一種勻光直下式led背光照明用配光透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及背光照明技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種勻光直下式LED背光照明用配光透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)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(jié)構(gòu)通常有兩種:一種為將多顆LED放置在導(dǎo)光板的側(cè)面(LED光軸與導(dǎo)光板側(cè)面基本垂直)，LED發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)導(dǎo)光板側(cè)面進(jìn)入到導(dǎo)光板中，在導(dǎo)光板中發(fā)生多次全反射和折射后，最終所有的光線經(jīng)導(dǎo)光板的正面透射出來(lái)，通過(guò)精確控制導(dǎo)光板反射與折射的比例，可以在導(dǎo)光板正面形成均勻的出光面；這種方式常稱(chēng)之為側(cè)入式照明方式。
[0003]另外一種是將多顆LED光源放置在擴(kuò)散板背面(本方法中LED光軸與擴(kuò)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(kuò)散板背面，需要在每個(gè)LED與擴(kuò)散板之間放置一個(gè)二次配光透鏡，配光透鏡將LED發(fā)出的光線進(jìn)行二次分配后，均勻的照射在擴(kuò)散板的背面；這樣光線經(jīng)過(guò)擴(kuò)散板背面進(jìn)入到擴(kuò)散板內(nèi)部再一次擴(kuò)散，從擴(kuò)散板的正面出射出來(lái)，可以在擴(kuò)散板正面形成均勻的出光面，這種方式常稱(chēng)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(cè)入式的光線行進(jìn)路徑遠(yuǎn)大于直下式，側(cè)入式的出光效率低下，所以采用側(cè)入式的照明方式其能耗高、成本高。
[0005]近年來(lái)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(chǎn)品的進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。對(duì)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的節(jié)能要求和成本控制的需求也越來(lái)迫切；這樣的背景下效率較低的傳統(tǒng)側(cè)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(shì)為:在盡量增大LED之間的間距(主要是為了在同樣的面積內(nèi)減少LED數(shù)量)的前提下縮小從LED光源到擴(kuò)散板的厚度(主要是為了減小系統(tǒng)體積)，同時(shí)還要保證照射的均勻性。這對(duì)配光透鏡提出了更高的要求。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)中，為了增大LED之間的間距，同時(shí)壓縮LED與擴(kuò)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(duì)LED發(fā)出的光線進(jìn)行二次分配，讓相當(dāng)部分的LEDllO發(fā)出的光線120通過(guò)透鏡130反射到系統(tǒng)內(nèi)腔上的反光層140上，然后再反射到擴(kuò)散板上150。這種照明方式雖然可以減小空間高度，但是對(duì)反光層的特性依賴(lài)較大，同時(shí)對(duì)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(shí)現(xiàn)均勻照明。
[0008]現(xiàn)在也有的直下式系統(tǒng)采用折射式透鏡對(duì)LED發(fā)出的光線進(jìn)行二次分配，但很難在LED之間間隔距離大且LED與擴(kuò)散板之間距離小的情況下實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(nèi)進(jìn)行有效的分配。
[0010]另一個(gè)重要原因是光線在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，光線通過(guò)界面時(shí)總是會(huì)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(yīng)越明顯。通常從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)傳播時(shí)，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(zhì)到光疏介質(zhì)傳輸時(shí)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(jīng)過(guò)入射面的折射后進(jìn)入透鏡本體，達(dá)到出射面時(shí)部分光線經(jīng)出射面折射出去，而另外部分光線被界面反射到透鏡內(nèi)部，這部分反射光線經(jīng)過(guò)透鏡底面或者系統(tǒng)內(nèi)腔反射面等多個(gè)面的多次反射與折射后，會(huì)在LED上方靠中間部分區(qū)域形成光線(能量)的集聚，嚴(yán)重影響了透鏡出射光場(chǎng)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(jìn)入透鏡220的光線231在到達(dá)出射面223時(shí)會(huì)進(jìn)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(huì)攜帶大部分能量直接射到擴(kuò)散板250，而菲涅爾反射光線233則會(huì)攜帶少部分能量反射回透鏡內(nèi)部，然后經(jīng)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(dāng)二次反射光線234再次碰到出射面223時(shí)折射出透鏡成為光線235，光線235行進(jìn)一段路程后到達(dá)擴(kuò)散板250。由光線行進(jìn)路線可以看出光線235會(huì)在LED210上方靠中間部分區(qū)域集聚。由于光線231在到達(dá)出射面223時(shí)是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，因此菲涅爾界面反射效應(yīng)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(xiàn)象較為顯著，最終影響到背光照明的均勻性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0013]為了實(shí)現(xiàn)直下式勻光照明效果，本實(shí)用新型提供一種勻光直下式LED背光照明用配光透鏡，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(chǎng)的堆積，合理分布出射光線，在實(shí)現(xiàn)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(shù)量同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)縮小從LED光源到擴(kuò)散板的厚度，減小系統(tǒng)的體積。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案:
[0015]為了解決以上問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種勻光直下式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(fù)合面；
[0016]所述底部復(fù)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(cè)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(fù)合面設(shè)置有一個(gè)子復(fù)合面，當(dāng)所述子復(fù)合面沿過(guò)透鏡本體中心軸任意方向剖開(kāi)時(shí)，子復(fù)合面的剖面線上任意一點(diǎn)在剖面內(nèi)的法線與所述透鏡本體的中心軸相交于透鏡本體的下方。本實(shí)用新型中透鏡的子復(fù)合面為環(huán)狀，隨著子復(fù)合面環(huán)半徑由大減小，子復(fù)合面總體呈向透鏡本體的頂部方向突起的趨勢(shì)，將所述出射面所反射的部分菲涅爾界面反射光線向遠(yuǎn)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(chǎng)的強(qiáng)度，提高了出射光場(chǎng)的勻光性。
[0019]進(jìn)一步的，所述子復(fù)合面設(shè)置在透鏡本體底部的照度從峰值到10%峰值的區(qū)域內(nèi)。一般說(shuō)來(lái)，實(shí)際工作中經(jīng)過(guò)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(huì)相對(duì)集中在一個(gè)環(huán)帶上，這個(gè)菲涅爾界面反射光線相對(duì)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(guò)渡區(qū)域；所以只需要在這個(gè)菲涅爾界面反射光線相對(duì)集中的環(huán)帶區(qū)域設(shè)置子復(fù)合面即可實(shí)現(xiàn)將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；本透鏡底面的照度主要來(lái)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(shè)置子復(fù)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(wèn)題。(所述子復(fù)合面設(shè)置在透鏡本體底部的照度從峰值到10%峰值的區(qū)域內(nèi)是指在透鏡本體底部的照度從峰值到10%峰值的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有子復(fù)合面，所述子復(fù)合面的具體設(shè)置位置以及覆蓋范圍可以根據(jù)透鏡具體使用需要靈活調(diào)節(jié))。
[0020]進(jìn)一步的，所述子復(fù)合面剖面線為直線，直線的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，子復(fù)合面為圓錐面形，方便加工和生產(chǎn)制造，降低了生產(chǎn)成本。
[0021]進(jìn)一步的，所述子復(fù)合面的剖面線為曲線。子復(fù)合面為曲面的設(shè)計(jì)，當(dāng)光線經(jīng)過(guò)所述子復(fù)合面向遠(yuǎn)離透鏡本體中心軸的方向反射時(shí)，曲面對(duì)所反射的光線有進(jìn)一步的分配的靈活性，有利于提高背光照明效果。
[0022]作為一種優(yōu)選，所述子復(fù)合面靠近透鏡本體中心軸的一側(cè)通過(guò)一個(gè)過(guò)渡面與所述入射面的底部相連。在子復(fù)合面與入射面之間通過(guò)一個(gè)過(guò)渡面相連接，在不影響對(duì)菲涅爾界面反射光線效率的基礎(chǔ)上，通過(guò)過(guò)渡面，降低透鏡的高度，使得在有限的空間內(nèi)，最優(yōu)地處理好透鏡底面上菲涅爾界面反射光線相對(duì)集中的區(qū)域。
[0023]做為一種優(yōu)選，所述子復(fù)合面經(jīng)過(guò)底面與透鏡本體底部邊緣相連接。本實(shí)用新型透鏡在子復(fù)合面與透鏡底部邊緣之間設(shè)置有底面，使得透鏡邊緣底部具有適當(dāng)?shù)暮穸?，保證透鏡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，