[发明专利]大角度扩散的光学透镜

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大角度扩散的光学透镜。

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6。发光二极管4（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；LED4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LED4。

如图2所示，目前已有在LED4上方增加一块二次透镜05，从而改变LED4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LED4应用于直下式背光模组中，大大增加Film（薄膜）材6表面的光斑面积，有效降低LED4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3入射至出光面2时，部分光线反射至底面1，由底面1再反射回出光面2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。

目前已经有对二次透镜的底面结构进行改进的技术方案，如图4所示，专利申请号为CN201210227219.6，专利名称为《底面为曲面结构的二次透镜》的中国发明专利中，将底面设计成中部为弧状凹形的入光面3，两侧为与该弧状凹形入光面3连接的环状凹形曲面1，从而扩大光源的扩散角，减弱中心轴附近的光强。但采用以上结构时，对二次透镜的加工精度要求非常高，当精度偏差大于0.01mm时就会产生亮圈；并且由于底面反射光线较集中于中心轴附近，当中心曲面设计稍有偏差或加工精度略有偏差时，就极易在中心轴附近出现亮圈，使光分布不均匀。

如图5所示，采用图4中的结构，二次透镜与光源封装时，由于封装公差的影响，光源与二次透镜间存在一定的间隙，部分光线经过底面产生亮圈。

如图6所示，光源4与光学透镜封装时会产生一定的公差，当光源4发光面与光学透镜底面的间隙（gap）大于0时，将导致部分光线c经过底面1产生亮圈，所述亮圈如图7所示。

如图8所示，部分光线a经过入光面3时向外折射，经过出光面2时再次向外折射，达到光扩散的目的。部分光线b到达出光面2时发生反射，至底面1曲面时，由于底面1曲面结构的影响光线向外反射,可降低透镜中心轴附近的光强，并使中心轴附近光源接收面6上的光均匀分布。

而光源4与透镜封装时同样会产生一定的公差（gap），如图8所示,当光源4发光面与透镜底面1间隙（gap）大于0时，产生的现象与底面1为平面结构的透镜相似，即会导致部分光线c经过底面1产生亮圈如图9所示。

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加工精度要求低、光源扩散角大，可实现光分布均匀的大角度扩散的光学透镜。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：大角度扩散的光学透镜，其沿中心轴旋转对称，光学透镜设于光源上方，光学透镜中心与光源中心位于同一轴线上，所述光学透镜包括底面、与底面一端连接的弧形出光面和与底面另一端连接的中部弧状凹形的入光面，底面为与弧状凹形入光面连接的环状凹形曲面，所述底面的环状凹形曲面上设有光扩散结构。

采用以上结构，将光学透镜设于光源上方，便于达到光扩散的目的。

所述光学透镜为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)或玻璃等透光率较好的材料制品。

所述底面的环状凹形曲面上设置了光扩散结构，部分光线到达入光面时发生反射，反射至底面的环状凹形曲面上时，由于环状凹形曲面上的光扩散结构，使光线向外反射，降低透镜中心轴附近的光强，使中心轴附近的光源接收面上的光分布均匀。同时，即使光学透镜与光源在封装时，由于封装公差两者间存在间隙，环状凹形曲面上的光扩散结构也可以有效解决光源接收面由于实际封装而产生的亮圈问题。

所述底面的光扩散结构为连续分布的凸点结构或凹点结构。

所述凸点或凹点的半径小于0.5mm。

所述光扩散结构还可以为咬花结构；其咬花结构为沙纹图案结构、绸缎图案结构、皮革纹路结构或波浪状线条错开排列的纹路结构等光扩散结构。