[发明专利]底面为曲面结构的二次透镜

说明书

技术领域

本发明涉及透镜结构，尤其涉及应用于大角度发光的发光装置，特别是采用点阵式背光源的背光模组中的底面为曲面结构的二次透镜。

背景技术

目前，平面显示器中所使用的液晶模组多采用TFT-LCD（薄膜场效应晶体管LCD）技术。TFT-LCD为非主动式发光显示，通常由白光背光模组（Backlight Module）提供均匀的系统亮度，再透过彩色滤光片（Color Filter）获得丰富的色彩显示。

如图1所示，现有的白光直下式背光模组包含光源及光学膜片组04。发光二极管03（LED）由于体积小、耗能少，因此成为液晶显示器背光模组使用的光源之一；LED03为朗伯分布光源，光源正上方的光斑较小，在背光模组的使用中需要较多的LED03。

如图2所示，目前已有在LED03上方增加一块二次透镜05，从而改变LED03的光分布，增加LED光的扩散角，降低混光强度。将设有二次透镜的LED03应用于直下式背光模组中，大大增加Film（薄膜）材04表面的光斑面积，有效降低LED03的使用数量，降低直下式背光模组的成本。

如图3所示，带二次透镜的直下式背光模组的工作原理为：光线A经过入光面011入射至出光面02时，部分光线反射至底面012，由底面012再反射回出光面02时光线朝向中心轴，引起中心轴附近光强较强，从而使光分布不均匀。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种使发出的光线更加均匀的背光模组点光源的底面为曲面结构的二次透镜。 

为达到上述目的，本发明的技术方案为：底面为曲面结构的二次透镜，其沿中心轴旋转对称，其包括底面和与底面连接的弧形出光面，其设于点光源上方，所述底面包括中部弧状凹形的入光面和与该弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面。 

所述入光面的高度大于其底面宽度，出光面的高度小于其底面的宽度；

当以中心轴为y轴，底面过中心轴的任意底线为x轴，x轴与y轴的交点为起始点时，

出光面过中心轴截面的曲线的点坐标(x,y)满足:x²+y²的值随|x|的增加而增加；

入光面过中心轴截面的曲线的点坐标(x,y)满足：x²+y²的值随|x|的增加而减小；

底面凹形曲面过中心轴截面的曲线的点坐标(x,y)满足：y先随着|x|增加而增加，当增大到底面凹形曲面的最高点后，y随|x|的增加而减少。

所述出光面中心设有一内凹面、平面或凸面。根据需求，将出光面中心形状与入光面配合，因入光面为弧状凹形，当二次透镜需要中心亮一点，则出光面中心采用凸面与入光面配合；当二次透镜需要中心暗一点，则出光面中心采用内凹面与入光面配合；若无特别的要求，则出光面中心采用平面与入光面配合。

所述底面的凹形曲面最高点距底面的距离H与凹形曲面最高点到中心轴的距离L的比值H/L<0.176；所述凹形曲面最高点到凹形曲面与入光面的连接点的垂直距离为L1, H/L1<0.34。

当二次透镜底面的凹形曲面最高点与底面的垂直高度H较高时可获得较好的扩散效果，但是H高度过高会引起部分光线折向中心轴，从而引起光分布不均匀，配光曲线会有一凸起。同时，由LED光源分布可知，发光角大于160度的光强已接近0，即，当θ（底面与中心轴的交点到凹形曲面最高点的直线与底面的夹角）<10 °时，由底面引入的光线向中心轴方向折射的影响小。所以，凹形曲面最高点与底面的垂直距离H与凹形曲面最高点距中心轴的垂直距离L的比值即H/L<arctan10°即H/L<0.176。

经底面反射的光线经底面的凹形曲面后会使光线折向中心轴，使中心变亮，进而使光源接收面的光分布不均匀。经实验发现，当H/L1值小于0.34时，此部分光线引起中心过亮的影响较小。所以，通过调整H和L1的值，即使H/L1 <0.34。

所述入光面与凹形曲面在底面的连接处为一圈水平面，这样不仅便于入光面与凹形曲面的连接处的加工，更便于底面与点光源的固定；所述出光面与凹形曲面在底面的连接处为一圈水平面，从而便于出光面与凹形曲面的连接处的加工。

所述出光面与底面在侧面的连接处为一圈竖直面，不仅便于加工出光面与凹形曲面的连接处，还有利于二次透镜的侧固定。

所述凹形曲面与入光面的连接点为底面的最低点，这样点光源发出的光线均通过入光面透出，光源利用率高。

所述凹形曲面与入光面的连接点高于底面的最低点。