一种直下式LED背光透镜及包括该透镜的LED显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种直下式LED背光透镜，包括底面、入射面和出射面。所述入射面具有条状的棱镜条纹，并从透镜底面中心向上收聚在靠近透镜顶部中心的位置；所述出射面从底面向上延伸收聚于透镜顶部，所述出射面由多个非光滑过渡的曲面单元构成。光源发出的同一截面内的光线经过所述入射面折射后可分布在不同的平面上，上述经过入射面后的光线再经所述出射面的曲面单元进行进一步无序发散，可以解决现有技术中透镜光源边缘色差等问题。本发明专利技术还公开了一种包括上述透镜的LED显示装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及透镜
，具体涉及一种直下式LED背光透镜以及包括该透镜的LED显示装置。
技术介绍
直下式LED背光透镜主要应用于中大尺寸液晶电视背光照明以及普通照明领域的面光源如面板灯、吸顶灯等，其作用主要是把LED光源的发光角度扩大，并通过一定序列的排布，实现目标面的均匀照亮。如中国专利CN200910004478.0公开了一种发光装置、面光源装置、以及显示装置(参见图1-2)，通过在LED器件上方安装一透镜(光束控制部件)，该透镜工作面包含进光和出光两个曲面，并具有旋转轴对称的特征，从剖面图看到光线经过进光面和出光面产生一定的折射角度，实现光线的有序扩散分布。美国专利US6598998B2则公布了另一种结构的透镜(参见图3)，该透镜同样具有扩散光束的功能，其侧面具有锯齿状结构，透镜整体上也具有旋转对称的特征。从上述两个专利公开的方案来看，其透镜整体上都具有中心轴旋转对称的特征，其光路原理是基于中心理想点光源的渐开式设计，在中心轴平面上的理想点光源光线依照角度序列渐开式扩散角度；在垂直中心轴的水平面方向，该中心理想点光源的光路也呈现水平放射式，光线与光线之间不会相交。而在实际应用中，LED器件是具有一定尺寸的，并非是理想的点光源，如透镜直径为15mm，LED器件发光面尺寸达3mm。另一方面，用于直下式透镜的光源多为白光LED器件，此器件的出射光是由LED芯片发出的蓝光激发黄色荧光粉产生的。市面上的LED器件多存在大角度方向色温偏低，即边缘发黄的现象。根据非成像光学的边缘光线理论，光源出射光在经过连续曲面折射或反射后，处于光源边缘的光线仍然分布在光斑边缘，即在目标面上出现黄圈、黄斑等色差问题。上述两个专利公开的透镜结构虽然在光强分布上实现了光线的扩散，但并没有有效解决边沿黄斑等色差的问题，为此需要采用高要求的芯片级荧光粉涂布或荧光粉沉淀工艺，但要求装备的精度相对较高。
技术实现思路
为了充分满足应用上对光强分布和色差控制、装配误差控制的需求，本专利技术提供了一种直下式LED背光透镜以及包括该透镜的LED显示装置。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种直下式LED背光透镜，包括底面、入射面和出射面，其特征在于：所述入射面具有条状的棱镜条纹，并从透镜底面中心向上收聚在靠近透镜顶部中心的位置；所述出射面从底面向上延伸收聚于透镜顶部，所述出射面由多个非光滑过渡的曲面单元构成；光源设置于透镜的底面中心，所述光源发出的同一截面内的光线经过所述入射面折射后可分布在不同的平面上，上述经过入射面后的光线再经所述出射面的曲面单元进行进一步发散。从光源发出的光线经过上述入射面和出射面的无序发散后，可以解决现有技术中光源边缘色差等问题。进一步地，多个所述曲面单元的形状可以相同或者不相同。进一步地，所述透镜的底面具有凸起的光学结构，用于散射部分杂光。进一步地，所述凸起的光学结构包括设置于透镜底面中心周围的圆锥状凸点、设置于所述圆锥状凸点外围的台锥状凸点以及设置于所述台锥状凸点外围的棱状条纹。显然，本领域技术人员可根据需要设置上述光学结构的具体形式，并不限于上述的圆锥状凸点、台锥状凸点和棱状条纹。进一步地，所述透镜的底面设置有若干个装配脚位。所述装配脚位的具体形式和数量是本领域技术人员可根据需要进行确定的。进一步地，所述透镜的底面设置有若干个装配方向的缺口，该缺口可作为透镜注塑成型的进胶口。进一步地，所述透镜采用注塑成型工艺制成，所述透镜的材质为光学塑胶材料。所述光学塑胶材料包括但不限于PMMA、PC、COC等。本专利技术还提供了一种LED显示装置，包括安装在LED器件背面的透镜，其中，所述透镜为上述任一种直下式LED背光透镜。区别于现有技术中的旋转对称结构，本专利技术所公开的LED背光透镜整体上可采用非旋转对称结构，如整体上可呈水母状的结构。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得了有益的技术效果：光源发出的光线经过上述特殊结构的透镜进行两级无序扩散后，实现了在保证照度均匀性前提下、避免产生色差的技术效果。通过透镜底部设置的凸起的光学结构，可以有效散射部分杂光，进一步避免产生色差的问题，而在透镜底面设置装配脚位和缺口可便于机械装配和注塑制造。附图说明图1是现有技术的一种LED背光透镜示意图；图2是图1中LED背光透镜的光路图；图3是现有技术中另一种LED背光透镜示意图；图4是本专利技术公开的LED背光透镜的主要光学结构示意图；图5是本专利技术公开的LED背光透镜的入射面结构示意图；图6是本专利技术公开的LED背光透镜的底面凸起光学结构示意图；图7是本专利技术公开的LED背光透镜的机械装配结构示意图；图8是本专利技术公开的LED背光透镜的光路图；图9是本专利技术公开的LED显示装置示意图；图10是本专利技术公开的LED显示装置的透镜布置示意图；图11是本专利技术公开的LED显示装置的单颗LED在目标面板的照度分布图；图12是本专利技术公开的LED显示装置的单颗LED在目标面板的色差分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。如图4-5所示，本专利技术公开的LED背光透镜包括底面3、入射面2和出射面1，所述入射面2具有条状的棱镜条纹，其从透镜底面3中心向上收聚在靠近透镜顶部中心的位置；所述出射面1从底面3向上延伸收聚于透镜顶部，所述出射面1由多个非光滑过渡的曲面单元构成；光源设置于透镜的底面3中心，所述光源发出的同一截面内的光线经过所述入射面2后可折射到不同的平面上，使光线进行无序扩散；上述经过入射面2后的光线再经所述出射面1的曲面单元进行进一步无序发散。出射光线之间存在夹角，如该夹角可在5°到15°之间。进一步地，如图6所示，所述透镜的底面3设有凸起的光学结构，用于散射小部分杂光。进一步地，所述凸起的光学结构包括设置于透镜底面中心周围的圆锥状凸点6、设置于所述圆锥状凸点外围的台锥状凸点7以及设置于所述台锥状凸点外围的棱状条纹8。显然，本领域技术人员可根据需要设置上述光学结构的具体形式，并不限于上述的圆锥状凸点、台锥状凸点和棱状条纹。进一步地，如图7所示，所述透镜还包括必要的机械装配结构，透镜的底面3设置有三个倒圆角的装配脚位4，显然所述装配脚位的具体形式和数量也是本领域技术人员可根据需要进行调整的。所述透镜的底面3还设置有装配方向的缺口5，该缺口5可作为透镜注塑成型的进胶口。所述透镜采用塑胶注塑成型工艺制成，透镜的材料为PMMA、PC、COC等光学塑胶材料。如图8所示，光线9和光线10是由中心点发出的，在同一中心轴截面上的其中两束出射光线。由于光线9和光线10波长不一样，在经过入射面2折射后，两光线不再共面传播，而是异面传播在一个三维空间中。经过出射面1折射后，两异面光线在三维空间中成一定的夹角，角度为5°-15°。经过两个不连续面的折射后，原本在二维平面中的有序共面光线变成了三维空间中的无序异面光线，使得处于光源边缘的光线不再有序的分布在光斑的边缘，而是散布在光斑中，有效地解决了黄斑等色差问题。本专利技术还公开了一种包括上述透镜的LED显示装置，如图9-10所示，所述透镜安装在LED器件的上方，并形成阵列排布，实现均匀无色差照亮目标面板。如图11-12所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直下式LED背光透镜，包括底面、入射面和出射面，其特征在于：所述入射面具有条状的棱镜条纹，并从透镜底面中心向上收聚在靠近透镜顶部中心的位置；所述出射面从底面向上延伸收聚于透镜顶部，所述出射面由多个非光滑过渡的曲面单元构成；光源发出的同一截面内的光线经过所述入射面折射后可分布在不同的平面上，上述经过入射面后的光线再经所述出射面的曲面单元进行进一步发散。

【技术特征摘要】
1.一种直下式LED背光透镜，包括底面、入射面和出射面，其特征在于：所述入射面具有条状的棱镜条纹，并从透镜底面中心向上收聚在靠近透镜顶部中心的位置；所述出射面从底面向上延伸收聚于透镜顶部，所述出射面由多个非光滑过渡的曲面单元构成；光源发出的同一截面内的光线经过所述入射面折射后可分布在不同的平面上，上述经过入射面后的光线再经所述出射面的曲面单元进行进一步发散。2.根据权利要求1所述的直下式LED背光透镜，其特征在于，多个所述曲面单元之间的形状相同或者不相同。3.根据权利要求1所述的直下式LED背光透镜，其特征在于，所述透镜的底面具有凸起的光学结构，用于散射部分杂光。4.根据权利要求3所述的直下式LED背光透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄灿阳，
申请(专利权)人：佛山市中山大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44