發(fā)光裝置及其相關(guān)顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開了一種發(fā)光裝置及其相關(guān)顯示系統(tǒng)。該發(fā)光裝置包括腔體、發(fā)光元件陣列和透鏡陣列，其中透鏡陣列和發(fā)光元件陣列一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)透鏡包括全內(nèi)反射曲面、第一折射面和第二折射曲面，每個(gè)發(fā)光元件所發(fā)光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡后在腔體的出光面上形成一個(gè)完整光斑，且各發(fā)光元件所對(duì)應(yīng)的光斑相互至少部分疊加，以在出光面上形成一個(gè)均勻照度。本發(fā)明能夠提供一種能實(shí)現(xiàn)均勻照度和高效率的發(fā)光裝置。
【專利說(shuō)明】發(fā)光裝置及其相關(guān)顯示系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顯示及照明【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種發(fā)光裝置及其相關(guān)顯示系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，平板顯示器的市場(chǎng)隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展越來(lái)越大，其中，液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)占平板顯示的份額接近90%。液晶顯示器作為一種被動(dòng)發(fā)光器件，本身不會(huì)發(fā)光，對(duì)于透射型液晶顯示器，必須依靠背光光源將光線穿過(guò)顯示面板，展現(xiàn)圖形圖像。冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)和發(fā)光二極管(LightEmitting Diodes，LED)是目前液晶背光的兩種只要技術(shù)。LED背光只要優(yōu)勢(shì)在于:色彩還原性好、低能耗、超長(zhǎng)壽命、響應(yīng)速度快、材料無(wú)環(huán)境公害、更好的電學(xué)光學(xué)控制性能等等，尤其是使用了紅綠藍(lán)三基色LED后，其色彩還原性，可做到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的105%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CCFL背光的79%左右。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，RGB三基色LED背光是液晶顯色背光技術(shù)中最有前途的。
[0003]LED背光根據(jù)其光學(xué)結(jié)構(gòu)分為側(cè)下式和直下式兩種。側(cè)下式的光源布置在面板側(cè)面，通過(guò)導(dǎo)光板將光線分布到面板上，直下式的光源直接布置在液晶面板下方。一般來(lái)說(shuō)，側(cè)下式LED背光總體效率高，背光板厚度較??；直下式LED背光光線均勻度高，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)區(qū)域?qū)Ρ榷瓤刂啤?br> [0004]LED直接出光的光分布為朗伯型，光能量集中在軸向小角度內(nèi)，直接將這種配光的LED放置在面板下方很難實(shí)現(xiàn)面板上的均勻照明。目前的直下式LED背光多是基于側(cè)面發(fā)光LED，其出射的光能量集中在水平方向±20°的范圍內(nèi)。在這種基于側(cè)面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)中，背光腔的內(nèi)壁涂覆以高反射率材料，LED發(fā)出的光線在背光腔內(nèi)反復(fù)反射，最終在面板處形成照度色度都均勻的光分布。這種背光結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是均勻度高，缺點(diǎn)是光線在反復(fù)的反射過(guò)程中損失了很多能量，整體效率偏低，而且單顆LED并不直接對(duì)應(yīng)面板上的某一區(qū)域，很難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)區(qū)域?qū)Ρ榷瓤刂啤?br> [0005]為了克服基于側(cè)面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)的缺點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)提出將一種具有自由曲面表面的透鏡運(yùn)用到背光源中。如圖1所示，圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種具有自由曲面表面的透鏡的剖視圖。在這種方法中，每顆LED外部安裝一個(gè)自由曲面透鏡，透鏡將LED封裝模塊發(fā)出的光束進(jìn)行重新控制，每顆LED出射的光線在面板出形成一定形狀的光斑，帶有自由曲面透鏡的LED按一定規(guī)則排列，就可在面板上形成大范圍均勻白光照明。但是，為實(shí)現(xiàn)背光腔的薄型化，每顆LED所對(duì)應(yīng)的自由曲面透鏡的寬縱比需較大，其中該寬縱比為經(jīng)該透鏡發(fā)出的光在背光腔的出光面上形成的光斑的直徑與該出光面距離該透鏡的距離的比值。背光腔越薄，則透鏡的寬縱比越大，相對(duì)應(yīng)地，該透鏡需將LED出射的小角度的光更大程度地折射向大角度，即在透鏡的界面上出射光線方向與入射光線方向的夾角(偏折角度)越大。偏折角度越大，則透鏡內(nèi)光束入射于透鏡界面的入射角就需要越大，而界面反射率也就越高。較高的界面反射不僅使透鏡的出光效率降低，且其產(chǎn)生的更加強(qiáng)的雜散光會(huì)更嚴(yán)重地影響透鏡照明效果。[0006]一般可通過(guò)在透鏡表面鍍?cè)鐾改さ姆绞絹?lái)減小界面反射，但這種方式會(huì)增加較大的成本，尤其是透鏡曲面上光線入射角越大時(shí)，增透膜的設(shè)計(jì)與鍍膜也就越困難，增透效果也越差，成本也就越高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能實(shí)現(xiàn)均勻照度和高效率的發(fā)光裝置。
[0008]本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)光裝置，包括:
[0009]腔體，該腔體包括出光面；
[0010]發(fā)光元件陣列，包括至少兩個(gè)發(fā)光元件，其中每個(gè)發(fā)光元件均包括發(fā)光面；該發(fā)光元件陣列位于所述腔體內(nèi)，且各發(fā)光元件的發(fā)光面均朝向該腔體的出光面；
[0011]透鏡陣列，該透鏡陣列中的每個(gè)透鏡與該發(fā)光元件陣列中的每個(gè)發(fā)光元件一一對(duì)應(yīng)，其中每個(gè)透鏡包括底面、全內(nèi)反射曲面、第一折射面和第二折射曲面；各發(fā)光元件出射的光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡的底面進(jìn)入該透鏡，其中第一角度范圍光入射至所述全內(nèi)反射曲面，經(jīng)反射后從第一折射面出射，第二角度范圍光入射至第二折射曲面并折射出射，其中第一角度范圍小于該第二角度范圍，從該第一折射面和第二折射曲面出射的光與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角小于85度，其中每個(gè)發(fā)光元件的中心軸M垂直于所述腔體的出光面，且方向指向該出光面；
[0012]每個(gè)發(fā)光元件所發(fā)光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡后在所述腔體的出光面上形成的完整光斑覆蓋該出光面的至少部分，而任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件之間的距離小于其中任意一個(gè)發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑的口徑，使得所述發(fā)光元件陣列中各發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑相互至少部分疊加，以在所述腔體的出光面的至少部分上形成均勻照度。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種發(fā)光裝置，包括:
[0014]腔體，該腔體包括出光面；
[0015]發(fā)光元件陣列，包括至少兩個(gè)發(fā)光元件，其中每個(gè)發(fā)光元件均包括發(fā)光面；該發(fā)光元件陣列位于所述腔體內(nèi)，且各發(fā)光元件的發(fā)光面均朝向該腔體的出光面；
[0016]透鏡陣列，該透鏡陣列中的每個(gè)透鏡與該發(fā)光元件陣列中的每個(gè)發(fā)光元件一一對(duì)應(yīng)，其中每個(gè)透鏡包括底面、反射曲面和第一折射面、第二折射曲面和第三折射曲面，其中該反射曲面上鍍有反射膜；各發(fā)光元件出射的光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡的底面進(jìn)入該透鏡，其中第一角度范圍光入射至所述反射曲面，經(jīng)反射后從第一折射面出射，第二角度范圍光入射至第二折射曲面并折射出射，第三角度范圍光入射至第三折射曲面并折射出射，其中第三角度范圍小于第一角度范圍且第一角度范圍小于第二角度范圍，從該第一折射面、第二折射曲面和第三折射面出射的光與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角小于85度，其中每個(gè)發(fā)光元件的中心軸M垂直于所述腔體的出光面，且方向指向該出光面；
[0017]每個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡后在所述腔體的出光面上形成的光斑覆蓋該出光面的至少部分，而任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件之間的距離小于其中任意一個(gè)發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑的口徑，使得所述發(fā)光元件陣列中各發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑相互至少部分疊加，以在所述腔體的出光面的至少部分上形成均勻照度。[0018]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種顯示系統(tǒng)，包括上述發(fā)光裝置。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下有益效果:
[0020]由于發(fā)光元件出射的光中小角度范圍光束占的比例較大，要實(shí)現(xiàn)透鏡較大的寬縱t匕，則需對(duì)這些小角度范圍的光進(jìn)行較大角度的偏折；在本發(fā)明中，通過(guò)采用全內(nèi)反射曲面來(lái)改變角度較小的第一角度范圍光的傳播路徑，這樣，可以避免光束在透鏡表面上的界面反射率較高，且由于反射曲面改變光的傳播方向的角度可以很大，能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡較大的寬縱比；從第一折射面和第二折射曲面出射的光與發(fā)光元件出射光的光軸的夾角均小于85度，即發(fā)光元件出射的光經(jīng)透鏡后直接出射至腔體的出光面上形成光斑，且由于反射曲面為全內(nèi)反射曲面，光束在經(jīng)過(guò)第一折射面和第二折射曲面時(shí)由于界面反射而導(dǎo)致的被反射的部分光可以透射過(guò)全內(nèi)反射曲面并出射至腔體的出光面上，與第一折射面和第二折射曲面發(fā)出的光一起在腔體的出光面上形成一個(gè)完整的光斑，而發(fā)光兀件陣列中各發(fā)光兀件在所述腔體的出光面上形成的光斑相互至少部分疊加，以在所述腔體的出光面上形成均勻照度；相比【背景技術(shù)】中的基于側(cè)面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)中LED發(fā)出的光線需在背光腔內(nèi)反復(fù)反射后才能在面板上形成運(yùn)用的光分布，本發(fā)明中由于各LED發(fā)出的光直接出射至腔體的出光面并在上面相互疊加形成均勻的光分布，避免了在腔體內(nèi)多次反射造成的光損失，提高了整體效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種具有自由曲面表面的透鏡的剖視圖；
[0022]圖2A是本發(fā)明的發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2B是圖1所示的發(fā)光裝置的透鏡陣列中透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2C是圖2B所示透鏡沿該透鏡的中心軸M的任意一個(gè)截面上的光路示意圖；
[0025]圖2D是實(shí)現(xiàn)均勻照度的透鏡原理設(shè)計(jì)圖。圖中所示為過(guò)透鏡中心軸的截面圖；
[0026]圖3A是出光面11上各光斑O相互疊加的示意圖；
[0027]圖3B圖3A所示的出光面11上一個(gè)光斑O的光分布；
[0028]圖3C是兩個(gè)相鄰的圖3B所示的光斑O疊加后的光分布；
[0029]圖4是本發(fā)明的發(fā)光裝置中各發(fā)光元件在出光面11所在平面上形成的光斑的示意圖；
[0030]圖5是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路不意圖；
[0031]圖6是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路不意圖；
[0032]圖7是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路不意圖；
[0033]圖8是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路不意圖；
[0034]圖9A是本發(fā)明的發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖9B是圖9A所示發(fā)光裝置中一個(gè)透鏡沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖；[0036]圖10是本發(fā)明的發(fā)光裝置中另一種透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路不意圖；
[0037]圖1lA是本發(fā)明的發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖1lB是圖1lA所示發(fā)光裝置中一個(gè)透鏡沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為了引用和清楚起見，下文中使用的“均勻照度”指的是最低照度和平均照度的比值大于50%。
[0040]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0041]實(shí)施例一
[0042]請(qǐng)參閱圖2A，圖2A是本發(fā)明的發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。該實(shí)施例的發(fā)光裝置100包括具有出光面11的腔體1、發(fā)光元件陣列2和透鏡陣列3。
[0043]發(fā)光元件陣列2包括至少兩個(gè)發(fā)光元件21，其中每個(gè)發(fā)光元件均包括發(fā)光面201，且各發(fā)光元件21的發(fā)光面201均朝向腔體I的出光面11。每個(gè)發(fā)光元件21的中心軸M均垂直于腔體I的出光面11，且方向指向該出光面11。在本實(shí)施例中，腔體I呈長(zhǎng)方體狀，該長(zhǎng)方體的長(zhǎng)邊與寬邊圍成的兩個(gè)相對(duì)的面中其中一個(gè)面為出光面U。發(fā)光元件陣列2設(shè)于與出光面11相對(duì)的另一個(gè)面13上。發(fā)光兀件陣列2中各發(fā)光兀件21為L(zhǎng)ED (LightEmitting Diode,發(fā)光二極管)。在實(shí)際運(yùn)用中，各發(fā)光元件也可以為L(zhǎng)D (Laser Diode,激光二極管)或者OLED (Organic Light Emitting Diode,有機(jī)發(fā)光二極管)等其他發(fā)光元件。
[0044]透鏡陣列3中的每個(gè)透鏡31與發(fā)光元件陣列2中的每個(gè)發(fā)光元件21 —一對(duì)應(yīng)，且每個(gè)透鏡31的中心軸和與其對(duì)應(yīng)的發(fā)光元件的中心軸M相重合。如圖2B和圖2C所示，圖2B是圖1所示的發(fā)光裝置的透鏡陣列中透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2C是圖2B所示透鏡沿該透鏡的中心軸M的任意一個(gè)截面上的光路示意圖。透鏡31包括底面31a、全內(nèi)反射曲面31b、第一折射面31c和第二折射曲面31d。在本實(shí)施例中，透鏡31根據(jù)中心軸M旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用中，透鏡31也可以不是根據(jù)中心軸M旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，那么該透鏡31出射的光線在出光面11上形成的光斑在不同的方向上光分布不同，而透鏡31沿其中心軸M的任意一個(gè)截面上的全內(nèi)反射曲線、第一折射線和第二折射曲線的斜率根據(jù)具體需要的光分布來(lái)具體設(shè)計(jì)。
[0045]本實(shí)施例中，發(fā)光兀件21位于透鏡31的底面31a —側(cè),發(fā)光兀件21所發(fā)光經(jīng)該透鏡31的底面31a進(jìn)入該透鏡內(nèi)。發(fā)光元件21所發(fā)光中角度較小的第一角度范圍光直接入射至全內(nèi)反射曲面31b，全內(nèi)反射曲面31b上每一處的斜率設(shè)置使得在任意一處第一角度范圍光的入射角度均大于全反射的臨界角，以使得第一角度范圍光均被全反射。在本實(shí)施例中，第一角度范圍光包括與發(fā)光元件21中心軸M夾角為O至30度的光。第一折射面31c位于經(jīng)全內(nèi)反射曲面31b反射的光束的傳播路徑上，且平行于發(fā)光元件21的中心軸M，使得經(jīng)全內(nèi)反射曲面31b反射的光束直接入射至第一折射面31c并折射出射至腔體I的出光面11上，形成呈環(huán)狀的光斑S。
[0046]角度較第一角度范圍光大的第二角度范圍光直接入射至第二折射曲面31d并折射出射至腔體I的出光面11上，形成呈環(huán)狀的光斑T。在本實(shí)施例中，第二角度范圍光包括與發(fā)光元件21中心軸M夾角為50至90度的光。
[0047]在透鏡的表面上第一折射面31c位于全內(nèi)反射曲面31b和第二折射曲面31d之間，因此位于第一角度范圍光和第二角度范圍光之間的部分光則直接出射至第一折射面31c。而另一小部分光則由于入射角度大于臨界角而在第一折射面31c上發(fā)生全反射至全內(nèi)反射曲面31b，如圖2C中所示光線LI，然后在全內(nèi)反射曲面31b上折射出射至光斑S的中心區(qū)域。
[0048]由于光束在兩種不同介質(zhì)相接的界面上發(fā)生折射時(shí)會(huì)產(chǎn)生界面反射，其中偏折角度越大，則界面反射率越大。因此，光束在入射于第一折射面31c和第二折射曲面31d時(shí)有一部分光發(fā)生界面反射(如圖2C中虛線所示的光線)，其中入射于第一折射面31c上發(fā)生界面反射的光直接被反射至全內(nèi)反射曲面31b，而入射于第二折射曲面31d上發(fā)生界面反射的光被反射至位于底面31a —側(cè)的發(fā)光元件21上后至少部分再被反射回第二折射曲面31d。由于這兩部分光在入射于全內(nèi)反射曲面31b時(shí)的入射角度大部分小于臨界角，進(jìn)而未發(fā)生全反射而是直接出射至出光面11上的呈環(huán)狀的光斑S的中心區(qū)域，和在第一折射面31c上發(fā)生全反射并從全內(nèi)反射曲面31b折射出射的光一起在光斑S的中心區(qū)域形成光斑R0
[0049]以下對(duì)透鏡陣列3中透鏡31的表面的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明:
[0050]請(qǐng)參閱圖2D，圖2D是實(shí)現(xiàn)均勻照度的透鏡原理設(shè)計(jì)圖。圖中所示為過(guò)透鏡中心軸的截面圖。對(duì)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)計(jì)曲線A，使光源C發(fā)出的光線在曲線A的介質(zhì)-空氣界面上發(fā)生折射而重新分布，從而在屏幕上形成預(yù)定的照度。在此系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)目標(biāo)是在屏幕上形成半徑為r的給定照度分布的圓形光斑。
[0051]先將屏幕劃分為若干小段，根據(jù)預(yù)定的照度分布，可以計(jì)算出每個(gè)小段dr需要的光能量，假設(shè)光源C發(fā)出的中心光線在AO處被折射向B點(diǎn)，根據(jù)屏幕上第一小段Clr1內(nèi)的光能量，再根據(jù)光源C的發(fā)光光分布，可以計(jì)算出光源C發(fā)出指向Al點(diǎn)的光線應(yīng)該被折射向第一小段Clr1的邊緣。如此，可以將每個(gè)小段的邊緣點(diǎn)與光源的發(fā)光方向建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。再根據(jù)折射定律可以進(jìn)而計(jì)算出曲線上每點(diǎn)的法線方向。然后從起始點(diǎn)AO開始利用計(jì)算出的法線方向?qū)⒄麠l曲線A積分出來(lái)。同樣道理的，若是通過(guò)反射曲面來(lái)在屏幕上形成預(yù)定照度，則根據(jù)反射定律可以計(jì)算出曲線上每點(diǎn)的法線方向。
[0052]若設(shè)計(jì)曲線A與光源之間有其他光源元件或光學(xué)曲面，則設(shè)計(jì)方法類似，不同點(diǎn)在于需先用光線追跡的方式，計(jì)算出光源出射的某個(gè)方向的光線經(jīng)過(guò)這些光學(xué)曲面之后的位置和方向。若設(shè)計(jì)曲線A之后仍有光學(xué)曲面，例如設(shè)計(jì)曲線為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱透鏡的第一曲面(靠近光源)，透鏡的第二曲面為一球面；這時(shí)，同理地，在建立入射光線和目標(biāo)平面上的點(diǎn)或出射光線方向之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，將出射光線逆向追跡，可以計(jì)算出入射到第二曲面上的光線，即確定了設(shè)計(jì)曲線A的出射光線，其余設(shè)計(jì)方法類同。這樣，通過(guò)控制設(shè)計(jì)曲線A上每一點(diǎn)的法線，可以改變屏幕上各處的照度。
[0053]因此，在設(shè)計(jì)透鏡31的設(shè)計(jì)過(guò)程中，是先確定光斑R、S、T在出光面11上的位置在根據(jù)該光斑位置去設(shè)計(jì)透鏡上的三個(gè)面的斜率和起始點(diǎn)位置，其中該三個(gè)光斑相互拼接以形成一個(gè)圓形或者接近圓形完整光斑O。在本實(shí)施例中，光斑R、S、T依序拼接且相互剛好鄰接。在設(shè)計(jì)時(shí)，由于光斑R中大部分光來(lái)自雜散光，因此先確定雜散光所形成的光斑的大概位置，再根據(jù)該位置確定全內(nèi)反射曲面所反射的光形成的光斑S的位置。光斑S的位置和光分布定好后，就可以根據(jù)發(fā)光元件21的光分布來(lái)設(shè)計(jì)全內(nèi)反射曲面31b上各點(diǎn)的斜率。由于全內(nèi)反射曲面31b的起點(diǎn)是確定好的，即透鏡表面上過(guò)其中心軸的點(diǎn)，全內(nèi)反射曲面31b經(jīng)積分確定曲面后其終點(diǎn)也隨之確定出來(lái)，進(jìn)而經(jīng)全內(nèi)反射曲面31b反射的光束的第一角度范圍也確定出來(lái)，因此可根據(jù)全內(nèi)反射曲面31b和第一角度范圍確定第一折射面31c的大小，這樣，第二折射曲面31d的起始點(diǎn)也確定。而光斑T的位置和光分布已經(jīng)確定，那么，可根據(jù)該光分布和位置以及發(fā)光元件21所發(fā)光的光分布來(lái)設(shè)計(jì)第二折射曲面31d各點(diǎn)的斜率。
[0054]在本實(shí)施例中，由于發(fā)光元件21所發(fā)光小角度范圍內(nèi)的光的光強(qiáng)較大,隨著出射角度的增大，光強(qiáng)逐漸減小。為使全內(nèi)反射曲面31b所對(duì)應(yīng)的第一角度范圍光能夠在較大范圍內(nèi)分布，被全內(nèi)反射曲面31b反射的入射光線，隨著該入射光線與發(fā)光兀件21的中心軸M的夾角增加，被全內(nèi)反射曲面31b反射后的光線與該中心軸M的夾角減小。因此，在設(shè)計(jì)全內(nèi)反射曲面31b時(shí)，先從光斑S遠(yuǎn)離中心軸M的邊緣處開始，該處一小段寬度為dr的環(huán)形光斑所對(duì)應(yīng)的光束來(lái)自第一角度范圍光內(nèi)角度最小的范圍為dtp的光束；光斑S中離中心軸M距離越近的寬度為dr的環(huán)形光斑內(nèi)，對(duì)應(yīng)的來(lái)自第一角度范圍光的范圍為dq)的光束的角度越大。
[0055]發(fā)光元件陣列2中各發(fā)光元件21所發(fā)光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡后在出光面11上形成的光斑O覆蓋該出光面11的至少部分，而任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件21之間的距離小于其中任意一個(gè)發(fā)光元件在出光面11上形成的光斑O的口徑，使得各發(fā)光元件21形成的光斑O相互至少部分疊加，以使得出光面11上形成均勻的照度。
[0056]具體舉例來(lái)說(shuō)，如圖3A所示，圖3A是出光面11上各光斑O相互疊加的示意圖。發(fā)光元件陣列2為2*4的長(zhǎng)方形陣列，其中每個(gè)發(fā)光元件在出光面11上形成的光斑O呈圓形。任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件21之間的排布距離等于其中任意一個(gè)發(fā)光元件在出光面11上形成的光斑O的半徑。發(fā)光元件陣列2中各發(fā)光元件21在出光面11上形成的光斑O相互部分疊加。如圖3B所示，圖3B圖3A所示的出光面11上一個(gè)光斑O的光分布。每個(gè)發(fā)光元件21所發(fā)光在出光面11上形成的光斑O的光分布從中心往四周逐漸遞減。如圖3C所示，圖3C是兩個(gè)相鄰的圖3B所示的光斑O疊加后的光分布。由于任意相鄰的兩個(gè)光斑的位置均對(duì)稱，且光分布也對(duì)稱，在光斑疊加的部分，第一個(gè)光斑01中光分布較強(qiáng)的部分與第二個(gè)光斑02中光分布較弱的部分疊加，第二個(gè)光斑02的光分布較弱的部分與第一個(gè)光斑01的光分布較強(qiáng)的部分疊加，進(jìn)而使得光斑01和光斑02疊加后得到的光斑012上照度均勻。同理，其他任意只有兩個(gè)光斑疊加的部分和光斑01與光斑02的疊加一樣，以使得疊加部分得到均勻照度；而在至少有三個(gè)光斑相互疊加的區(qū)域上，由于各光斑中至少兩個(gè)光斑該區(qū)域的光均為光分布最弱的一部分，經(jīng)過(guò)三個(gè)光斑或者四個(gè)光斑疊加后的光斑光分布與其他只有兩個(gè)光斑疊加的區(qū)域的光分布差別并不大；因此，總體上出光面11大部分區(qū)域上能夠形成均勻照度。而在實(shí)際運(yùn)用中，出光面11上未有光斑O覆蓋的區(qū)域由于雜散光的存在，使得該部分區(qū)域上也會(huì)有光分布。
[0057]由于發(fā)光元件出射的光中小角度范圍光束占的比例較大，要在出光面11上形成均勻照度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)透鏡較大的寬縱比，則需對(duì)這些小角度范圍的光進(jìn)行較大角度的偏折；在本實(shí)施例中，通過(guò)采用全內(nèi)反射曲面來(lái)改變角度較小的第一角度范圍光的傳播路徑，這樣，可以避免光束在透鏡表面上的界面反射率較高而導(dǎo)致的出光效率低，且由于全內(nèi)反射曲面可以實(shí)現(xiàn)光偏折的程度很大，能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡較大的寬縱比。而且，與現(xiàn)有技術(shù)中的基于側(cè)面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)不同的是，從第一折射面和第二折射曲面出射的光與發(fā)光元件出射光的光軸的夾角均小于85度，即發(fā)光元件出射的光經(jīng)透鏡后直接出射至腔體的出光面上形成光斑S和光斑T，且由于反射曲面為全內(nèi)反射曲面，光束在經(jīng)過(guò)第一折射面和第二折射曲面時(shí)由于界面反射而導(dǎo)致的被反射的部分光可以透射過(guò)全內(nèi)反射曲面并出射至腔體的出光面上，與第一折射面和第二折射曲面發(fā)出的光一起在腔體的出光面上形成一個(gè)完整的光斑，而發(fā)光元件陣列中各發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑相互至少部分疊加，得以在所述腔體的出光面上形成均勻照度；而且從第一折射面和第二折射曲面出射的光與發(fā)光元件出射光的光軸的夾角大至85度，以使得能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡較大的寬縱比。
[0058]在本實(shí)施例中，腔體I的與出光面11垂直的四個(gè)側(cè)面還可以設(shè)有反射面。相對(duì)應(yīng)地，發(fā)光元件陣列2中位于最靠外一圈中的發(fā)光元件，也即分別距離該四個(gè)側(cè)面最近的四行發(fā)光元件中，每一行發(fā)光元件在出光面11所在平面上形成的各個(gè)光斑O'的中心和與該行最近的側(cè)面的距離為該光斑O'的半徑的1/2。如圖4所示，圖4是本發(fā)明的發(fā)光裝置中各發(fā)光元件在出光面11所在平面上形成的光斑的示意圖。為方便描述，以下采用其中一個(gè)側(cè)面12和與其最近的一行發(fā)光元件中的其中一個(gè)發(fā)光元件21形成的光斑O"來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。假設(shè)腔體I的側(cè)面12為透光的，由于發(fā)光元件21在出光面11所在平面上形成的光斑O"的中心與側(cè)面12的距離為光斑O"的半徑的1/2，那么側(cè)面12將光斑O"劃分成了位于腔體I外的光斑101和位于腔體內(nèi)的光斑102兩部分?，F(xiàn)在在側(cè)面12上設(shè)有反射面,貝U原本出射于腔體I外形成光斑101的光線被該反射面12反射并在出光面11上形成光斑101'，該光斑101'與光斑101互為鏡像,且與光斑102重疊,使得該發(fā)光兀件21所發(fā)光在出光面11上形成的光斑O"的照度更加均勻。發(fā)光元件陣列2中位于最靠外一圈中的各發(fā)光元件(由于本實(shí)施例中發(fā)光兀件陣列2為2*4的，因此最靠外一圈的發(fā)光兀件為全部發(fā)光兀件)在出光面11上形成的光斑O’均和光斑O" —樣，進(jìn)而使得發(fā)光元件陣列2所發(fā)光在出光面11上形成更加均勻的照度。
[0059]在本實(shí)施例中，也可以通過(guò)對(duì)透鏡31表面的設(shè)計(jì)來(lái)使得光斑O呈方形或者其他形狀。各光斑O的光分布也可以不是從中心往四周遞減，而是其他分布，只要可以使得各光斑O相互部分疊加后在出光面11上形成均勻照度即可。
[0060]在本實(shí)施例中，也可以是各發(fā)光元件21在出光面11上形成的光斑O均覆蓋出光面11。相對(duì)應(yīng)地，每個(gè)光斑O的光分布可以為均勻的，那么每個(gè)光斑O在出光面11上相互疊加后就可以形成均勻的照度?；蛘?，也可以是發(fā)光元件陣列2中有一半的發(fā)光元件所發(fā)光在出光面11上形成的光斑O的光分布一致，均為沿著第一方向以第一速度遞減；而另一半發(fā)光元件所發(fā)光在出光面11上形成的光斑O的光分布也一致，均為沿著與第一方向相反的方向以第一速度遞減；這樣，這兩部分發(fā)光兀件所發(fā)光在出光面11上形成的光斑O相互重疊后能夠形成均勻的照度。
[0061]在本實(shí)施中，第一角度范圍光優(yōu)選包括與LED21的發(fā)光軸的夾角為O至50度的光，由于經(jīng)全內(nèi)反射曲面反射的光出射的角度可以是大于臨界角的任意角度，這樣，大部分光能量通過(guò)全內(nèi)反射曲面31b反射后再折射出射，出射時(shí)可以達(dá)到較大的角度，進(jìn)而有利于實(shí)現(xiàn)較大的寬縱比。[0062]在本實(shí)施例中，同一個(gè)透鏡出射的光在出光面11上形成的光斑O中，第一折射面31c出射的光在出光面11上形成的光斑S和第二折射曲面31d出射的光在出光面11上形成的光斑T的關(guān)系也可以不是剛好銜接，而是之間有空隙或者部分交疊或者完全重合。若是考慮到要使該兩者組合成的光斑的照度從中心到四周可以比較連續(xù)且光滑，避免出現(xiàn)突然亮或者突然暗的峰值，光斑S和光斑T優(yōu)選部分交疊或者剛好銜接。若是考慮到要使透鏡的設(shè)計(jì)具有較大的裝配容差，即當(dāng)光斑S和光斑T的實(shí)際位置偏離設(shè)計(jì)位置或者該兩個(gè)光斑的照度偏離設(shè)計(jì)的分布時(shí)，該兩者組合成的光斑的變化可以不至于很大，光斑S和光斑T優(yōu)選完全重合或者部分重合。
[0063]在本實(shí)施例中，同一個(gè)透鏡出射的光在出光面11上形成的光斑O中，第一折射面31c出射的光在出光面11上形成的光斑S也可以不是位于第二折射曲面31d出射的光在出光面11上形成的光斑T的內(nèi)側(cè)，而是位于光斑T的外側(cè)。但是，由于僅通過(guò)第二折射曲面31d出射的第二角度范圍光從發(fā)光元件21出射時(shí)已是大角度光線，因此光斑T優(yōu)選位于光斑R的外側(cè)，或者光斑T的一部分位于光斑R的外側(cè)，這樣可以使得透鏡的設(shè)計(jì)容易而且高效。
[0064]在本實(shí)施例中，透鏡陣列3中的各透鏡的第一折射面31c和發(fā)光元件21的中心軸M平行，這樣在設(shè)計(jì)透鏡曲面時(shí)光線經(jīng)全內(nèi)反射曲面后從第一折射面31c折射出去的折射角度便可提前知道，因此便于設(shè)計(jì)全內(nèi)反射曲面。但是，由于從第一折射面31c不是設(shè)計(jì)曲面，發(fā)光元件21所發(fā)光中直接從該面出射的光屬于不可控光，而這部分光一般以較小的角度出射，且經(jīng)折射后出射的角度范圍較小，光線較集中，因此容易在發(fā)光元件21所發(fā)光在出光面11上形成的光斑S上容易出現(xiàn)亮斑。因此，本實(shí)施例中第一折射面31c也可以不是和中心軸M平行，而是和發(fā)光元件21的中心軸M有一夾角。
[0065]如圖5所示，圖5是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。第一折射面31c上各點(diǎn)與發(fā)光元件21的中心軸M的距離沿著與中心軸M相反的方向漸減。這樣，相比圖2B所示透鏡，圖5所示透鏡中發(fā)光元件21所發(fā)光入射到第一折射面31c上的光的角度范圍變小，進(jìn)而光能量減小。在本實(shí)施例中，直接入射到第一折射面31c上的光能量減小，可以減弱出現(xiàn)亮斑的問(wèn)題；直接入射于第一折射面31c的光線的入射角度增大，進(jìn)而界面反射率提高，使得在出光面11上形成的光斑R的光分布提高。
[0066]在實(shí)際運(yùn)用中，也可通過(guò)先模擬第一折射面31c在出光面11上形成的照度，然后再設(shè)定出光面11上該處的目標(biāo)照度來(lái)避免該部分光不可控而造成的出光面11上照度不均勻的情況。
[0067]請(qǐng)參閱圖6，圖6是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。在本實(shí)施例中，透鏡陣列3中的各透鏡的第一折射面31c上各點(diǎn)與發(fā)光元件21的中心軸M的距離沿著中心軸M的方向漸減。相比圖5所示實(shí)施例中透鏡的側(cè)面向發(fā)光元件21的中心軸M凹陷使得鑄模時(shí)需要四個(gè)分離的模具，本實(shí)施例中的透鏡由于側(cè)面沒(méi)有凹陷，使得在模鑄時(shí)只需要2個(gè)上下分離的模具即可，更易于加工。而且，由于第一折射面31c有一斜度，更便于脫模。
[0068]請(qǐng)參閱圖7，圖7是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。在本實(shí)施例中，透鏡陣列3中的各透鏡的第一折射面31c并不是和發(fā)光元件21的中心軸M平行，而是該折射面31c上每一處的法線均與被全內(nèi)反射曲面31b反射至第一折射面31c該處的入射光線平行，即全內(nèi)反射曲面31b所反射的光線均垂直入射于第一折射面31c上。這樣，由于光線在垂直入射于界面時(shí)界面反射最小，因此使得全內(nèi)反射曲面31b所反射的光的出射效率最高。同時(shí)，由于該部分光線垂直入射，第一折射面31c對(duì)這部分光的界面反射光按入射光線路徑原路返回到發(fā)光元件21，經(jīng)發(fā)光元件21反射或散射后重新入射于透鏡內(nèi)，使得該界面反射光能夠循環(huán)利用。而且，由于第一折射面31是往中心軸M彎曲的,這樣有利于在加工時(shí)脫模。
[0069]如圖8所示，圖8是圖1所示發(fā)光裝置的透鏡陣列中另一種結(jié)構(gòu)的透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。在本實(shí)施例中，全內(nèi)反射曲面31b也可以是使得隨著入射于該全內(nèi)反射曲面31b的入射光線與發(fā)光元件21的中心軸M的夾角增加，被全內(nèi)反射曲面31b反射后的光線與該中心軸M的夾角增加。這樣，經(jīng)全內(nèi)反射曲面31b反射的光線先在透鏡內(nèi)進(jìn)行交叉，以使得該部分光束在經(jīng)過(guò)第一折射面31c時(shí)所占的出光面積更小，第一折射面31c的面積可以減小，進(jìn)而能夠減小發(fā)光元件所發(fā)光直接入射到第一折射面31c上的光能量。
[0070]或者，還可以采用另外一種方案來(lái)減少發(fā)光元件所發(fā)光直接入射到透鏡的第一折射面上的能量,具體說(shuō)明請(qǐng)參閱實(shí)施例二。
[0071]實(shí)施例二
[0072]請(qǐng)參閱圖9A和圖9B，圖9A是本發(fā)明的發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖9B是圖9A所示發(fā)光裝置中一個(gè)透鏡沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。該實(shí)施例的發(fā)光裝置200包括具有出光面11的腔體1、發(fā)光元件陣列2和透鏡陣列3。透鏡陣列中的每個(gè)透鏡32包括底面32a、全內(nèi)反射曲面32b、第一折射面32c和第二折射曲面32d。
[0073]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于:
[0074]透鏡陣列3中各透鏡32的底面32a還包括一凹腔，發(fā)光元件陣列2中各發(fā)光元件21位于與其對(duì)應(yīng)的透鏡32的凹腔內(nèi)。
[0075]本實(shí)施例中，各發(fā)光元件21可以被密封在透鏡32底部的凹腔內(nèi)，以對(duì)各發(fā)光元件21進(jìn)行保護(hù)；透鏡32增加一個(gè)曲面對(duì)光束進(jìn)行折射，從而增加對(duì)光線的控制能力；而且第二角度范圍光依次經(jīng)過(guò)兩次折射，能夠?qū)崿F(xiàn)更大的出射角度，有利于實(shí)現(xiàn)更大的透鏡32的寬縱比。
[0076]在本實(shí)施例中，透鏡對(duì)凹腔內(nèi)還可以填充其他折射率接近1.0的氣體或者透明介質(zhì)，其中該透明介質(zhì)的折射率接近或者等于透鏡材料折射率的介質(zhì)，以減少填充物質(zhì)與透鏡凹腔表面302間的界面反射，提高透鏡的出光效率。
[0077]進(jìn)一步地，如圖10所示，圖10是本發(fā)明的發(fā)光裝置中另一種透鏡的沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。圖10所示透鏡與圖9B所示透鏡的區(qū)別在于:
[0078]凹腔表面302還包括相鄰的第一曲面302a和第二曲面302b，其中該兩個(gè)曲面的連接處不平滑，使得發(fā)光元件21所發(fā)光入射于第一曲面302a中的第一部分光往發(fā)光元件21的中心軸M偏折，入射于第二曲面302b中的第二部分光背向發(fā)光元件21的中心軸M偏折，其中第一部分光的出射角度小于第二部分光的出射角度，以分開第一部分光和第二部分光的傳播路徑，進(jìn)而在透鏡32的表面上形成一個(gè)無(wú)光區(qū)；每個(gè)透鏡32的第一折射面32c的至少部分位于該無(wú)光區(qū)內(nèi)。優(yōu)選地，每個(gè)透鏡32的第一折射面32c的全部均位于該無(wú)光區(qū)內(nèi)，使得發(fā)光元件21所發(fā)光中沒(méi)有直接入射到該第一折射面32c上的。
[0079]在本實(shí)施例中，由于透鏡32的第一折射面32c的至少部分位于該無(wú)光區(qū)內(nèi)，以減少發(fā)光元件21所發(fā)光直接入射到第一折射面32c的光能量，避免了該部分光在出光面11上形成亮斑的問(wèn)題。同時(shí)，由于第一部分光往中心軸M偏折后全部入射于全內(nèi)反射曲面32b，使得入射于全內(nèi)反射曲面32b的第一角度范圍光的角度范圍變小,有利于全內(nèi)反射曲面32b的面積減小，進(jìn)而減小透鏡32的尺寸；且第二角度范圍光因依次經(jīng)過(guò)第二曲面和第二折射曲面兩次折射后出射，使得出射的角度可以更大，有利于實(shí)現(xiàn)透鏡更大的寬縱比。
[0080]優(yōu)選地，無(wú)光區(qū)略大于第一折射面32c,使得第一折射面32c和全內(nèi)反射曲面32b的銜接部分以及和第二折射曲面32d的銜接部分均位于該無(wú)光區(qū)內(nèi)，以防止透鏡在加工中在該兩處銜接部分形成一定的圓角而從圓角處出射不可控的光線。
[0081]在本實(shí)施例中，也可以只有一個(gè)曲面對(duì)發(fā)光元件21所發(fā)光的傳播路徑進(jìn)行偏折。第一曲面302a或者第二曲面302b也可以不改變發(fā)光元件21所發(fā)光入射于該曲面上的光的傳播路徑，即第一曲面302a或者第二曲面302b上的每一處的法線均與發(fā)光元件21所發(fā)光入射于該處上的光線平行。這樣，雖然只有一個(gè)曲面使得發(fā)光元件21所發(fā)光的傳播路徑發(fā)生偏折，在第一部分光和第二部分光之間的也可以形成無(wú)光區(qū)。
[0082]為減小發(fā)光元件21所發(fā)光在凹腔表面302上的偏折角度進(jìn)而減少界面反射，優(yōu)選的方案是:隨著入射于全內(nèi)反射曲面32b的入射光線與發(fā)光元件21的中心軸M的夾角增力口，被全內(nèi)反射曲面32b反射后的光線與該該中心軸M的夾角增加。這樣使得第一折射面32c的面積較小，相應(yīng)地需要的無(wú)光區(qū)也較小，因此第一部分光和第二部分光所需要偏折的角度也就較小。
[0083]實(shí)施例三
[0084]請(qǐng)參閱圖1lA和圖1lB所示，圖1lA是本發(fā)明的發(fā)光裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1lB是圖1lA所示發(fā)光裝置中一個(gè)透鏡沿該透鏡的中心軸M的一個(gè)截面上的光路示意圖。該實(shí)施例的發(fā)光裝置300包括具有出光面11的腔體1、發(fā)光元件陣列2和透鏡陣列3。透鏡陣列中的每個(gè)透鏡33包括底面33a、全內(nèi)反射曲面33b、第一折射面33c和第二折射曲面33d。
[0085]本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于:本實(shí)施例中在透鏡陣列3中各透鏡33的表面上，該透鏡33的中心軸M和全內(nèi)反射曲面33b之間還設(shè)有第三折射面33e，該第三折射面33e可以是曲面或者平面，使得各發(fā)光元件21所發(fā)光中第三角度范圍光入射于與其對(duì)應(yīng)的透鏡33的第三折射面33e上，其中該第三角度范圍小于第一角度范圍。這樣，經(jīng)第三折射面33e折射的光線在出光面11上形成的光斑位于該透鏡33所出射的光在出光面11上形成的光斑O中光斑R處的位置。
[0086]在本實(shí)施例中，在由于雜散光較少而導(dǎo)致的出光面11上各光斑O的中心光斑R位置上的亮度不夠的場(chǎng)合中，各發(fā)光元件21沿中心軸M附近出射的小角度的光直接從與其對(duì)應(yīng)的透鏡33的第三折射面33e出射至光斑R的位置上，對(duì)該位置上的光能量進(jìn)行補(bǔ)充，以保證出光面11上各處光分布均勻。由于發(fā)光元件21所發(fā)光在中心軸M方向以及中心軸M附近小角度范圍內(nèi)的光分布最強(qiáng)，因此第三角度范圍光優(yōu)選為與中心軸M的夾角小于10度的光。
[0087]優(yōu)選地，第三折射面33e上設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)或者散射材料，以對(duì)第三角度范圍光有散射作用，使得第三角度范圍光經(jīng)散射后能夠更加均勻地分布在光斑O的中心區(qū)域上，避免在該中心區(qū)域上形成亮點(diǎn)。具有散射作用的第三折射面33e可通過(guò)多種方式獲得，例如，在模鑄時(shí)不將該部分面對(duì)應(yīng)的模具進(jìn)行拋光，則鑄成的第三折射面33e不光滑而具有散射效果；或者在第三折射面33e上涂散射顆粒。
[0088]優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，透鏡陣列3中每個(gè)透鏡33的底面33a上還包括如實(shí)施例二中所描述的凹腔表面。
[0089]在本實(shí)施例中，由于出光面11上的光斑O的中心區(qū)域上的光能量可以是來(lái)自第三折射面33e所出射的光，因此全內(nèi)反射曲面33b也可以是鍍有反射膜的反射曲面以實(shí)現(xiàn)光線的反射，而不是利用全內(nèi)反射來(lái)實(shí)現(xiàn)。該反射膜可以是鋁膜、銀膜等金屬膜或者其他介質(zhì)膜。這樣，雖然第一折射面和第二折射曲面上的界面反射光不能通過(guò)該反射曲面33b出射至光斑O的中心區(qū)域，但是可以通過(guò)改變第一角度范圍光的大小來(lái)調(diào)整出射至該光斑O的中心區(qū)域的光能量的大小以使得出光面11上光分布均勻。本實(shí)施例與實(shí)施例一相比，采用全內(nèi)反射來(lái)實(shí)現(xiàn)光線的反射的方法效率較高，反射率接近100%，而且成本低；采用鍍反射膜的方法會(huì)增加成本，但發(fā)生反射的入射光的入射角度不需控制在大于臨界角，因而反射曲面的形狀更加自由，并有利于設(shè)計(jì)尺寸相對(duì)較小的透鏡。另外，由于反射膜的反射特性可以與入射光的入射角度無(wú)關(guān)，因此這個(gè)反射曲面可以將界面反射等產(chǎn)生的雜散光反射向下，從而阻礙一部分雜散光從透鏡中心正上方出射，避免雜散光在透鏡正上方中心區(qū)域形成亮斑。因此，可根據(jù)具體需要來(lái)選擇適合的方案。
[0090]在以上各實(shí)施例中，出光面11上各光斑O的中心區(qū)域也可以不形成光斑R，即每個(gè)透鏡出射的光在出光面11上形成的光斑呈環(huán)形而不是一個(gè)完整的光斑。那么相應(yīng)地，任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件的排布距離需使得每一個(gè)發(fā)光元件形成的光斑O都能覆蓋到與其相鄰的發(fā)光元件形成的光斑O的中心區(qū)域，以使得各光斑O相互疊加后能夠填充各光斑O之間的中心區(qū)域，進(jìn)而在出光面11上形成均勻照度。
[0091]在以上各實(shí)施例中，還可以在出光面11上添加擴(kuò)散板，以使得在出光面11上形成的照度更加均勻。
[0092]本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0093]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種顯示系統(tǒng)，包括發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置可以具有上述各實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)與功能。該顯示系統(tǒng)可以為液晶顯示器(IXD, Liquid Crystal Display)或者電視中。
[0094]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括: 腔體，該腔體包括出光面； 發(fā)光元件陣列，包括至少兩個(gè)發(fā)光元件，其中每個(gè)發(fā)光元件均包括發(fā)光面；該發(fā)光元件陣列位于所述腔體內(nèi)，且各發(fā)光元件的發(fā)光面均朝向該腔體的出光面； 透鏡陣列，該透鏡陣列中的每個(gè)透鏡與該發(fā)光元件陣列中的每個(gè)發(fā)光元件一一對(duì)應(yīng)，其中每個(gè)透鏡包括底面、全內(nèi)反射曲面、第一折射面和第二折射曲面；各發(fā)光元件出射的光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡的底面進(jìn)入該透鏡，其中第一角度范圍光入射至所述全內(nèi)反射曲面，經(jīng)反射后從第一折射面出射，第二角度范圍光入射至第二折射曲面并折射出射，其中第一角度范圍小于該第二角度范圍，從該第一折射面和第二折射曲面出射的光與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角小于85度，其中每個(gè)發(fā)光元件的中心軸M垂直于所述腔體的出光面，且方向指向該出光面； 每個(gè)發(fā)光元件所發(fā)光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡后在所述腔體的出光面上形成的完整光斑覆蓋該出光面的至少部分，而任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件之間的距離小于其中任意一個(gè)發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑的口徑，使得所述發(fā)光元件陣列中各發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑相互至少部分疊加，以在所述腔體的出光面的至少部分上形成均勻照度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于: 所述透鏡陣列中每個(gè)透鏡的底面還包括一凹腔，所述每個(gè)發(fā)光元件位于與其對(duì)應(yīng)的透鏡的凹腔內(nèi)； 該凹腔表面包括相鄰的第一曲面和第二曲面，使得每個(gè)發(fā)光元件的入射于第一曲面的第一部分光和入射于第二曲面的第二部分光中的至少一部分光發(fā)生偏折，以分開第一部分光和第二部分光的傳播路徑并形成無(wú)光區(qū)，每個(gè)透鏡的第一折射面的至少部分位于該無(wú)光區(qū)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于:入射于所述透鏡陣列中的每個(gè)透鏡的反射曲面的光束包括:各個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的與其中心軸M夾角為O至50度的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于:所述透鏡陣列中每個(gè)透鏡的第一折射面上各點(diǎn)和與其對(duì)應(yīng)的發(fā)光元件的中心軸M的距離沿著該光軸的方向逐漸增大或者逐漸減小，或者每個(gè)透鏡的第一折射面上每一點(diǎn)的法線與入射于該處的光線平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于:所述發(fā)光元件發(fā)出的入射于每個(gè)透鏡的反射曲面的入射光線中，隨著該入射光線與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角的增大,該入射光線被該反射曲面反射后的光線與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角越小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于:所述發(fā)光元件發(fā)出的入射于每個(gè)透鏡的反射曲面的入射光線中，隨著該入射光線與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角的增大,該入射光線被該反射曲面反射后的光線與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角越大。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于:所述每個(gè)透鏡還包括第三折射面，所述各發(fā)光元件出射的光中第三角度范圍光入射于與其對(duì)應(yīng)的透鏡的第三折射面上并折射出射，其中第三角度范圍小于第一角度范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要 求7所述的發(fā)光裝置，其特征在于:所述每個(gè)透鏡的第三折射面上設(shè)置有散射結(jié)構(gòu)或者散射材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光裝置，其特征在于:所述每個(gè)透鏡中，經(jīng)該透鏡的第一折射面出射的光束在所述腔體的出光面上形成光斑R，經(jīng)該透鏡的第二折射曲面出射的光束在所述腔體的出光面上形成光斑T，該透鏡的光斑R和光斑T剛好銜接或者有部分交疊。
10.一種發(fā)光裝置，其特征在于，包括: 腔體，該腔體包括出光面； 發(fā)光元件陣列，包括至少兩個(gè)發(fā)光元件，其中每個(gè)發(fā)光元件均包括發(fā)光面；該發(fā)光元件陣列位于所述腔體內(nèi)，且各發(fā)光元件的發(fā)光面均朝向該腔體的出光面； 透鏡陣列，該透鏡陣列中的每個(gè)透鏡與該發(fā)光元件陣列中的每個(gè)發(fā)光元件一一對(duì)應(yīng)，其中每個(gè)透鏡包括底面、反射曲面和第一折射面、第二折射曲面和第三折射曲面，其中該反射曲面上鍍有反射膜；各發(fā)光元件出射的光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的透鏡的底面進(jìn)入該透鏡，其中第一角度范圍光入射至所述反射曲面，經(jīng)反射后從第一折射面出射，第二角度范圍光入射至第二折射曲面并折射出射，第三角度范圍光入射至第三折射曲面并折射出射，其中第三角度范圍小于第一角度范圍且第一角度范圍小于第二角度范圍，從該第一折射面、第二折射曲面和第三折射面出射的光與該發(fā)光元件的中心軸M的夾角小于85度，其中每個(gè)發(fā)光元件的中心軸M垂直于所述腔體的出光面，且方向指向該出光面； 每個(gè)發(fā)光元件發(fā)出的光經(jīng)與其對(duì)應(yīng)的 透鏡后在所述腔體的出光面上形成的光斑覆蓋該出光面的至少部分，而任意相鄰兩個(gè)發(fā)光元件之間的距離小于其中任意一個(gè)發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑的口徑，使得所述發(fā)光元件陣列中各發(fā)光元件在所述腔體的出光面上形成的光斑相互至少部分疊加，以在所述腔體的出光面的至少部分上形成均勻照度。
11.一種顯示系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)項(xiàng)所述的發(fā)光裝置。
【文檔編號(hào)】F21V5/04GK103912820SQ201310000602
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年1月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月1日
【發(fā)明者】曹亮亮, 胡飛 申請(qǐng)人:深圳市光峰光電技術(shù)有限公司