專利名稱：底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透鏡結(jié)構(gòu)，尤其涉及應(yīng)用于大角度發(fā)光的發(fā)光裝置，特別是采用點陣式背光源的背光模組中的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡。
背景技術(shù)：
目前，平面顯示器中所使用的液晶模組多采用TFT-IXD(薄膜場效應(yīng)晶體管IXD)技術(shù)。TFT-IXD為非主動式發(fā)光顯示，通常由白光背光模組(Backlight Module)提供均勻的系統(tǒng)亮度，再透過彩色濾光片(Color Filter)獲得豐富的色彩顯示。如圖I所示，現(xiàn)有的白光直下式背光模組包含光源及光學(xué)膜片組04。發(fā)光二極管03 (LED)由于體積小、耗能少，因此成為液晶顯示器背光模組使用的光源之一 ；LED03為朗 伯分布光源，光源正上方的光斑較小，在背光模組的使用中需要較多的LED03。如圖2所示，目前已有在LED03上方增加ー塊二次透鏡05，從而改變LED03的光分布，増加LED光的擴散角，降低混光強度。將設(shè)有二次透鏡的LED03應(yīng)用于直下式背光模組中，大大增加Film (薄膜)材04表面的光斑面積，有效降低LED03的使用數(shù)量，降低直下式背光模組的成本。如圖3所示，帶二次透鏡的直下式背光模組的工作原理為光線A經(jīng)過入光面011入射至出光面02時，部分光線反射至底面012，由底面012再反射回出光面02時光線朝向中心軸，引起中心軸附近光強較強，從而使光分布不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種使發(fā)出的光線更加均勻的背光模組點光源的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其沿中心軸旋轉(zhuǎn)對稱，其包括底面和與底面連接的弧形出光面，其設(shè)于點光源上方，所述底面包括中部弧狀凹形的入光面和與該弧狀凹形入光面連接的環(huán)狀凹形曲面。所述入光面的高度大于其底面寬度，出光面的高度小于其底面的寬度；
當(dāng)以中心軸為y軸，底面過中心軸的任意底線為X軸，X軸與I軸的交點為起始點吋， 出光面過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足x2+y2的值隨|χ|的增加而增加；
入光面過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足x2+y2的值隨Ixl的増加而減小；底面凹形曲面過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足y先隨著Ixl増加而增加，當(dāng)増大到底面凹形曲面的最高點后，y隨|χ|的增加而減少。所述出光面中心設(shè)有ー內(nèi)凹面、平面或凸面。根據(jù)需求,將出光面中心形狀與入光面配合，因入光面為弧狀凹形，當(dāng)二次透鏡需要中心亮一點，則出光面中心采用凸面與入光面配合；當(dāng)二次透鏡需要中心暗一點，則出光面中心采用內(nèi)凹面與入光面配合；若無特別的要求，則出光面中心采用平面與入光面配合。所述底面的凹形曲面最高點距底面的距離H與凹形曲面最高點到中心軸的距離L的比值H/L〈0. 176 ;所述凹形曲面最高點到凹形曲面與入光面的連接點的垂直距離為LI，H/LKO. 34。當(dāng)二次透鏡底面的凹形曲面最高點與底面的垂直高度H較高時可獲得較好的擴散效果，但是H高度過高會引起部分光線折向中心軸，從而引起光分布不均勻，配光曲線會有ー凸起。同時，由LED光源分布可知,發(fā)光角大于160度的光強已接近O,即，當(dāng)Θ (底面與中心軸的交點到凹形曲面最高點的直線與底面的夾角)〈10 °時，由底面引入的光線向中心軸方向折射的影響小。所以，凹形曲面最高點與底面的垂直距離H與凹形曲面最高點距中心軸的垂直距離L的比值即H/L〈arctanlO°即H/L〈0. 176。經(jīng)底面反射的光線經(jīng)底面的凹形曲面后會使光線折向中心軸，使中心變亮，進而使光源接收面的光分布不均勻。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Η/Ll值小于O. 34時，此部分光線引起中心過亮的影響較小。所以，通過調(diào)整H和LI的值，即使H/L1〈0.34。所述入光面與凹形曲面在底面的連接處為ー圈水平面，這樣不僅便于入光面與凹形曲面的連接處的加工，更便于底面與點光源的固定；所述出光面與凹形曲面在底面的連接處為ー圈水平面，從而便于出光面與凹形曲面的連接處的加工。所述出光面與底面在側(cè)面的連接處為ー圈豎直面，不僅便于加工出光面與凹形曲面的連接處，還有利于二次透鏡的側(cè)固定。所述凹形曲面與入光面的連接點為底面的最低點，這樣點光源發(fā)出的光線均通過入光面透出，光源利用率高。所述凹形曲面與入光面的連接點高于底面的最低點。所述二次透鏡為聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)、聚苯こ烯(PS)或玻璃等透光率較好的材料制品。所述二次透鏡應(yīng)用于背光模組中，該背光模組可以是直下式或側(cè)入式，可有效減少LED的使用數(shù)量，從而節(jié)約成本。所述二次透鏡的光源為點光源，如LED燈或激光等光源。本發(fā)明的二次透鏡，底面由中部弧狀凹形入光面和環(huán)狀凹形曲面連接形成連續(xù)的曲面，從而擴大光源的擴散角，使光線擴散效果好，到達接收板上的光線更加均勻；本發(fā)明的二次透鏡可應(yīng)用于背光模組中，也可應(yīng)用于需要光均勻擴散效果的照明系統(tǒng)中。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進ー步詳細的說明
圖I為現(xiàn)有的白光直下式背光模組的結(jié)構(gòu)示意 圖2為現(xiàn)有帶二次透鏡的直下式背光模組的結(jié)構(gòu)示意 圖3為現(xiàn)有帶二次透鏡的直下式背光模組的工作原理示意 圖4為本發(fā)明底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡的工作原理示意 圖5為實施例I的結(jié)構(gòu)示意 圖6為實施例2的結(jié)構(gòu)示意 圖7為凹形曲面與入光面的連接點為底面的最低點的結(jié)構(gòu)示意 圖8為凹形曲面與入光面的連接點高于底面的最低點的結(jié)構(gòu)示意 圖9為本發(fā)明的二次透鏡應(yīng)用于直下式背光模組中的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖4-9之一所示，本發(fā)明底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其沿中心軸旋轉(zhuǎn)對稱，其包括底面I和與底面I連接的弧形出光面2，其設(shè)于點光源3上方，所述底面包括中部弧狀凹形的入光面11和與該弧形凹形入光面11連接的環(huán)狀凹形曲面12。如圖4所示，采用以上的結(jié)構(gòu)，部分光線b經(jīng)過入光面11時向外折射，經(jīng)過出光面 2時再次向外折射，達到光擴散的目的。部分光線a到達出光面2時發(fā)生反射，至凹形曲面12時，由于凹形曲面12結(jié)構(gòu)的影響，光線向外反射，降低透鏡中心軸附近的光強，并使中心軸附近光源接收面4上的光均勻分布。
部分從二次透鏡外向凹形曲面12反射的光線C，經(jīng)過凹形曲面12時，由于凹形曲面12結(jié)構(gòu)的影響光線向外折射，使光擴散。如圖7所示，所述入光面11的高度Hl大于其底面寬度L2，出光面2的高度H2小于其底面的寬度L3 ；
當(dāng)以中心軸為y軸，底面I過中心軸的任意底線為X軸，X軸與y軸的交點為起始點時， 出光面2過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足x2+y2的值隨|x|的增加而增加； 入光面11過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)U，y)滿足x2+y2的值隨|χ|的增加而減??； 底面凹形曲面12過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(X，y)滿足y先隨著|x|增加而增加， 當(dāng)增大到底面凹形曲面12的最高點后，y隨|x|的增加而減少。所述點光源3為LED燈或激光等光源。所述出光面2中心設(shè)有一內(nèi)凹面、平面或凸面21。根據(jù)需求，將出光面2中心形狀與入光面11配合，因入光面11為弧狀凹形，當(dāng)光源接收面4需求中心較亮的分布，則出光面中心21可采用凸面設(shè)計；當(dāng)光源接收面4需求中心較暗或整個光斑均勻的分布，則出光面中心21可采用凹面或平面設(shè)計。所述底面的凹形曲面12最高點距底面的距離H與凹形曲面12最高點到中心軸的距離L的比值H/L〈0. 176。當(dāng)二次透鏡底面的凹形曲面12最高點與底面的垂直高度H較高時可獲得較好的擴散效果，但是H高度過高會引起部分光線折向中心軸，從而引起光分布不均勻，配光曲線會有一凸起。同時，由LED光源分布可知，發(fā)光角大于160度的光強已接近O,即，當(dāng) Θ (底面與中心軸的交點到凹形曲面最高點的直線與底面的夾角)〈10 °時，由底面引入的光線向中心軸方向折射的影響小。所以，當(dāng)點光源為LED光源，凹形曲面12最高點與底面I的垂直距離H與凹形曲面12最高點距中心軸的垂直距離L的比值即H/L〈arctanlO° (arctanlO。=0. 176)。所述凹形曲面12最高點到凹形曲面12與入光面11的連接點的垂直距離為LI， H/LKO. 34。經(jīng)底面I反射的光線經(jīng)底面的凹形曲面12后會使光線折向中心軸，使中心變亮，進而使光源接收面4的光分布不均勻。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Η/Ll值小于O. 34時，此部分光線引起中心過亮的影響較小。所以，通過調(diào)整H和LI的值，即使H/L1〈0.34。所述二次透鏡為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或玻璃等透光率較好的材料制品。
實施例I
如圖5所示，所述入光面11與凹形曲面12在底面I的連接處為一圈水平面5，這樣不僅便于入光面11與凹形曲面12的連接處的加工，更便于底面I與點光源3的固定；所述出光面2與凹形曲面12在底面I的連接處為一圈水平面6，從而便于出光面2與凹形曲面12 的連接處的加工。實施例2
如圖6所示，所述出光面2與底面 I在側(cè)面的連接處為一圈豎直面7，不僅便于加工出光面2與凹形曲面12的連接處，還有利于二次透鏡的側(cè)固定。實施例3
如圖7所示，所述凹形曲面12與入光面11的連接點i為底面的最低點，這樣點光源3 發(fā)出的光線均通過入光面11透出，光源利用率高。實施例4
如圖8所示,所述凹形曲面12與入光面11的連接點i高于底面I的最低點。實施例5
所述二次透鏡應(yīng)用于直下式背光模組中，該背光模組可以直下式或側(cè)入式，可有效減少LED的使用數(shù)量，從而節(jié)約成本。本發(fā)明的二次透鏡配合點光源，可應(yīng)用于液晶顯示屏的背光模組中，包括側(cè)入式和直下式背光模組中。如圖9所示，二次透鏡應(yīng)用于直下式背光模組中，d為反射片，e為點光源，f為本發(fā)明透鏡，g為擴散板和film材，h為TFT-IXD。其中光源e為點光源，可以是 LED、激光等點光源。
權(quán)利要求
1.底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其沿中心軸旋轉(zhuǎn)對稱，其包括底面和與底面連接的弧形出光面，其設(shè)于點光源上方，其特征在于所述底面包括中部弧狀凹形的入光面和與該弧狀凹形入光面連接的環(huán)狀凹形曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述入光面的高度大于其底面寬度，出光面的高度小于其底面的寬度； 當(dāng)以中心軸為y軸，以與中心軸垂直且過底面最低點的直線為X軸，X軸與I軸的交點為起始點時， 出光面過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足x2+y2的值隨|χ|的增加而增加； 入光面過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足x2+y2的值隨Ixl的増加而減??； 底面凹形曲面過中心軸截面的曲線的點坐標(biāo)(x，y)滿足y先隨著Ixl増加而增加，當(dāng)増大到底面凹形曲面的最高點后，y隨|χ|的增加而減少。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述出光面中心設(shè)有ー內(nèi)凹面、平面或凸面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述底面的凹形曲面最高點距底面的距離H與凹形曲面最高點到中心軸的距離L的比值H/L〈0. 176 ;所述凹形曲面最高點到凹形曲面與入光面的連接點的垂直距離為LI，H/LKO. 34。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述入光面與凹形曲面在底面的連接處為ー圈水平面，出光面與凹形曲面在底面的連接處為ー圈水平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述出光面與底面在側(cè)面的連接處為ー圈豎直面。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述凹形曲面與入光面的連接點為底面的最低點。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述凹形曲面與入光面的連接點高于底面的最低點。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述二次透鏡為聚對苯ニ甲酸こニ醇酯、聚碳酸酷、聚甲基丙烯酸甲酷、聚苯こ烯或玻璃制品。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其特征在于所述二次透鏡應(yīng)用于背光模組中。
全文摘要
本發(fā)明公開了底面為曲面結(jié)構(gòu)的二次透鏡，其沿中心軸旋轉(zhuǎn)對稱，其包括底面和與底面連接的弧形出光面，其設(shè)于點光源上方，所述底面包括中部弧狀凹形的入光面和與該弧狀凹形入光面連接的環(huán)狀凹形曲面。本發(fā)明的二次透鏡，底面由中部弧狀凹形入光面和環(huán)狀凹形曲面連接形成連續(xù)的曲面，從而擴大光源的擴散角，使光線擴散效果好，到達接收板上的光線更加均勻；本發(fā)明的二次透鏡可應(yīng)用于背光模組中，也可應(yīng)用于需要光均勻擴散效果的照明系統(tǒng)中。
文檔編號F21V5/04GK102705777SQ201210227219
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者李麗梅, 林博瑛, 鄭俊義 申請人:冠捷顯示科技(廈門)有限公司