用于超薄直射式背光的光学透镜制造技术

光学透镜和发光器件设计实现均匀的光分布而不产生光“热点”，具有减少直射式的背光器件所需的光源数量和总成本的益处。光学透镜包括在其底部表面上的涂层部分或结构，以及包含所述透镜的背光器件或其他发光器件，以在目标表面处产生均匀的光分布。当需要背光的极宽的传递函数时，所公开的透镜和发光器件是特别有用的。

Optical lens for ultra thin direct backlight

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超薄直射式背光的光学透镜相关申请的交叉引用本申请要求2017年6月5日提交的国际专利申请号PCT/CN2017/087128、2017年7月26日提交的欧洲专利申请号17183334.6和2018年5月30日提交的美国非临时专利申请号15/992876的权益，其通过引用并入本文，如同完全阐述一样。
本文的公开内容总体涉及用于提高亮度均匀性的发光器件和光学透镜。
技术介绍
发光二极管（LED）光源通常并且广泛用于直射式背光照明。计算机、个人数字助理（PDA）、移动电话和薄型液晶显示器（LCD）电视（TV）是使用直射式LED背光的背光屏幕器件的一些示例。然而，LED的光强度分布范围很窄，因此可以在LED上使用透镜来帮助分布光。在直射式的背光中，透镜阵列被放置在光源的前面，以在背光器件的表面上提供更均匀的光输出。取决于透镜正上方的光斑的大小，可能需要大量的LED，从而增加了成本。可以通过增加每个单独LED器件的斑点大小来减少背光所需的LED数量。
技术实现思路
本文的公开内容描述了光学透镜和发光器件设计，以实现均匀的光分布而不产生光“热点”，其具有减少直射式背光器件的所需光源数量和总成本的益处。本文的公开内容涉及一种在其底表面上具有涂层部分和/或结构的光学透镜，以及一种包含所述透镜的背光器件或其他发光器件，以在目标表面处产生均匀的光分布。当需要背光的宽或极宽的传递函数时，所公开的透镜和发光器件是特别有用的。根据本文的公开内容，用作背光的发光器件可以包括：安装至环形安装表面的光源，以及光学透镜，其耦合至光源和环形安装表面并位于光源和环形安装表面上方。光学透镜和光源可以共享相同的光轴。光学透镜可以包括内部弯曲表面和外部弯曲表面，使得内部弯曲表面和外部弯曲表面可以相对于光轴径向对称。涂层部分可以覆盖安装表面的至少一部分，其中涂层部分吸收源自光源并且从透镜折射的光的至少一部分，以在发光器件上方的光场上产生均匀的光强度分布图案。附加地或可替代地，结构部分可以覆盖安装表面的至少一部分，其中结构部分散射和重定向源自光源并且从透镜折射的光的至少一部分，从而在发光器件上方的光场上产生均匀的光强度分布图案。在一示例中，涂层部分在结构部分之上。附图说明图1是被设计为详细阐述背光中常用的折射透镜的效果的示例LED器件的截面图；图2是具有凹形光学透镜的示例LED器件的截面图；图3是由三个背光器件生成的归一化亮度的传递函数（TF）的图，每个背光器件类似于图2中示出的背光器件；图4是图3中使用的三个背光器件的亮度（以坎德拉每平方米为单位，cd/m2）与位置关系的图；图5是示例背光器件的截面图；图6是图5中示出的示例背光器件的三维（3D）透视图（底视图）；图7是由实线示出的图2中的背光器件生成的归一化亮度以及由虚线示出的图5的背光器件生成的归一化亮度的TF的图；图8是另一示例背光器件的截面图；以及图9是图8中示出的具有光学透镜的示例背光器件的3D透视图。具体实施方式在本文中，LED器件可以与发光器件或背光器件可互换地使用，使得LED光源或任何其他类型的光源可以类似地用于发光器件中。图1是被设计为详细阐述背光中常用的折射光学透镜102的效果的示例LED器件100（或发光器件100）的截面图（在X-Z平面中示出截面）。LED器件100可以包括但不限于包括以下部件：透镜102，其包括内部弯曲表面112和外部弯曲表面122；设置在插座106上的光源104（例如LED或其他光源）；端子108；和/或用来将透镜102附接到插座的固定部分110。LX表示外部弯曲表面122的主轴，并且SX表示内部弯曲表面122的短轴。光源104可以设置在光学透镜102的中心和下部处（例如，在LX和SX轴下方，并以透镜102的光轴Z为中心）。例如，红色LED、蓝色LED或绿色LED可以用作光源104。光源104可以通过端子108电连接到电路板（未示出），以将电力施加到光源104。折射光学透镜102可以是凹凸透镜。例如，光学透镜102的内部弯曲表面112和外部弯曲表面122两者都可以具有大致椭圆形的形状。对于像透镜102这样的凹凸透镜，从透镜102发射的光斑由透镜102上方（以Z轴为中心的光源104的正上方）的明亮的强度中心限制。因此，LED器件100限于光斑要求（即，从LED器件100发射的光的分布或散布）不是太大的应用。如上所解释的，由LED透镜提供的宽得多的光分布可以通过降低背光中所需的LED器件的总数量来显著降低背光的成本。图2是具有凹形光学透镜202的示例LED器件200（或发光器件200）的截面图。LED器件200可以包括但不限于包括以下部件：透镜202，包括内部弯曲表面212（也称为光入射表面212）和外部弯曲表面222（也称为光出射表面222）；光源204（例如，LED）；基部表面214；和/或漫射板216（或更一般地，光接收器216）。可以包括如图1中的插座和/或端子，但在图2的示例LED背光器件200中未示出。漫射板216可用于屏幕背光中，以均匀地分布来自光源204的光来减少或消除亮点，并且例如可以由许多不同厚度、不透明度或反射率的塑料片组成。凹形光学透镜202的形状增大了从光源204发射的光的由箭头示出的光散射角度（例如，与图1中的LED器件100中使用的透镜102相比），从而扩大了上方的光斑。然而，由于在透镜-空气界面处发生的全内反射，从光源204生成的光的一部分很可能被反射，大部分围绕光出射表面222的中心（Z轴）。这也有助于照明场中心（在Z轴及其周围处）中的相当强光的“热点”。因此，使用凹形透镜202的背光器件200虽然提供了比图1中的背光（LED）器件100更好的光分布，但是仍然产生了令人不满意的不均匀的光分布图案。因此，本公开的目的是提供一种用于光源的光学透镜，其可以减轻现有光学透镜的上述缺点，并在亮度场上实现均匀的光分布。直射式背光产业的快速发展已经导致对创新的、更宽和更均匀的透镜设计的需求。本文公开的透镜设计能够实现均匀的光分布而不产生光“热点”，并且因此与其他透镜相比，具有更宽的光传递函数，并降低了直射式背光器件的总成本。本公开涉及一种透镜，该透镜在其底部表面上具有涂层部分或结构，以及包含所述透镜的背光器件或其他发光器件，以在目标表面处产生均匀的光分布。当需要极宽的背光传递函数时，所公开的透镜是特别有用的。下面更详细地描述本公开。尽管关于背光器件和LED光源描述了本公开，但是本领域技术人员理解，所公开的透镜设计可以类似地与其他光源和光源器件一起使用。图3是由三个背光器件（沿X轴在-65毫米（mm）、0mm和65mm位置处居中）生成的归一化亮度（即，在给定方向上从每单位面积的表面发射的光的强度，以任意单位（a.u.）归一化示出）的传递函数（TF）的图，每个背光器件都类似于图2中示出的背光器件。在这种情况下，为光传播的距离乘以介质的折射率的光学距离（OD）薄至12mm，而目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光器件，包括：/n光源，安装到环形安装表面；/n光学透镜，耦合到所述光源和所述环形安装表面并位于所述光源和所述环形安装表面上方，所述光学透镜包括内部弯曲表面和外部弯曲表面，所述内部弯曲表面和外部弯曲表面相对于所述光学透镜和光源的光轴径向对称；以及/n涂层部分，覆盖所述安装表面的至少一部分，所述涂层部分吸收源自所述光源并从所述光学透镜折射的光的第一部分，并反射源自所述光源并从所述光学透镜折射的光的第二部分，以生成反射到所述光学透镜的衰减光并在所述发光器件上方的光场上产生均匀的光强度分布图案。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170726 EP 17183334.6;20180530 US 15/992876;201701.一种发光器件，包括：
光源，安装到环形安装表面；
光学透镜，耦合到所述光源和所述环形安装表面并位于所述光源和所述环形安装表面上方，所述光学透镜包括内部弯曲表面和外部弯曲表面，所述内部弯曲表面和外部弯曲表面相对于所述光学透镜和光源的光轴径向对称；以及
涂层部分，覆盖所述安装表面的至少一部分，所述涂层部分吸收源自所述光源并从所述光学透镜折射的光的第一部分，并反射源自所述光源并从所述光学透镜折射的光的第二部分，以生成反射到所述光学透镜的衰减光并在所述发光器件上方的光场上产生均匀的光强度分布图案。


2.根据权利要求1所述的发光器件，包括：所述外部弯曲表面包括以所述光轴为中心的向内朝向所述内部弯曲表面凹陷的凹陷部分。


3.根据权利要求1所述的发光器件，包括：所述光源是发光二极管（LED）。


4.根据权利要求1所述的发光器件，包括：所述内部弯曲表面是下列中的一个的一部分：椭圆、球体、抛物面或连续样条曲线。


5.根据权利要求1所述的发光器件，包括：所述外部弯曲表面包括从所述环形安装表面的外部周边向上延伸的第一圆柱形部分和从所述第一圆柱形部分的顶部周边向内且向上弯曲的第二凸形部分。


6.根据权利要求1所述的发光器件，包括：所述光学透镜由下列材料中的一个制成：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚苯乙烯（PS）或玻璃。


7.根据权利要求1所述的发光器件，包括：所述涂层部分是吸收折射到所述环形安装表面上的所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：C冯，
申请(专利权)人：亮锐控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL