一種反射式二次透鏡的制作方法
【專利摘要】一種反射式二次透鏡，包括左右對(duì)稱的兩個(gè)部分，其中每個(gè)部分包括位于底部的第一曲面、位于頂部的第二曲面和連接第一曲面和第二曲面的側(cè)面，所述第二曲面和側(cè)面的銜接處為圓弧狀肩部，該圓弧狀肩部的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別與第二曲面的重點(diǎn)和側(cè)面的起點(diǎn)平滑過(guò)渡。通過(guò)將肩部設(shè)計(jì)成圓弧結(jié)構(gòu)，使得肩部的出射光線散射角度增加，解決了原先因肩部的亮環(huán)效果出現(xiàn)的顯示MURA缺陷。
【專利說(shuō)明】一種反射式二次透鏡
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平面顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種反射式二次透鏡直下式背光模組的擴(kuò)散板及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]背光光源在傳統(tǒng)液晶顯示器(LCD)以及大型廣告板中大量應(yīng)用。而傳統(tǒng)的冷陰極管(CCFL)背光源已經(jīng)逐漸被發(fā)光二極管(LED)背光源所取代。而最初的背光源由背面雕花處理的導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)，光源(線光源的CCFL或點(diǎn)光源的LED)從導(dǎo)光板側(cè)面將光導(dǎo)入，此種方式由于導(dǎo)光板技術(shù)的限制，效率不高。而直下式液晶顯示器背光源則有效提高了光照效率問(wèn)題。由于LED屬于有限角度光束的點(diǎn)光源，在用于直下式LED背光源時(shí)，需要數(shù)百甚至上千白色或三基色LED排列而形成面光源，形成一個(gè)大面積平面進(jìn)行照明。
[0003]將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化成面光源，是LED背光源的關(guān)鍵技術(shù)。光源均勻度和混光高度是背光源兩個(gè)非常重要的性能指標(biāo)。
[0004]請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1是一種現(xiàn)有的LED直下式背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該背光模組設(shè)有底背光框架1、擴(kuò)散板2、二次折射透鏡5、LED光源4、底面反射板3 ;所述擴(kuò)散板2與底背光框架I的邊緣位置連接，所述底面反射板3設(shè)在底背光框架I底部?jī)?nèi)側(cè)，LED光源4固定在底面反射板3上，二次折射透鏡5設(shè)在LED光源4的上方和擴(kuò)散板2的下方。底面反射板3到擴(kuò)散板2的距離為混光距離H，各個(gè)LED光源4之間的距離為P，Η/P的數(shù)值反應(yīng)了 LED燈的數(shù)量和背光模組的厚度，通常處于成本和外觀上的考慮，在不影響使用的情況下，希望Η/P的值越小越好。
[0005]請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2是一種現(xiàn)有的折射式二次透鏡，該折射式二次透鏡通過(guò)入射光線的二次折射產(chǎn)生大角度變化的出射光線，因而可以增加光源的散射程度，在該折射式二次折射透鏡的幫助下，現(xiàn)有的Η/P的數(shù)值大概為0.25-0.4之間。
[0006]為了進(jìn)一步減小該Η/P的值，反射式二次透鏡被進(jìn)一步應(yīng)用在LED直下式背光模組中。如圖3所示，圖3是一種現(xiàn)有的反射式二次透鏡，該反射式二次透鏡是運(yùn)用入射光線在鏡內(nèi)發(fā)生的全反射來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散出入光線角度的目的。由于其出射光線中相當(dāng)一部分以較大角度從側(cè)面出射，因此在該二次反射透鏡的幫助下，可以使Η/P達(dá)到0.1-0.15。
[0007]然而這種反射式二次透鏡，其頂面與側(cè)面的銜接處為尖角式肩部結(jié)構(gòu)，這種尖角結(jié)構(gòu)可以使部分光線直接從肩部以相對(duì)統(tǒng)一的角度折射出去，因此可以看到在肩部出現(xiàn)特別明亮的光斑，反應(yīng)在液晶顯示器上時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)顯示效果的MURA現(xiàn)象。除此之外，在該現(xiàn)有的反射式二次透鏡中，其側(cè)面的輪廓曲線變化單一，大多數(shù)光線經(jīng)過(guò)頂面的全反射后，以一個(gè)相對(duì)比較水平的角度出射，這種水平光線在背光模組中需要經(jīng)過(guò)多次反射才能最終從擴(kuò)散板中射出，因此存在光源利用率低下的問(wèn)題，導(dǎo)致背光模組的亮度沒(méi)有被最大化利用。
[0008]因此有必要提出一種新的反射式二次透鏡，以改善上述問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種新的反射式二次透鏡，可以改善現(xiàn)有的透鏡狀中肩部亮環(huán)問(wèn)題，以及提高反射式二次透鏡的光線利用率，從而提高了背光模組的亮度和均勻性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種反射式二次透鏡，包括左右對(duì)稱的兩個(gè)部分，其中每個(gè)部分包括位于底部的第一曲面、位于頂部的第二曲面和連接第一曲面和第二曲面的側(cè)面，所述第二曲面和側(cè)面的銜接處為圓弧狀肩部，該圓弧狀肩部的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別與第二曲面的重點(diǎn)和側(cè)面的起點(diǎn)平滑過(guò)渡。
[0011]優(yōu)選的，所述圓弧狀肩部的高度為0.半徑為1.5mm_l.7mm。
[0012]優(yōu)選的，所述第一曲面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為O度；所述第二曲面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為40度至50度；所述圓弧狀肩部的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為5度至10度；所述側(cè)面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為40度至45度。
[0013]優(yōu)選的，所述側(cè)面為二段式側(cè)面，該側(cè)面的第一部分為直線，第二部分為圓弧，該第一部分與所述肩部相連，該第二部分與所述第一曲面相連。
[0014]優(yōu)選的，所述第一部分的直線與垂直方向成5° -10°向外，長(zhǎng)度為2.5mm-3mm。
[0015]優(yōu)選的，所述第二部分的圓弧高度為2mm-3mm，半徑為2.2mm_2.5mm。
[0016]優(yōu)選的，所述側(cè)面為二段式側(cè)面，該側(cè)面的兩個(gè)部分分別為兩段斜率互為正負(fù)的直線。
[0017]優(yōu)選的，所述第一曲面上設(shè)有微結(jié)構(gòu)，使得反射光線的反射角度呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律性，以增加光線從透鏡中出射時(shí)的均勻性。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的反射式二次透鏡，通過(guò)將肩部設(shè)計(jì)成圓弧結(jié)構(gòu)，使得肩部的出射光線散射角度增加，因而降低了肩部的亮環(huán)效果。同時(shí)本發(fā)明通過(guò)將反射式二次透鏡的側(cè)面設(shè)計(jì)成兩段式結(jié)構(gòu)，使得側(cè)面的出射光線具有向上或向下的較大出射角，解決了原先水平光線過(guò)多而帶來(lái)的光線利用率低下的問(wèn)題，提高了整個(gè)背光模組的亮度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是一種現(xiàn)有的LED直下式背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是一種現(xiàn)有的折射式二次透鏡。
[0022]圖3是一種現(xiàn)有的反射式二次透鏡。
[0023]圖4是本發(fā)明第一實(shí)施方式下的反射式二次透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5是圖4中反射式二次透鏡的光線模擬圖。
[0025]圖6是本發(fā)明第二實(shí)施方式下的反射式二次透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明另一實(shí)施方式下的反射式二次透鏡的光線模擬圖。
【具體實(shí)施方式】[0027]正如【背景技術(shù)】中所述，在現(xiàn)有的反射式二次透鏡中，存在兩個(gè)缺陷:第一，在反射式二次透鏡的肩部，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)為尖角結(jié)構(gòu)，這種尖角結(jié)構(gòu)導(dǎo)致該區(qū)域的光線具有明顯的畸變特性，使得肩部出射的光線形成亮環(huán)，造成對(duì)顯示效果的MURA缺陷。第二，內(nèi)部光線經(jīng)過(guò)頂面全反射之后，從側(cè)面射出，而在現(xiàn)有設(shè)計(jì)中，二次透鏡的側(cè)面是一個(gè)變換比較單一的類平面，這樣一來(lái)全反射出去的光線會(huì)以一個(gè)比較水平的角度出射，這種水平光線最終需要經(jīng)過(guò)幾次反射之后才能從背光模組中射出，造成了光線的利用率低下。
[0028]因此，本發(fā)明提出了一種性的反射式二次透鏡，該反射式二次透鏡在頂面和側(cè)面的交接處設(shè)計(jì)了一個(gè)平緩過(guò)渡的圓弧結(jié)構(gòu)。這樣一來(lái)，內(nèi)部光線在肩部反射折射時(shí)，出于圓弧面的斜率連續(xù)變化，該部分光線會(huì)以不同的角度出射，形成散射效果，減少了亮環(huán)效果的產(chǎn)生。另外，在側(cè)面部分，本發(fā)明設(shè)計(jì)了兩段式側(cè)面，該兩段式側(cè)面減少了側(cè)面的水平出光，增加了向上的出光量和向下的出光量，從而提高了光線的利用率。
[0029]下面，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)技術(shù)方案做具體描述。
[0030]請(qǐng)參見(jiàn)圖4，圖4是本發(fā)明第一實(shí)施方式下的反射式二次透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該反射式二次透鏡10包括左右對(duì)稱的兩個(gè)部分11和12。以該右半部分11為例，該右半部分11包括位于底部的第一曲面111、位于頂部的第二曲面112和連接第一曲面111和第二曲面112的側(cè)面113。
[0031]對(duì)于反射式二次透鏡而言，光源(在本發(fā)中為L(zhǎng)ED)通常位于底部中間位置，光源發(fā)出的光線從透鏡的底部射入透鏡中，從圖5中可以看出，所有光線可以分為兩部分，一部分光線入射到頂部的第二曲面112上，另外一部分光線則直接經(jīng)過(guò)側(cè)面113后折射出透鏡。頂部的第二曲面112上所有點(diǎn)的切線斜率被設(shè)計(jì)成按照該部分光線的入射角度可以進(jìn)行全反射，這樣一來(lái)，這部分光線經(jīng)過(guò)第二曲面112的全反射之后，在側(cè)面113上發(fā)生折射射出或反射到位于底部的第一曲面111。第一曲面111上具有涂布反射材料的反射層，所有入射到第一曲面111上的光線都被反射。進(jìn)一步地，該第一曲面111上可以設(shè)置一些微結(jié)構(gòu)，使得反射光線的反射角度呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律性，以增加光線從透鏡中出射時(shí)的均勻性。
[0032]在本發(fā)明中，將第二曲面112和側(cè)面113的銜接處設(shè)計(jì)成圓弧狀肩部114，該圓弧狀肩部114的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別與第二曲面112的終點(diǎn)和側(cè)面113的起點(diǎn)平滑過(guò)渡。這里的平滑過(guò)渡是指，在第二曲面112終點(diǎn)處的斜率與肩部114起點(diǎn)處的斜率一致或者斜率的變化率具有連續(xù)性，而非斷點(diǎn)或奇點(diǎn)。同樣，在肩部114終點(diǎn)處的斜率與側(cè)面113起點(diǎn)處的斜率一致或者斜率的變化率具有連續(xù)性，而非斷點(diǎn)或奇點(diǎn)。這種具有平滑過(guò)渡的變化，最大程度的降低了光線在肩部可能發(fā)生的集聚效應(yīng)，降低了亮環(huán)產(chǎn)生的可能性。通過(guò)將肩部114處設(shè)置成圓弧結(jié)構(gòu)，使得該區(qū)域的光線可以以相對(duì)擴(kuò)散的角度折射出去，并且由于圓弧狀的表面可以將擴(kuò)散的光線以比較均勻的方式在一定范圍內(nèi)散射，避免了光線在某個(gè)方向上的集中。從而解決了原先亮環(huán)現(xiàn)象帶來(lái)的顯示MURA缺陷。
[0033]為了更好的說(shuō)明該反射式二次透鏡中各個(gè)曲面的大小關(guān)系，在本發(fā)明中，將采用如下的方式進(jìn)行描述:將每個(gè)曲面的起點(diǎn)和終點(diǎn)分布與反射式二次透鏡的底部中點(diǎn)做連線，每條曲面的上述兩條連線所夾的角度定義了該曲面占整個(gè)二次透鏡輪廓的分布范圍。其中，位于底部的第一曲面111基本上為一個(gè)水平平面，因此該第一曲面111的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度基本為O度；位于頂部的第二曲面112的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為40度至50度；位于肩部114的圓弧的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為5度至10度；位于側(cè)面的曲面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為40度至45度。肩部114所在的圓弧具有整個(gè)反射式二次透鏡的最高高度，該最高高度約為
0.8mm-lmm,該圓弧的半徑約為1.5mm-1.7mm。
[0034]請(qǐng)參見(jiàn)圖6，圖6是本發(fā)明第二實(shí)施方式下的反射式二次透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該反射式二次透鏡在第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)下，將側(cè)面113進(jìn)一步設(shè)計(jì)成兩段式結(jié)構(gòu)。其中該側(cè)面113的第一部分1131與肩部114連接，第二部分1132與第一曲面111相連。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，該第一部分1131為一段直線，與垂直方向成5-10°向外，長(zhǎng)度約2.5-3mm,側(cè)面第二部分1132為圓弧,高度約2_3mm，半徑為2.2-2.5mm。由于從第二曲面112上全反射出來(lái)的光線一般都具有比較大的角度，所以第一部分1131主要用來(lái)將第二曲面靠近側(cè)面的那部分反射光線進(jìn)行折射出去，且原本水平方向的光線經(jīng)過(guò)該第一部分1131的折射之后，具有一個(gè)較大的角度出射，這種大角度的光線無(wú)論朝下經(jīng)過(guò)底反的反射還是直接朝上進(jìn)入到擴(kuò)散板中，都只需經(jīng)過(guò)較少的反射，因此對(duì)光線能量的利用率較高。而第二部分1132設(shè)計(jì)成圓弧之后，那部分沒(méi)有經(jīng)過(guò)頂面反射而是直接射入到側(cè)面上的光線，可以有一個(gè)較大的擴(kuò)散角度，增加了光線的無(wú)序性，因而使得背光模組整體的出光效果更加均勻。
[0035]同樣對(duì)于側(cè)面的兩個(gè)部分的大小關(guān)系的描述，也是通過(guò)與中點(diǎn)連線的角度進(jìn)行表述，其中，第一部分1131的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度15度至25度，第二部分1132的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為15度至25度。
[0036]請(qǐng)參見(jiàn)圖7，圖7是第二實(shí)施方式下的另外一種變形。在圖7所示的反射式二次透鏡中，側(cè)面113的兩個(gè)部分分別為兩段斜率互為正負(fù)的直線。以整個(gè)透鏡的右半部分為例，側(cè)面第一部分1131的斜率為正，而第二部分1132的斜率為負(fù)，其出光效果如圖7所示?？梢钥闯?，經(jīng)過(guò)這兩段式的側(cè)面設(shè)計(jì)，降低從側(cè)面折射出去的光線的水平度，從而達(dá)到減少光線能量損耗的問(wèn)題。
[0037]綜上所述，本發(fā)明提出了一種反射式二次透鏡，該二次透鏡通過(guò)將肩部設(shè)計(jì)成圓弧結(jié)構(gòu)，使得肩部的出射光線散射角度增加，解決了原先因肩部的亮環(huán)效果出現(xiàn)的顯示MURA缺陷。同時(shí)本發(fā)明通過(guò)將反射式二次透鏡的側(cè)面設(shè)計(jì)成兩段式結(jié)構(gòu)，使得側(cè)面的出射光線具有向上或向下的較大出射角，解決了原先水平光線過(guò)多而帶來(lái)的光線利用率低下的問(wèn)題，提高了整個(gè)背光模組的亮度。
[0038]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種反射式二次透鏡，包括左右對(duì)稱的兩個(gè)部分，其中每個(gè)部分包括位于底部的第一曲面、位于頂部的第二曲面和連接第一曲面和第二曲面的側(cè)面，其特征在于:所述第二曲面和側(cè)面的銜接處為圓弧狀肩部，該圓弧狀肩部的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別與第二曲面的重點(diǎn)和側(cè)面的起點(diǎn)平滑過(guò)渡。
2.如權(quán)利要求1所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述圓弧狀肩部的高度為0.半徑為 1.5mm-1.7mmη
3.如權(quán)利要求1所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述第一曲面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為O度；所述第二曲面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為40度至50度；所述圓弧狀肩部的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為5度至10度；所述側(cè)面的起點(diǎn)和終點(diǎn)與底部中點(diǎn)連線所夾的角度為40度至45度。
4.如權(quán)利要求1所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述側(cè)面為二段式側(cè)面，該側(cè)面的第一部分為直線，第二部分為圓弧，該第一部分與所述肩部相連，該第二部分與所述第一曲面相連。
5.如權(quán)利要求4所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述第一部分的直線與垂直方向成5° -10°向外,長(zhǎng)度為2.5mm-3mm。
6.如權(quán)利要求4所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述第二部分的圓弧高度為2mm-3mm,半徑為 2.2mm~2.5mm。
7.如權(quán)利要求1所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述側(cè)面為二段式側(cè)面，該側(cè)面的兩個(gè)部分分別為兩段斜率互為正負(fù)的直線。
8.如權(quán)利要求1所述的反射式二次透鏡，其特征在于:所述第一曲面上設(shè)有微結(jié)構(gòu)，使得反射光線的反射角度呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律性，以增加光線從透鏡中出射時(shí)的均勻性。
【文檔編號(hào)】F21V5/04GK103543481SQ201310547372
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】王凱, 袁園 申請(qǐng)人:蘇州東顯光電科技有限公司