用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是所述LED二次柱面透镜为采用透明材料制成的轴对称实体，LED二次柱面透镜包含入射面、反射面和出射面，所述入射面位于LED二次柱面透镜下部并为曲面，所述反射面位于LED二次柱面透镜底面并为平面，所述出射面为曲面。所述入射面和出射面沿柱面法线方向的轮廓线由如下多项式表征：,其中z为轮廓线的高度，r为轮廓线相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离。本实用新型专利技术结构简洁，在相同扩散比下产品光均匀度高，装配简单，节约能源。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，主要适用于直下式背光光源的背光源，或LED背光广告板。
技术介绍
背光光源在传统液晶显示器（LCD）以及大型广告板中大量应用。而传统的冷阴极管（CCFL）背光源已经逐渐被发光二极管（LED）背光源所取代。而最初的背光源由背面雕花处理的导光板实现，光源（线光源的CCFL或点光源的LED）从导光板侧面将光导入，此种方式由于导光板技术的限制，效率不高。而直下式液晶显示器背光源则有效提高了光照效率问题。由于LED属于有限角度光束的点光源，在用于直下式LED背光源时，需要数百甚至上千白色或三基色LED排列而形成面光源，形成一个大面积平面进行照明。将点光源转化成面光源，是LED背光源的关键技术。光源均匀度和混光高度是背光源两个非常重要的性能指标。对于光均匀性的改进是制约LCD直下式背光源的重要因素。LED背光源基于LED阵列的面光源的均匀度与LED的光强分布密切有关。当没有安装透镜时，LED光强分布接近朗伯特分布。当利用传统的半球型透镜作为LED背光源，会改变LED的光强分布，减少光束角度，使得光线更集中在LED中轴线附近。不管采用哪一种LED封装方式，将其用于直下式LCD的背光源时，由于光强分布过于集中在中轴线附近或者集中在侧面，使得背光源难以得到高均匀度。因此光均匀性成为直下式LCD的背光源最为难于解决的问题。LED直下式背光源采用传统LED封装形式时，为了提高光均匀度，通常采用增加厚度，或者增加LED排布密度。此种解决方案提高了背光源的体积和重量，从而制约了LCD直下式背光源的应用和发展。混光高度是背光源另外一个关键指标。目前市场上应用较为广泛的为一种圆形二次透镜（如图1所示）。该方案将LED光线经过两个圆形凹面，从而增大LED光发散角度，通过阵列排布，实现较低混光高度较少LED阵列排布的背光源解决方案。此方案透镜沿360度方向上扩散LED光能量，故此对于光强度的降低相对较大，尤其是大的扩散比例时（扩散比是光源间距和混光高度之比）；同时此种透镜一般产生圆形光斑，在LED阵列排布的情况下，容易形成暗斑，此外每一颗LED上都必须安装一个透镜，而装配的精度要求，使得这种背光源解决方案有较高的装配成本。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种新的用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，能够提高产品光均匀度，技术效果好且成本低。本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：该用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是所述LED二次柱面透镜为采用透明材料制成的轴对称实体，LED二次柱面透镜包含入射面、反射面和出射面，所述入射面位于LED二次柱面透镜下部并为曲面，所述反射面位于LED二次柱面透镜底面并为平面，所述出射面为曲面。本技术所述出射面采用光扩散型结构。本技术所述入射面采用光扩散型结构。本技术所述反射面采用光扩散型结构。本技术所述光扩散型结构通常为微球面透镜阵列或者微棱镜阵列或者粗糙面或者做雕花处理。本技术所述入射面和出射面沿柱面法线方向的轮廓线由如下多项式表征：,其中z为轮廓线的高度，r为轮廓线相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离，c,k,A1,A2, A3, A4,…为根据设计目标可进行优化的参数。作为一种优选，本技术上述入射面、出射面沿柱面法线方向的轮廓线公式中的参数可采用具体实施方式中表1中的参数。作为进一步的优选，入射面与底面连接处相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离为2毫米，出射面与底面连接处相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离为7.5毫米。本技术结构简洁，在相同扩散比下产品光均匀度高，装配简单，节约能源。附图说明图1是现有技术的圆形透镜扩散光束示意图。图2是本技术实施例的入射面、出射面均为粗糙面时沿柱面横截面方向上的扩散光束示意图。图3是本技术实施例的入射面、出射面均为粗糙面时沿柱面方向上的光束角度分布示意图。图4是当柱面透镜的入射面、出射面为光滑面情况下,光线沿柱面方向发生全反射现象的示意图。图5是本技术实施例沿柱面横截面方向的光束角度分布示意图，其中X轴表示光束在柱面横截面上与光源发光面的法线夹角(度),Y轴表示相对光照度(%)。图6是本技术实施例沿柱面方向的光束角度分布示意图其中，X轴表示光束在沿柱面方向上与光源发光面的法线夹角(度),Y轴表示相对照度(%)。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合具体实施案例并参照附图，对本技术做进一步详细说明。本技术所述LED二次柱面透镜（简称柱面透镜，下同）为采用透明材料制成的轴对称实体，LED二次柱面透镜包含入射面1（即光接收面）、反射面2和出射面3（即出光面），用于接收光线的入射面1位于LED二次柱面透镜下部（中心）并为曲面，LED光源4安装于入射面1下方，所述反射面2位于LED二次柱面透镜底面并为平面，用于将上表面（即出射面3）反射回来的光线反射回上表面。所述出射面3为曲面。本技术由于入射面1和出射面3均为曲面且两者曲率不同（即下述公式中入射面1、出射面3的参数不相同，或者下述公式中的z、r分别用z1、r1和z3、r3替换来分别表示入射面1、出射面3沿柱面法线方向轮廓线中的高度和距离时，关于z1、r1公式中的参数与关于z3、r3公式中的参数不同），扩大了光束的分布均匀度，光强度的降低相对较小，且不易产生圆形光斑或者暗斑，装配也比较简单。本技术出射面3的曲率可以根据光束经过入射面1的折射后到达出射面3的分布状况的统计数据进行调整，大大提高了本实施例的光线利用率。本技术所述入射面1和出射面3沿柱面法线方向的轮廓线由如下多项式表征：,其中z为轮廓线的高度，r为轮廓线相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离，c,k,A1,A2, A3, A4,…为根据设计目标可进行优化的参数。作为一种特例，入射面1与底面连接处（反射面2连接处，即图2入射面1最下面与LED二次柱面透镜中轴线的距离，是入射面1沿柱面法线方向的轮廓线r1的特例）连接处相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离为2毫米，出射面3与底面连接处（反射面2连接处，即图2出射面3最下面与LED二次柱面透镜中轴线的距离，是出射面3沿柱面法线方向的轮廓线r3的特例）相对于LED二次柱面透镜中轴线的距离为7.5毫米。本技术所述出射面3可为光滑镜面或采用光扩散型结构，光扩散型结构通常为微球面透镜阵列或者微棱镜阵列或者粗糙面或者做雕花处理。作为进一步的改良，本技术的入射面1、反射面2、出射面3中的一部分或者全部采用光扩散型结构，例如粗糙面或者雕花处理或采用其它光散射结构。参见图2，本实施例入射面1、出射面3均采用粗糙（非光滑）扩散面，来自LED光源4的光线经过第一个扩散面后，光线被打散，打散的光线会被第二个凹面扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是：所述LED二次柱面透镜为采用透明材料制成的轴对称实体，LED二次柱面透镜包含入射面、反射面和出射面，所述入射面位于LED二次柱面透镜下部并为曲面，所述反射面位于LED二次柱面透镜底面并为平面，所述出射面为曲面。

【技术特征摘要】
1.一种用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是：所述LED二次柱面透镜为采用透明材料制成的轴对称实体，LED二次柱面透镜包含入射面、反射面和出射面，所述入射面位于LED二次柱面透镜下部并为曲面，所述反射面位于LED二次柱面透镜底面并为平面，所述出射面为曲面。
2.根据权利要求1所述的用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是：所述出射面采用光扩散型结构。
3.根据权利要求1或2所述的用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是：所述入射面采用光扩散型结构。
4.根据权利要求1或2所述的用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是：所述反射面采用光扩散型结构。
5.根据权利要求1或2所述的用于直下式背光光源的LED二次柱面透镜，其特征是：所述入射面和出射面沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑睿韬，郑睿敏，
申请(专利权)人：杭州奥通科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：