由微小線段及曲線組成的環(huán)紋復合曲面、蜂窩狀多面體曲面、菲涅爾曲面、四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、多邊形混合自由曲面或非軸對稱的自由曲面。進一步的，所述配光曲面由四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、多邊形混合自由曲面、蜂窩狀多面體曲面、菲涅爾曲面、帶有鱗片狀曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面中至少兩種復合而成。進一步的，所述聚光面為菲涅爾環(huán)紋聚光面、非球面聚光面或自由曲面。進一步的，所述反射面上附著有半透明的樹脂或膠體，或者附著有不透明的介質(zhì)。進一步的，所述反射面涂覆反射膜或貼覆反射片材。進一步的，所述濾光片為半透明濾光片或非透明濾光片。進一步的，所述底面為90度V形槽環(huán)紋面、四方錐金字塔形棱鏡陣列面、六邊形排列的圓錐面、磨砂面或角錐棱鏡結(jié)構(gòu)陣列面。一種用于液晶顯示背光系統(tǒng)的LED透鏡裝置，包括LED光源、濾光片及所述的二次光學透鏡，所述濾光片固定于所述臺階上，所述LED光源位于所述內(nèi)凹槽內(nèi)。進一步的，所述濾光片與所述二次光學透鏡組合成一體。一種液晶顯示背光系統(tǒng)，包括所述的LED透鏡裝置。進一步的，所述LED透鏡裝置有一個或多個。一種照明系統(tǒng)，包括所述的LED透鏡裝置。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出一種LED的二次光學透鏡，采用折射和全反射組合的方法，可以進一步的縮短LED基板與LCD屏幕之間的距離，大大縮減了背光系統(tǒng)的厚度，其高寬比可以做到0.15以下。附圖說明圖1是LED透鏡裝置第一具體實施方式的剖面圖；圖2a～2e分別是第一具體實施方式的主視圖、俯視圖、右視圖、仰視圖及立體圖；圖3是第一具體實施方式的設計原理圖；圖4是第一具體實施方式的二次光學透鏡的配光曲面對單根光線的配光原理圖；圖5是第一具體實施方式的三維模型圖；圖6a、6b是第一具體實施方式的光線追跡圖；圖7是第一具體實施方式在距離LED基板15mm的LCD屏幕上的照度等高線分布圖；圖8是第一具體實施方式的坎德拉直角坐標分布圖(配光曲線)；圖9是第一具體實施方式的坎德拉極坐標分布圖(配光曲線)；圖10a、10b是第一具體實施方式的6*6陣列的背光模組的光線追跡圖，其中，LED間距為12mm，LCD屏幕離PCB板的距離為15mm，此光線追跡只顯示出射到屏幕上的光線；圖11是第一具體實施方式的6×6陣列，LED間距為120mm，LCD屏幕到PCB板的距離為15mm時，屏幕上的照度分布等高線圖；圖12是LED透鏡裝置的第二具體實施方式的設計原理圖；圖13是第二具體實施方式的坎德拉直角坐標分布圖；圖14是第二具體實施方式的坎德拉極坐標分布圖；圖15是LED透鏡裝置的第三具體實施方式的剖面圖；圖16是第三具體實施方式的設計原理圖；圖17是LED透鏡裝置的第四具體實施方式的設計原理圖；圖18a～18e分別是第四具體實施方式的主視圖、俯視圖、右視圖、仰視圖及立體圖；圖19a～19e分別是LED透鏡裝置的第五具體實施方式的主視圖、俯視圖、右視圖、仰視圖及立體圖；圖20是LED透鏡裝置的第五具體實施方式的混光原理圖；圖21a、21b分別是LED透鏡裝置的第六具體實施方式的剖面圖和仰視圖；圖22a、22b分別是LED透鏡裝置的第七具體實施方式的剖面圖和仰視圖；圖23a～23d分別是第八～十一具體實施方式的二次光學透鏡的楊視圖。具體實施方式下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明所涉及的LED透鏡裝置的第一具體實施方式，該透鏡裝置的剖面圖如圖1所示，該實施方式所涉及的透鏡的主視圖、立體圖、俯視圖、右視圖以及仰視圖如圖2所示。該透鏡裝置包括LED光源、二次光學透鏡1以及濾光片2。所述二次光學透鏡1的特征為：透鏡下方靠近LED光源的中間位置有一內(nèi)凹槽，內(nèi)凹槽的側(cè)面11為圓弧形回轉(zhuǎn)面(即其剖面線為圓弧)，內(nèi)凹槽的頂面13為一非球面聚光面；透鏡上方有一圓柱狀凸起，凸起的中間位置有一往下凹陷的圓錐形反射面14，其上有用于放置濾光片的臺階16，凸起的外側(cè)面15為稍微有點斜度的作為出光面的柱形曲面；二次光學透鏡的外圈側(cè)面12也為出光面，其起配光作用，其為連續(xù)光滑的曲面；二次光學透鏡的底面17為非光學表面，其上面有按照六邊形排列的用來收集雜光的回復反射微型角錐棱鏡面18。另外二次光學透鏡的底部還可以有用來固定的卡腳19，其用來將該透鏡固定于LED的電路板上。所述LED的照明裝置的濾光片2，其放置于透鏡上方圓柱狀凸起的臺階16內(nèi)，其可以為乳白色半透明的膠片，或者磨砂效果的散射片，或者也可為帶有涂層及鍍層的片材。所述LED的照明裝置使用的LED，其可以為各種朗伯形分布的LED。發(fā)射面的反射方式可以是全反射、非全反射或部分全反射。凸起的外側(cè)面是柱形曲面，該柱形曲面可以為正圓或非正圓的掃描曲面，其一種形狀是圓柱形曲面或帶有拔模斜度的圓柱形曲面。反射面可以是圓錐形面、帶菲涅爾紋的錐面、剖面輪廓線由微小線段及曲線組成的環(huán)紋復合錐面、四面錐形面、多面錐形面或由圓錐形面和多面錐形面復合組成。配光曲面可以為連續(xù)光滑的曲面、具有混光作用的環(huán)紋衍射面、具有混光作用的帶有鱗片狀多面體曲面、具有混光作用的帶有蜂窩狀組合曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面、剖面輪廓線由微小線段及曲線組成的環(huán)紋復合曲面、蜂窩狀多面體曲面、菲涅爾曲面、四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、多邊形混合自由曲面或非軸對稱的自由曲面。配光曲面也可以由四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、多邊形混合自由曲面、蜂窩狀多面體曲面、菲涅爾曲面、帶有鱗片狀曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面中至少兩種復合而成。聚光面可以為菲涅爾環(huán)紋聚光面、非球面聚光面或自由曲面。反射面上可以附著有半透明的樹脂或膠體，或者附著有不透明的介質(zhì)。反射面可以涂覆反射膜或貼覆反射片材。濾光片可以為半透明濾光片或非透明濾光片。圖3為第一具體實施方式的設計原理圖。從LED光源發(fā)光面中心點O射出的光線，其中間部分的光線被非球面的頂面13會聚，會聚后射向其上方的圓錐形全反射面14上，反射后的光線通過圓柱形外側(cè)面15射出，所有的出射光線與光軸OZ呈θmax角，θmax在85°～90°之間，這里優(yōu)選為85°。為了方便注塑，圓柱形外側(cè)面15的外側(cè)面上邊稍細、下邊稍粗，稍微有一點拔模斜度，拔模斜角在1°～5°之間，這里優(yōu)選為2°。剩下從LED光源發(fā)光面中心O點射出的側(cè)面部分的光線，經(jīng)過為圓弧形回轉(zhuǎn)面的側(cè)面11折射后入射到透鏡外側(cè)的配光曲面12上，從配光曲面12出射的光線，從上到下，其與光軸OZ的夾角分別均勻地分布在0～θmax角之間，θmax在85°～90°之間，這里也優(yōu)選為85°。所述的為圓弧形回轉(zhuǎn)面的側(cè)面11，其剖面線為圓弧，其所有法線都相交于N點，N點與圓弧的頂點P在同一水平。當LED的熒光粉涂敷面較大時，會有一些光從透鏡頂部的圓錐面全反射面14漏出，在出射光斑中形成光環(huán)，這里在其上方放置了一片濾光片2，其為半透明乳白色的膠片或者是帶磨砂的散射片，用來將雜光打散，消除光環(huán)，也可通過在透鏡頂部的圓錐面反射面上鍍膜或涂覆涂層阻擋雜光及消除光環(huán)，使形成范圍比較大的均勻光的分布。另外，當LED的熒光粉涂敷面較大時，還會有些雜光會被配光曲面12往透鏡的下方反射，因此這里在透鏡底面設計了按照六邊形排列的微型角錐棱鏡陣列的回復反射面，用來收集雜光，并往透鏡的上方反射。圖4為配光曲面12對單根光線QR的配光圖，其配光角度(出射光線與光軸OZ的夾角)滿足以下的正切條件：配光曲面12的輪廓線的(X，Y)坐標值根據(jù)上述的式子，由積分迭代法算出。聚光頂面13則可以由成像設計軟件優(yōu)化出。將計算和優(yōu)化出來的各個曲面組成二次光學透鏡的三維實體模型，如圖5所示。將本具體實施方式的二次光學透鏡的三維實體模型輸入到光度分析軟件中進行光線追跡及計算機模擬。假設LED光源的型號為飛利浦公司的LuxeonRebelWhiteDisplayLED，光通量為90流明，所需要照明的LCD屏幕距離LED基板的高度為15mm，透鏡上方的濾光片2的光學特性為散射白(DiffuseWhite)，實際中可以根據(jù)屏幕上光斑中間的明暗及是否有光環(huán)的情況調(diào)節(jié)濾光片的透明度及磨砂程度。圖6為第一具體實施方式的光線追跡圖。圖7為屏幕上的光照度等高線分布圖，可以看出光斑的直徑范圍超過了200mm。第一具體實施方式的光強的遠場角度分布(配光曲線)，如圖8及圖9所示，圖8為坎德拉直角坐標分布圖，圖9為坎德拉極坐標分布圖，可以看出大部分光強分布在±75°～±90°之間，其最大光強值的位置在±85°左右，中間部分±65°以內(nèi)的光強值比較低而且平滑，其值約為最大光強值的3.5％，這部分光線主要用來照明屏幕上正對LED上方的位置。圖10為第一具體實施方式的6×6陣列的背光模組的光線追跡圖，LED間距為120mm，所需要照明的LCD屏幕離PCB板的距離為15mm，這里只顯示射到屏幕上的光線。圖中較少的黑色線條是從二次光學透鏡射出的光線，這透鏡正上方區(qū)域的配光來自其相鄰的透鏡裝置射來的光線，從而使達到照度均勻的照射。圖11為屏幕上的照度分布等高線圖，可以看出照度分布的極大值約6500Lux(勒克斯)，照度分布的極小值約為5500Lux，可得屏幕上的照度分布的均勻度約為：圖10是第一具體實施方式的6×6陣列的背光模組的光線追跡圖，LED間距為120mm，屏幕離PCB板的距離為15mm，此光線追蹤圖只顯示出射到屏幕上的光線。第二具體實施方式：第二具體實施方式中，除了二次光學透鏡外側(cè)面的配光曲面122與第一具體實施方式不一樣之外，其他結(jié)構(gòu)都與第一具體實施方式基本相同。第二具體實施方式的設計原理如圖12所示，其所有經(jīng)過配光曲面122配光的輸出光線，其與光軸的夾角都為θmax，而具體實施方式中經(jīng)過配光曲面12配光的輸出光線，其與光軸OZ的夾角均勻地分布在0～θmax角之間，這里θmax也優(yōu)選為85°。在外形上，第二具體實施方式的曲面122更加扁平，而第一具體實施方式的配光曲面12與透鏡上方圓柱形外側(cè)面15銜接的處看起來有一個類似于圓角的弧形面。第二具體實施方式比第一具體實施方式具有更寬的照射范圍，當LED間距為150mm時，距離PCB板15mm高的LCD屏幕上的照度分布均勻度可以超過80％。第二具體實施方式的光強的遠場角度分布(配光曲線)如圖13及圖14所示，圖13為坎德拉直角坐標分布，圖14為坎德拉極坐標分布，可以看出大部分光強分布在±75°～±90°之間，其最大光強值的位置在±85°左右，中間±65°范圍以內(nèi)的光強值比第一具體實施方式更低，部分角度的光強值接近于0。第三具體實施方式：本發(fā)明所涉及的二次光學透鏡的第三具體實施方式，其剖面圖如圖15所示。與第一具體實施方式不同的是，透鏡下方靠近LED的中間位置的內(nèi)凹部分的側(cè)面113，其為錐面。其他幾個面的設計方法則與第一具體實施方式相同，包括內(nèi)凹的頂面133為一非球面聚光面；透鏡上方有一圓柱狀凸起，凸起的中間位置有一往下凹陷的圓錐形全反射面143，其上有用于放置濾光片的臺階163，凸起的外側(cè)面153為稍微有點斜度的圓柱形出光面；透鏡的外圈側(cè)面123也為出光面，其起配光作用，其為連續(xù)光滑的曲面；透鏡的底面173為非光學表面，其上面有按照六邊形排列的用來收集雜光的回復反射微型角錐棱鏡面183等。另外透鏡的底部還可以有用來固定的卡腳193，其用來將透鏡固定于LED的電路板上。所述LED的照明裝置的濾光片2，其放置于透鏡上方圓柱狀凸起的臺階163內(nèi)，其可以為乳白色半透明的膠片，或者磨砂效果的散射片，或者也可為帶有涂層及鍍層的片材。所述光學裝置使用的LED，其可以為各種朗伯形分布的LED。第三具體實施方式的設計原理和具體實施方式1類似。如圖16所示，從LED芯片發(fā)光面中心點O射出的光線，其中間部分的光線被非球面頂面133會聚，會聚后射向其上方的錐形全反射面143上，反射后的光線通過圓柱形外側(cè)面153射出，所有的出射光線與光軸OZ呈θmax角，θmax在85°～90°之間，這里優(yōu)選為85°。為了方便注塑，圓柱形外側(cè)面153的上邊稍細、下邊稍粗，稍微有一點拔模斜度，拔模斜角在1°～5°之間，這里優(yōu)選為2°。剩下從LED芯片發(fā)光面中心O點射出的側(cè)面部分的光線，經(jīng)過錐形側(cè)面113折射后入射到透鏡外側(cè)的配光曲面123上，從配光曲面123出射的光線，從上到下，其與光軸OZ的夾角均勻地分布在0～θmax角之間，θmax在85°～90°之間，這里也優(yōu)選為85°。第四具體實施方式：當LED光源上的熒光粉涂敷得比較稀，涂敷面積相對較大時，采用第一～三具體實施方式所述的二次光學透鏡對LED出射光進行配光，由于配光角度非常大，有可能在屏幕上會產(chǎn)生光斑中間色溫高、光斑邊緣色溫低的不一致的情況，從而導致LCD屏幕的色彩均勻度不好。本發(fā)明所述的第四具體實施方式提出了針對這種情況的解決方法。第四具體實施方式的剖面圖如圖17所示，除了外側(cè)的曲面124之外，其它所有的特征都與第一具體實施方式一樣，這里將外側(cè)的配光曲面124設計成附有環(huán)紋微結(jié)構(gòu)的衍射面，使出射光圍繞主出射光線QR產(chǎn)生±Δθ的小角度的混光，可以改善色溫的差異。一般來講Δθ在2°～5°范圍內(nèi)，這里優(yōu)選為3°。這里所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)優(yōu)選為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其波峰波谷值H為8微米，環(huán)紋的間距P為0.5毫米。所述的主光線QR，其配光角度(出射光線與光軸OZ的夾角)也滿足以下的正切條件：在外側(cè)配光曲面124上加上所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其可以產(chǎn)生約±3°的混光，從而解決LCD面板上色溫差異的問題。所述的第四具體實施方式，外側(cè)的配光曲面除了波浪形的環(huán)紋衍射面之外，其還可以為剖面輪廓線由微小直線段組成的環(huán)紋面，也可以起很好的一個小角度內(nèi)的混光效果。圖18為所涉及的第四具體實施方式的三維視圖，透鏡的底面174也附有用來收集雜光的角錐棱鏡型回復反射微結(jié)構(gòu)面184，透鏡外側(cè)曲面124為環(huán)紋微結(jié)構(gòu)的衍射面。第五具體實施方式：另外，對于有可能在屏幕上會產(chǎn)生光斑中間色溫高、光斑邊緣色溫低的不一致的情況的混光方法，除了采用第四具體實施方式的方法之外，還可以將側(cè)面設計成鱗片狀多面體的方法，進行小角度內(nèi)的混光。圖19為本具體實施方式的主視圖、立體圖、俯視圖、右視圖、以及仰視圖。圖中除了外側(cè)的配光曲面125為按照六邊形排列的鱗片狀多面體之外，其他曲面的設計都與第一具體實施方式相同。圖20為第五具體實施方式的混光原理圖，Q1Q2為其中一個鱗片的剖面輪廓線，光線經(jīng)過此鱗片的中心點Q，輸出光線的配光角度遵循第一具體實施方式或第二具體實施方式的配光方法。由于所涉及的鱗片為平面，光線經(jīng)過鱗片的上下邊緣Q1和Q2，其圍繞主光線QR有一很小的發(fā)散角±Δθ，其可以和相鄰的鱗片出來的發(fā)散光束起到混光的作用。這里優(yōu)選每個鱗片的大小使其與第一具體實施方式的剖面輪廓線在相應位置處的矢高差約為8微米，從而產(chǎn)生約±3°的混光，從而解決LCD面板上色溫差異的問題。另外本實施方式所述的鱗片狀多面體配光曲面125，其還可以為按照四邊形或其他形狀排列的鱗片狀多面體。第六具體實施方式：本發(fā)明所涉及的LED透鏡裝置的二次光學透鏡，其透鏡下方靠近LED光源的中間位置的內(nèi)凹的頂面還可以設計為菲涅爾(Fresnel)環(huán)紋聚光面。圖21為所述第六具體實施方式的剖面圖及仰視圖，圖中將第一具體實施方式中的內(nèi)凹部分頂部的非球面聚光鏡變成了Fresnel透鏡，光學方面其與非球面聚光鏡的同樣起到聚光的作用，而結(jié)構(gòu)方面其可以減少透鏡的空間，從而采用這個結(jié)構(gòu)可以將透鏡的尺寸設計的更小一些。第七具體實施方式：本發(fā)明所涉及的LED透鏡裝置的二次光學透鏡，另一方法在其透鏡上方中間內(nèi)凹的反射面上填充或設置與透鏡不同光學特性的物體，此物體可以為半透狀的樹脂或膠體，也可以是帶有鍍層或涂層的物體，或者是不透明的物體。圖22為所述第七具體實施方式的剖面圖及仰視圖，圖中將第一具體實施方式中，透鏡上方反射面上的散射片變成填充物件，同樣可以實現(xiàn)阻擋雜光及消除光環(huán)的功能，從而使形成范圍比較大的均勻光照的分布。其他具體實施方式：所述的用于大屏幕液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的光學裝置，其所述的二次光學透鏡的底部為非光學表面，其可以為任何表面，上面可以做任何處理，包括普通機加工面、磨砂面、用來收集雜光的回復反射微結(jié)構(gòu)面等。圖23a～23d分別為二次光學透鏡的底面為微型90度V-槽形環(huán)紋面187、微型4方錐金字塔形棱鏡陣列面188、微型6邊形排列的圓錐面189、以及磨砂面1810，圖中具體實施方式八、九、十底面都為微型角錐棱鏡結(jié)構(gòu)陣列面，其可以將入射到透鏡底面的光反射回到透鏡前方。具體實施方式十一的二次光學透鏡的底面為磨砂面，其將射向透鏡后方的雜光打散，并部分反射回透鏡的前方，如果其上面涂上白色的漆，則收集雜光的效果會更理想。本發(fā)明涉及一種用于大屏幕液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的光學裝置，其特點為該裝置由LED光源、二次光學透鏡、以及濾光片組成。所述裝置的二次光學透鏡，其特征為：透鏡下方靠近LED的中間位置有一內(nèi)凹槽，內(nèi)凹槽的側(cè)面為圓弧形回轉(zhuǎn)面或圓錐形回轉(zhuǎn)面，內(nèi)凹的頂面為一非球面或為菲涅爾(Fresnel)聚光面；透鏡上方有一圓柱狀凸起，凸起的中間位置有一往下凹陷的圓錐形全反射面，其上有用于放置濾光片的臺階，凸起的外側(cè)面為稍微有點斜度的圓柱形出光面；透鏡的外圈側(cè)面也為出光面，其為配光曲面，其可以為連續(xù)光滑的曲面，也可以為稍微帶有混光作用的環(huán)紋衍射面、剖面輪廓線由微小直線段組成的環(huán)紋面、或者為多面體鱗片面；透鏡的底面為非光學表面，其可以為任何表面，上面可以做任何處理，包括普通機加工面、磨砂面、用來收集雜光的回復反射微結(jié)構(gòu)面等。另外透鏡的底部還可以有用來固定的卡腳，根據(jù)需要可以有不同的形狀、大小、及位置，用來將透鏡固定于LED的電路板上。所述LED的照明裝置的濾光片，其放置于透鏡上方圓柱狀凸起的臺階內(nèi)，其可以為乳白色半透明的膠片，或者磨砂效果的散射片，或者具有帶有網(wǎng)點的濾光片，或者也可為帶有涂層及鍍層的片材。所述LED的照明裝置使用的LED，其可以為各種朗伯形分布的LED。二次光學透鏡下方靠近LED的內(nèi)凹的側(cè)面11可以為圓弧形回轉(zhuǎn)面，其剖面線為圓弧，其所有法線都相交于N點，N點與圓弧線的頂點P在同一水平。二次光學透鏡的設計原理可以為，從LED芯片發(fā)光面中心點O射出的光線，其中間部分的光線被非球面頂面13會聚，會聚后射向其上方的錐形全反射面14上，反射后的光線通過圓柱形外側(cè)面15射出，所有的出射光線與光軸OZ呈θmax角，θmax在85°～90°之間。為了方便注塑，圓柱形外側(cè)面15的上邊稍細、下邊稍粗，稍微有一點拔模斜度，拔模斜角在1°～5°之間。剩下從LED芯片發(fā)光面中心O點射出的側(cè)面部分的光線，經(jīng)過為弧形回轉(zhuǎn)面的側(cè)面11折射后入射到透鏡外側(cè)的配光曲面12上，從配光曲面12出射的光線，從上到下，其與光軸OZ的夾角均勻地分布在0～θmax角之間，θmax在85°～90°之間。外側(cè)配光曲面12對單根光線QR的配光方法，其配光角度(出射光線與光軸OZ的夾角)滿足以下的正切條件：二次光學透鏡上方的濾光片2的光學特性可以根據(jù)實際的光斑中間的明暗及是否有光環(huán)的配光情況調(diào)節(jié)濾光片的透明度及磨砂程度，其也可以為帶有網(wǎng)點的濾光片，或者是帶有涂層及鍍層的片材。二次光學透鏡上方凸起的中間位置有一的往下凹陷的圓錐形全反射面，此內(nèi)凹的反射面也可以為弧面或平面，其反射面上也可帶有一層或多層的反射鍍層或涂層，也可以為帶有網(wǎng)點或環(huán)紋的微結(jié)構(gòu)。所述的透鏡裝置，其所有經(jīng)過配光曲面122配光的輸出光線，其與光軸的夾角也可以都為θmax。所述的透鏡裝置，其二次光學透鏡下方靠近LED的中間位置的內(nèi)凹部分的側(cè)面113，也可以為圓錐面。所述的透鏡裝置，針對于當LED芯片的熒光粉涂敷得比較稀，涂敷面積相對較大時，由于配光角度非常大，有可能在屏幕上會產(chǎn)生光斑中間色溫高、光斑邊緣色溫低的不一致的情況。針對這種情況，可以將所述的二次光學透鏡的外側(cè)配光曲面124設計成附有環(huán)紋微結(jié)構(gòu)的衍射面，使出射光圍繞主出射光線QR產(chǎn)生±Δθ的小角度的混光，可以改善色溫的差異，Δθ在2°～5°范圍內(nèi)。所述的透鏡裝置，針對光斑中間色溫高、光斑邊緣色溫低的不一致的情況，可以將所述的二次光學透鏡的外側(cè)配光曲面124設計成剖面輪廓線由微小直線段組成的環(huán)紋面。所述的透鏡裝置，針對光斑中間色溫高、光斑邊緣色溫低的不一致的情況，可以將透鏡外側(cè)的配光曲面125設計成鱗片狀多面體的配光曲面，其還可以為按照四邊形或其他形狀排列的鱗片狀多面體，光線經(jīng)過鱗片的邊緣Q1和Q2，其圍繞主光線QR有一很小的發(fā)散角±Δθ，其可以和相鄰的鱗片出來的發(fā)散光起到混光的作用。所述的透鏡裝置，其二次光學透鏡下方靠近LED的內(nèi)凹的頂面還可以為菲涅爾(Fresnel)環(huán)紋聚光面。其與非球面聚光鏡的同樣起到聚光的作用，而結(jié)構(gòu)方面其可以減少透鏡的空間，從而采用這個結(jié)構(gòu)可以將透鏡設計的更小一些。所述的透鏡裝置，該LED背光系統(tǒng)的光學裝置應用在背光照明系統(tǒng)上，可以為不同間距進行排布，也可以以單顆或多顆的不同方式排列設置。所述的透鏡裝置，可以應用在除液晶顯示背光以外的照明系統(tǒng)上。所述的透鏡裝置，該LED背光系統(tǒng)的光學裝置應用在背光照明系統(tǒng)上，其透鏡的正上方照射區(qū)域的配光來自與其相鄰透鏡裝置射出的光線。所述的透鏡裝置，其二次光學透鏡1與其上方的濾光片2可為一體組合式設置，也可為分體式設置。所述的透鏡裝置，其二次光學透鏡1與其上方的濾光片2也可以為兩種不同光學特性的材質(zhì)組合或成型成一體。所述的透鏡裝置，其二次光學透鏡的底面為非光學表面，其可以為普通機加工面、磨砂面、用來收集雜光的回復反射微結(jié)構(gòu)面等。所述的復反射微結(jié)構(gòu)面，其可以為微型90度V-槽環(huán)紋面187、微型4方錐金字塔形棱鏡陣列面188、微型6邊形排列的圓錐面189，其可以將入射到透鏡底面的光反射回到透鏡前方。所述的磨砂面，其可以將射向透鏡后方的雜光打散，并部分反射回透鏡的前方，磨砂面上還可以涂上白色的漆。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。