一種新型led背光照明用配光透鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及背光照明技術領域，具體指一種新型LED背光照明用配光透鏡。
【背景技術】
[0002]現在液晶電視用的LED背光照明以及LED面板燈等的背光照明方式和照明結構通常有兩種:一種為將多顆LED放置在導光板的側面(LED光軸與導光板側面基本垂直)，LED發(fā)出的光線經過導光板側面進入到導光板中，在導光板中發(fā)生多次全反射和折射后，最終所有的光線經導光板的正面透射出來，通過精確控制導光板反射與折射的比例，可以在導光板正面形成均勻的出光面；這種方式常稱之為側入式照明方式。
[0003]另外一種是將多顆LED光源放置在擴散板背面(本方法中LED光軸與擴散板背面基本垂直)，為了將LED發(fā)出的光線均勻的照射在擴散板背面，需要在每個LED與擴散板之間放置一個二次配光透鏡，配光透鏡將LED發(fā)出的光線進行二次分配后，均勻的照射在擴散板的背面；這樣光線經過擴散板背面進入到擴散板內部再一次擴散，從擴散板的正面出射出來，可以在擴散板正面形成均勻的出光面，這種方式常稱之為直下式照明方式。
[0004]上述兩種照明方式相比較，形成同樣的出光面積，側入式的光線行進路徑遠大于直下式，側入式的出光效率低下，所以采用側入式的照明方式其能耗高、成本高。
[0005]近年來隨著顯示器(例如平板電視顯示器)用的LED背光照明以及LED面板燈等的產品的進一步應用和推廣。對對應產品的節(jié)能要求和成本控制的需求也越來迫切；這樣的背景下效率較低的傳統(tǒng)側入式照明方式逐步在被直下式照明方式取代。
[0006]目前LED直下式背光照明的發(fā)展趨勢為:在盡量增大LED之間的間距(主要是為了在同樣的面積內減少LED數量)的前提下縮小從LED光源到擴散板的厚度(主要是為了減小系統(tǒng)體積)，同時還要保證照射的均勻性。這對配光透鏡提出了更高的要求。
[0007]現有技術中，為了增大LED之間的間距，同時壓縮LED與擴散板之間的距離，如圖1所示，有的直下式系統(tǒng)采用反射式透鏡對LED發(fā)出的光線進行二次分配，讓相當部分的LEDllO發(fā)出的光線120通過透鏡130反射到系統(tǒng)內腔上的反光層140上，然后再反射到擴散板上150。這種照明方式雖然可以減小空間高度，但是對反光層的特性依賴較大，同時對透鏡的面型精度及安裝精度以及反光層的平整層度等要求較高，因此較難實現均勻照明。
[0008]現在也有的直下式系統(tǒng)采用折射式透鏡對LED發(fā)出的光線進行二次分配，但很難在LED之間間隔距離大且LED與擴散板之間距離小的情況下實現均勻照明。
[0009]如圖2所示，造成照明不均勻的原因之一是透鏡220入射面221與出射面223的面形比較簡單，有的透鏡的入射面及出射面采用多球面拼接而成，有的采用簡單的圓錐曲面，這使得LED光源發(fā)出的光線難以按照背光照明的需求在大角度范圍內進行有效的分配。
[0010]另一個重要原因是光線在不同介質中傳播時，光線通過界面時總是會存在著菲涅爾界面反射，而且入射角度越大的菲涅爾界面反射效應越明顯。通常從光疏介質到光密介質傳播時，入射角大于60°后其菲涅爾界面反射率將隨著入射角的增加而上升；而從光密介質到光疏介質傳輸時菲涅爾界面反射則更加顯著，入射角大于30°后其菲涅爾界面反射率將隨著入射角的增加而急劇上升。
[0011]從LED光源發(fā)出的光線經過入射面的折射后進入透鏡本體，達到出射面時部分光線經出射面折射出去，而另外部分光線被界面反射到透鏡內部，這部分反射光線經過透鏡底面或者系統(tǒng)內腔反射面等多個面的多次反射與折射后，會在LED上方靠中間部分區(qū)域形成光線(照度)的集聚，嚴重影響了透鏡出射光場的均勻性。
[0012]參考圖2中，由位于入射面下方的LED光源210發(fā)出進入透鏡220的光線231在到達出射面223時會進行分離，成為折射光線232和菲涅爾反射光線233。通常折射光線232會攜帶大部分能量直接射到擴散板250，而菲涅爾反射光線233則會攜帶少部分能量反射回透鏡內部，然后經透鏡本體底部222或透鏡本體底部下的物體反射后形成二次反射光線234，當二次反射光線234再次碰到出射面223時折射出透鏡成為光線235，光線235行進一段路程后到達擴散板250。由光線行進路線可以看出光線235會在LED210上方靠中間部分區(qū)域集聚。由于光線231在到達出射面223時是由光密介質進入光疏介質，因此菲涅爾界面反射效應較為明顯，存在較高的反射率，因此由于菲涅爾界面反射而造成的LED210上方靠中間部分區(qū)域光線(能量)集聚的現象較為顯著，最終影響到背光照明的均勻性。
【實用新型內容】
[0013]為了實現直下式勻光照明效果，本實用新型提供一種直下式LED背光勻光照明用配光透鏡，能夠減少由于菲涅爾界面反射所引起的出射光線在中心光場的堆積，合理分布出射光線，在實現同樣照明效果的前提下可以減少LED背光面板上的LED光源的使用數量同時還可以實現縮小從LED光源到擴散板的厚度，減小系統(tǒng)的體積。
[0014]為了實現上述技術效果，本實用新型采取如下技術方案:
[0015]為了解決以上問題，本實用新型提出一種新型LED背光照明用配光透鏡，包括透鏡本體，其中所述透鏡本體包括出射面、入射面和底部復合面；
[0016]所述底部復合面位于所述透鏡本體的底部，靠近透鏡本體中心軸的一側與所述入射面相連；
[0017]所述入射面位于所述透鏡本體的底部中心，向透鏡本體頂部方向凹陷；
[0018]所述底部復合面設置有一個子復合面，當所述子復合面沿過透鏡本體中心軸任意方向剖開時，子復合面的剖面線上任意一點在剖面內的法線與所述透鏡本體的中心軸相交于透鏡本體的下方；
[0019]所述底部復合面還包括一個過渡面，所述過渡面的一側與所述入射面的底部相連，另一側與所述子復合面的頂部相連；當沿過透鏡本體中心軸任意方向剖開時，所述過渡面的剖面線靠近子復合面的一端距離透鏡本體底部的高度大于入射面的底部到透鏡本體底部的高度。這樣的設置既能使LED所發(fā)出的光線全部通過入射面而進入透鏡本體，又能為子復合面的優(yōu)化設置提供需要的空間。因為在現階段LED芯片的高度一般很低，入射面的底面下拉的設計，可以更好的保證LED所發(fā)出的光線全部通過入射面而進入透鏡本體，避免了光能量損失；不僅如此，過渡面的剖面線靠近子復合面的一端距離透鏡本體底部的高度大于入射面的底部到透鏡本體底部的高度的設計也為子復合面的設置預留了足夠的空間。
[0020]所述子復合面將所述出射面所反射的部分菲涅爾界面反射光線向遠離透鏡本體中心軸的方向反射出去，這樣有效地降低了由于菲涅爾界面反射光線所引起的光源上方區(qū)域光線的堆積，增加了偏離透鏡中心的光場的強度，提高了出射光場的勻光性。
[0021]進一步的，所述子復合面設置在透鏡本體底部的照度從峰值到10%峰值的區(qū)域內。本透鏡底面的照度主要來自出光面的菲涅爾界面反射光線，在底部的照度集中的區(qū)域設置子復合面就可以有效改善由于出光面的菲涅爾界面反射光線所引起光線分布不合理問題。(所述子復合面設置在透鏡本體底部的照度從峰值到10%峰值的區(qū)域內是指在透鏡本體底部的照度從峰值到10%峰值的區(qū)域內設置有子復合面，所述子復合面的具體設置位置以及覆蓋范圍可以根據透鏡具體使用需要靈活調節(jié))。
[0022]一般說來，實際工作中經過透鏡本體出射面的菲涅爾界面反射光線在透鏡本體底面會相對集中在一個環(huán)帶上，這個菲涅爾界面反射光線相對集中的環(huán)帶區(qū)域與透鏡本體的入射面底部之間存在一定過渡區(qū)域；同時由于上述照度集中分布的環(huán)帶上又存在一個照度峰值區(qū)域，該區(qū)域所接收到的從出射面反射回來的菲涅爾界面反射光線占到總反射光線的絕大部分，所述子復合面只需要設置在該區(qū)域即可實現將絕大部分菲涅爾界面反射光線朝偏離透鏡本體中心軸的方向反射出去。同時子復合面在該區(qū)域的傾斜角度越大，越能有效將所述出射面所反射的菲涅爾界面反射光線向遠離透鏡本體中心軸的方向反射出去；但是在背光透鏡底部有限的空間內，很難滿足這樣的傾斜角度，而過渡面的設置，為實現這一目標，提供了很好的解決途徑。將過渡面靠近子復合面的一側相