本發(fā)明涉及透鏡技術領域，具體涉及一種直下式LED背光透鏡以及包括該透鏡的LED顯示裝置。

背景技術：

直下式LED背光透鏡主要應用于中大尺寸液晶電視背光照明以及普通照明領域的面光源如面板燈、吸頂燈等，其作用主要是把LED光源的發(fā)光角度擴大，并通過一定序列的排布，實現(xiàn)目標面的均勻照亮。如中國專利CN200910004478.0公開了一種發(fā)光裝置、面光源裝置、以及顯示裝置(參見圖1-2)，通過在LED器件上方安裝一透鏡(光束控制部件)，該透鏡工作面包含進光和出光兩個曲面，并具有旋轉軸對稱的特征，從剖面圖看到光線經過進光面和出光面產生一定的折射角度，實現(xiàn)光線的有序擴散分布。美國專利US6598998B2則公布了另一種結構的透鏡(參見圖3)，該透鏡同樣具有擴散光束的功能，其側面具有鋸齒狀結構，透鏡整體上也具有旋轉對稱的特征。從上述兩個專利公開的方案來看，其透鏡整體上都具有中心軸旋轉對稱的特征，其光路原理是基于中心理想點光源的漸開式設計，在中心軸平面上的理想點光源光線依照角度序列漸開式擴散角度；在垂直中心軸的水平面方向，該中心理想點光源的光路也呈現(xiàn)水平放射式，光線與光線之間不會相交。

而在實際應用中，LED器件是具有一定尺寸的，并非是理想的點光源，如透鏡直徑為15mm，LED器件發(fā)光面尺寸達3mm。另一方面，用于直下式透鏡的光源多為白光LED器件，此器件的出射光是由LED芯片發(fā)出的藍光激發(fā)黃色熒光粉產生的。市面上的LED器件多存在大角度方向色溫偏低，即邊緣發(fā)黃的現(xiàn)象。根據(jù)非成像光學的邊緣光線理論，光源出射光在經過連續(xù)曲面折射或反射后，處于光源邊緣的光線仍然分布在光斑邊緣，即在目標面上出現(xiàn)黃圈、黃斑等色差問題。

上述兩個專利公開的透鏡結構雖然在光強分布上實現(xiàn)了光線的擴散，但并沒有有效解決邊沿黃斑等色差的問題，為此需要采用高要求的芯片級熒光粉涂布或熒光粉沉淀工藝，但要求裝備的精度相對較高。

技術實現(xiàn)要素：

為了充分滿足應用上對光強分布和色差控制、裝配誤差控制的需求，本發(fā)明提供了一種直下式LED背光透鏡以及包括該透鏡的LED顯示裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種直下式LED背光透鏡，包括底面、入射面和出射面，其特征在于：所述入射面具有條狀的棱鏡條紋，并從透鏡底面中心向上收聚在靠近透鏡頂部中心的位置；所述出射面從底面向上延伸收聚于透鏡頂部，所述出射面由多個非光滑過渡的曲面單元構成；光源設置于透鏡的底面中心，所述光源發(fā)出的同一截面內的光線經過所述入射面折射后可分布在不同的平面上，上述經過入射面后的光線再經所述出射面的曲面單元進行進一步發(fā)散。從光源發(fā)出的光線經過上述入射面和出射面的無序發(fā)散后，可以解決現(xiàn)有技術中光源邊緣色差等問題。

進一步地，多個所述曲面單元的形狀可以相同或者不相同。

進一步地，所述透鏡的底面具有凸起的光學結構，用于散射部分雜光。

進一步地，所述凸起的光學結構包括設置于透鏡底面中心周圍的圓錐狀凸點、設置于所述圓錐狀凸點外圍的臺錐狀凸點以及設置于所述臺錐狀凸點外圍的棱狀條紋。顯然，本領域技術人員可根據(jù)需要設置上述光學結構的具體形式，并不限于上述的圓錐狀凸點、臺錐狀凸點和棱狀條紋。

進一步地，所述透鏡的底面設置有若干個裝配腳位。所述裝配腳位的具體形式和數(shù)量是本領域技術人員可根據(jù)需要進行確定的。

進一步地，所述透鏡的底面設置有若干個裝配方向的缺口，該缺口可作為透鏡注塑成型的進膠口。

進一步地，所述透鏡采用注塑成型工藝制成，所述透鏡的材質為光學塑膠材料。所述光學塑膠材料包括但不限于PMMA、PC、COC等。

本發(fā)明還提供了一種LED顯示裝置，包括安裝在LED器件背面的透鏡，其中，所述透鏡為上述任一種直下式LED背光透鏡。

區(qū)別于現(xiàn)有技術中的旋轉對稱結構，本發(fā)明所公開的LED背光透鏡整體上可采用非旋轉對稱結構，如整體上可呈水母狀的結構。

由于采用了上述技術方案，本發(fā)明取得了有益的技術效果：光源發(fā)出的光線經過上述特殊結構的透鏡進行兩級無序擴散后，實現(xiàn)了在保證照度均勻性前提下、避免產生色差的技術效果。通過透鏡底部設置的凸起的光學結構，可以有效散射部分雜光，進一步避免產生色差的問題，而在透鏡底面設置裝配腳位和缺口可便于機械裝配和注塑制造。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術的一種LED背光透鏡示意圖；

圖2是圖1中LED背光透鏡的光路圖；

圖3是現(xiàn)有技術中另一種LED背光透鏡示意圖；

圖4是本發(fā)明公開的LED背光透鏡的主要光學結構示意圖；

圖5是本發(fā)明公開的LED背光透鏡的入射面結構示意圖；

圖6是本發(fā)明公開的LED背光透鏡的底面凸起光學結構示意圖；

圖7是本發(fā)明公開的LED背光透鏡的機械裝配結構示意圖；

圖8是本發(fā)明公開的LED背光透鏡的光路圖；

圖9是本發(fā)明公開的LED顯示裝置示意圖；

圖10是本發(fā)明公開的LED顯示裝置的透鏡布置示意圖；

圖11是本發(fā)明公開的LED顯示裝置的單顆LED在目標面板的照度分布圖；

圖12是本發(fā)明公開的LED顯示裝置的單顆LED在目標面板的色差分布圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合實施例對本發(fā)明進行進一步詳細說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于下述具體實施例。

如圖4-5所示，本發(fā)明公開的LED背光透鏡包括底面3、入射面2和出射面1，所述入射面2具有條狀的棱鏡條紋，其從透鏡底面3中心向上收聚在靠近透鏡頂部中心的位置；所述出射面1從底面3向上延伸收聚于透鏡頂部，所述出射面1由多個非光滑過渡的曲面單元構成；光源設置于透鏡的底面3中心，所述光源發(fā)出的同一截面內的光線經過所述入射面2后可折射到不同的平面上，使光線進行無序擴散；上述經過入射面2后的光線再經所述出射面1的曲面單元進行進一步無序發(fā)散。出射光線之間存在夾角，如該夾角可在5°到15°之間。

進一步地，如圖6所示，所述透鏡的底面3設有凸起的光學結構，用于散射小部分雜光。進一步地，所述凸起的光學結構包括設置于透鏡底面中心周圍的圓錐狀凸點6、設置于所述圓錐狀凸點外圍的臺錐狀凸點7以及設置于所述臺錐狀凸點外圍的棱狀條紋8。顯然，本領域技術人員可根據(jù)需要設置上述光學結構的具體形式，并不限于上述的圓錐狀凸點、臺錐狀凸點和棱狀條紋。

進一步地，如圖7所示，所述透鏡還包括必要的機械裝配結構，透鏡的底面3設置有三個倒圓角的裝配腳位4，顯然所述裝配腳位的具體形式和數(shù)量也是本領域技術人員可根據(jù)需要進行調整的。所述透鏡的底面3還設置有裝配方向的缺口5，該缺口5可作為透鏡注塑成型的進膠口。所述透鏡采用塑膠注塑成型工藝制成，透鏡的材料為PMMA、PC、COC等光學塑膠材料。

如圖8所示，光線9和光線10是由中心點發(fā)出的，在同一中心軸截面上的其中兩束出射光線。由于光線9和光線10波長不一樣，在經過入射面2折射后，兩光線不再共面?zhèn)鞑?，而是異面?zhèn)鞑ピ谝粋€三維空間中。經過出射面1折射后，兩異面光線在三維空間中成一定的夾角，角度為5°-15°。經過兩個不連續(xù)面的折射后，原本在二維平面中的有序共面光線變成了三維空間中的無序異面光線，使得處于光源邊緣的光線不再有序的分布在光斑的邊緣，而是散布在光斑中，有效地解決了黃斑等色差問題。

本發(fā)明還公開了一種包括上述透鏡的LED顯示裝置，如圖9-10所示，所述透鏡安裝在LED器件的上方，并形成陣列排布，實現(xiàn)均勻無色差照亮目標面板。如圖11-12所示，本發(fā)明公開的LED顯示裝置實現(xiàn)了在保證照度均勻性的前提下，避免產生色差的技術效果。

根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對發(fā)明構成任何限制。