用于薄直下式背光的极宽分布发光二极管（LED）透镜制造技术

所公开的透镜设计使能实现没有热斑的均匀光分布、从而实现与传统透镜相比的更宽的光传递函数，其得益于减小针对直下式背光设备的总体成本以及所需要的光源数目。所公开的透镜在其顶上包括射束成形元件，并且背光设备并入了所述透镜和射束成形元件，以消除由背光设备产生的光热斑并且在照明场处获得均匀的光分布。当需要极度更宽的传递函数或极薄的背光的时候，所公开的透镜是特别有用的。

Extremely wide distributed light emitting diode (LED) lens for thin direct down backlight

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于薄直下式背光的极宽分布发光二极管（LED）透镜
本文中的公开内容一般地涉及发光设备以及用于改进照度均匀性的光学透镜。
技术介绍
发光二极管（LED）光源通常并且广泛地用于直下式（direct-lit）背光照明。计算机、个人数字助理（PDA）、移动电话和薄的液晶显示器（LCD）电视（TV）是使用直下式LED背光的背光屏设备的一些示例。然而，LED的光强度分度范围很窄，因此可以在LED上使用透镜以帮助分布光。在直下式背光中，透镜的阵列被安置在光源的前方，以在背光设备的表面上提供更均匀的光输出。取决于正好在透镜上方的光斑的大小或者如果透镜的弧度角很窄，则可能需要大量LED，因而增加成本。可以通过增大每个单独的LED设备的光斑大小来减小对于背光而言所需要的LED数目。
技术实现思路
本文中的公开内容描述了用于实现均匀光分布、而不产生光热斑的光学透镜和发光设备设计，其得益于减小针对直下式背光设备的总体成本以及所需要的光源数目。本文中的公开内容涉及一种在其顶上具有射束成形元件的光学透镜，以及一种背光设备或其它发光设备，其并入了所述透镜和射束成形元件，用于在目标表面处产生均匀的光分布。当需要背光的宽或极宽传递函数的时候，所公开的透镜和发光设备是特别有用的。附图说明图1是具有凹光学透镜的示例性发光二极管（LED）设备的横截面视图；图2是具有光学透镜和射束成形元件的示例性背光设备的横截面视图；图3是图2中所示的示例性背光设备200的三维（3D）透视（侧）视图；r>图4A和图4B是图2中所示的示例性背光设备中的射束成形元件的底表面的平面视图，其示出了示例性的点图案；图5是具有光学透镜和射束成形元件的另一示例性背光设备的横截面视图；并且图6是图5中所示的示例性背光设备的3D透视（底和侧）视图。具体实施方式本文中，LED设备可以与发光设备或背光设备可互换地被使用，使得LED光源或任何其它类型的光源可以类似地被使用在发光设备中。直下式背光工业中的迅速发展已经产生了对于创新的更宽且更均匀的透镜设计的需要。由LED透镜提供的宽得多的光分布可以通过减小在背光中所需要的LED设备的总体数目而显著降低背光的成本。图1是具有凹的光学透镜102的示例性LED设备100（或发光设备100）的横截面视图（在X-Z平面中所示的横截面）。LED设备100可以包括但不限于包括以下部件：透镜102，其包括内弯曲表面112（也被称为光入射表面112）以及外弯曲表面122（也被称为光出射表面122）；光源104（例如LED）；基础表面114；和/或扩散板116（或更一般地光接收器116）。光源104可以被布置在光学透镜102的中央和下部分处（例如以透镜102的光轴Z为中心）。例如，可以采用红色LED、蓝色LED或绿色LED作为光源104。光源104可以通过插槽和端子（未被示出）而被电连接到电路板（未被示出），以向光源104施加电功率。扩散板116可以被使用在屏幕背光中，以均匀地分布来自光源104的光，从而减小或消除亮斑，并且可以由例如以不同厚度、不透明度或反射率的许多塑料板材组成。凹的光学透镜102的形状增大从光源104发射的光的光散射角，其由箭头示出，从而放大在LED设备100上方的光斑。从光源104发射的光首先在光入射表面112处并且然后在透镜102的光出射表面122处被折射，使得来自光源104的射线成扇形散开并且分布在更宽的区域之上（例如相比于没有透镜的单个LED光源）。在一示例中，外弯曲表面122可以包括以光学Z轴为中心的凹进部分，其向内朝向透镜102的光入射表面112凹进。然而，从光源104生成的光的一部分很可能由于在透镜-空气界面处、大多数在光出射表面122的中心（Z轴）周围发生的全内反射而被反射。反射的光的部分进一步被底表面反射回到照明场的中心，因而贡献于在照明场的中心（在Z轴处以及在Z轴周围）中的相当强烈的光的“热斑”。因而，当所需要的弧度角不太宽的时候，透镜102很好地起作用以用于分布光。然而，当所需要的光斑大小足够大的时候，使用凹透镜102的背光设备100可能产生不令人满意的非均匀的光分布图案。在引入了能量节约策略的情况下，降低成本变成重要的挑战。在许多应用中，光斑大小要求增大以便通过减小所使用的LED和透镜的数目来节省成本。因而，减小LED设备中的热斑在现有透镜结构和LED设备设计的情况下继续是悬而未决的问题。用于降低成本的示例性途径是使用低成本中间功率LED来替换高功率LED。然而，由中间功率LED典型采用的较大的管芯大小（相比于高功率LED的小管芯大小）可能进一步加重热斑现象。用于降低成本的其它示例性途径可以包括但不限于减小所使用的LED、印刷电路板（PCB）集和/或箔（薄膜）的数目。因此，本公开内容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先前提及的缺点，并且实现照度场上的均匀光分布。直下式背光工业中的迅速发展已经引发了对于创新的更宽且更均匀的透镜设计的需要。本文中所公开的透镜设计使能实现均匀光分布而不产生光热斑，并且因而与其它透镜相比具有更宽的光传递函数，并且减小直下式背光设备的总体成本。本公开内容涉及一种在其顶表面上具有射束成形元件的LED透镜，以及一种背光设备或其它发光设备，其并入了所述透镜以在目标表面处产生均匀的光分布。发光设备包括光源（例如LED光源）和透镜主体，使得LED光源被容纳在其入射表面中，并且从LED光源发射的光在透镜主体的垂直方向上辐射。射束成形元件被紧固到透镜主体的顶部，并且被配置成调节通过透镜主体的出射表面（光出射表面）所辐射的光射束。在垂直方向上辐射的光的量可以根据背光的要求、使用至少射束成形元件来被调节。射束成形元件将光往回辐射或辐射到其它方向上以减小中心强度，并且减轻发光设备的照明场上的热斑，因而改进总体背光均匀性。当需要背光的极宽传递函数的时候，所公开的透镜是特别有用的。以下更详细地描述本公开内容。虽然关于背光设备和LED光源而描述了本公开内容，但是本领域技术人员理解到：在其它光源和光源设备的情况下可以类似地使用所公开的透镜设计。图2是根据本文中的公开内容的示例性发光设备200（例如背光设备）的横截面视图。背光设备200可以包括但不限于包括以下部件：光学透镜202，其包括光入射表面212（也被称为内弯曲表面212）和光出射表面222（也被称为外弯曲表面222）；被耦合到透镜202的LED光源204；被耦合到透镜202和LED光源204的基底206；和/或射束成形元件210，其位于透镜202上方并且通过突出部214而被紧固到透镜202的顶部。背光设备200可以此外包括未被示出的其它元件。例如，背光设备200可以包括扩散板（未被示出），所述扩散板（未被示出）可以位于射束成形元件210上方。LED光源204位于圆（X,Y,Z）坐标的中心处，并且以透镜202的光轴Z为中心。透镜202的入射表面212被配置成在其下部分中容纳LED光源204。可以在基底206本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光设备，包括：/n光源；/n被耦合到所述光源并且位于所述光源上方的光学透镜，所述光学透镜包括关于所述光源和所述光学透镜的光轴而径向对称的内弯曲表面和外弯曲表面；以及/n被耦合到所述光学透镜并且位于所述光学透镜上方的射束成形元件，所述射束成形元件被配置成对源自所述光源并且从所述光学透镜折射的光的至少一小部分进行散射和重定向，从而在所述发光设备上方的光场上产生均匀光强度分布图案。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170913 EP 17190880.9;20180424 US 15/960985;201701.一种发光设备，包括：
光源；
被耦合到所述光源并且位于所述光源上方的光学透镜，所述光学透镜包括关于所述光源和所述光学透镜的光轴而径向对称的内弯曲表面和外弯曲表面；以及
被耦合到所述光学透镜并且位于所述光学透镜上方的射束成形元件，所述射束成形元件被配置成对源自所述光源并且从所述光学透镜折射的光的至少一小部分进行散射和重定向，从而在所述发光设备上方的光场上产生均匀光强度分布图案。


2.根据权利要求1所述的发光设备，此外包括：
基底，所述光源被形成在所述基底的顶表面上。


3.根据权利要求1所述的发光设备，包括关于所述光源和所述光学透镜的所述光轴而径向对称的所述射束成形元件。


4.根据权利要求1所述的发光设备，此外包括：
被配置成将所述射束成形元件紧固到所述光学透镜的顶表面的突出部。


5.根据权利要求1所述的发光设备，包括所述射束成形元件的底表面，其此外包括在所述射束成形元件的底表面上的图案，所述图案反射源自所述光源并且从所述透镜折射的光的一部分，并且通过所述射束成形元件而辐射源自所述光源并且从所述光学透镜折射的光的另一部分。


6.根据权利要求5所述的发光设备，包括是点图案的图案，所述点反射光，并且点之间的空间辐射光。


7.根据权利要求6所述的发光设备，所述点具有是以下之一的形状：圆形、菱形、椭圆形或矩形。


8.根据权利要求5所述的发光设备，包括由反射涂层制成的图案。


9.根据权利要求8所述的发光设备，包括是墨的反射涂层，所述墨...

【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