CN108064357A - 背光模组透镜及其构成的背光模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种背光模组透镜，包括整体上呈立方体结构基底，所述的基底具有正方形的底面、正方形的顶面以及侧面，所述的底面的中心向上凹陷形成入光面，所述的顶面向上***形成主出光面，所述的主出光面包括四个自由曲面拼接而成，四个所述的自由曲面具有结合中心点并且绕该结合中心点中心对称，该结合中心点向下朝向入光面凹陷并且与入光面的中心点位于同一中心线上，其中，所述的基底的底面尺寸小于顶面尺寸使所述的侧面朝向内侧倾斜θ1角以形成辅出光面。本发明的背光模组透镜可以输出边缘清晰的方形光斑，可以实现投射区域内照度分布均匀，当组合为阵列时整体照明效果卓越。

Description

背光模组透镜及其构成的背光模组
技术领域
本发明涉及一种将点光源转换成为面光源的光学透镜，适用于普通照明尤其是背光技术领域。
背景技术
随着大尺寸液晶电视技术的发展，液晶电视的背光源需要大量的LED排布成阵列对液晶面板进行照明，每颗LED芯片前设置有一个透镜，通过透镜对从LED出来的光进行二次配光，以减少背光模组厚度及LED的使用量，同时满足液晶的背光源对辉度及均一性的要求。目前市场上的LED透镜，其光学结构部分俯视图投影的***轮廓大都为圆形，其光学结构部分形状大都为旋转对称形式，因此现有直下式液晶电视LED透镜光斑都为圆形，而光液晶电视显示屏一般都为方形，采用矩形光斑分布的LED透镜将更为合理，如何将每颗透镜的光斑调整为规整的方形是需要解决的技术问题。
本申请人于2013年3月25日申请的一项专利号为ZL201310095608.2的发明专利，公开了一种用于直下式液晶背光的LED 透镜，透镜是由透明材料制成的实体，包括底面、围绕底面在竖直方向延伸的内曲面以及外曲面，内曲面四周向上凹陷形成第一光学曲面，第一光学曲面为光入射面，外曲面包括四个四周沿底面向上延伸的相拼接而成的第二光学曲面，第二光学曲面为光折射面，每个第二光学曲面包括沿底面向上延伸的侧面、沿侧面向上凸起的上凸面、沿上凸面向中心凹陷的上凹面。该发明虽然解决了现有技术中的问题，能够在扩散板上形成一个均匀照度的矩形或椭圆形光斑，但是依然无法解决当LED构成阵列时各个发光单元之间的调光问题。
近年来大尺寸液晶显示技术将呈多元化发展趋势，4K、曲面、量子点、无边框等面板需求将会迎来高增长。伴随着消费升级和大尺寸化趋势，8K面板将步入市场。以75英寸为例，4K面板像素密集度仅为59ppi，若提升至8K则PPI可提升至110以上，显示画面细腻度将大幅提升。
另外， HDR是英文“High Dynamatic Range”高动态范围的缩写，是指显示效果更接近人眼看到的真实色彩，实现更高的亮度和更宽的色域，HDR技术带来的画质提升是直观可感的，即使是普通观众也能用肉眼辨别，因此今年众多厂商纷纷在电视产品上搭载HDR技术。根据Dolby Vision以及UHD Lines的标准,要实现Real HDR必须满足动态对比度、色域以及Peak Brightness的相关条件。以目前技术水平来看，动态范围最高可达到1500nits，最低仅为0.05nit。HDR技术的解决方案主要有以下形式：从硬件来看，首先是背光分区独立控制；另外背光源要采用高色域方案，如Red 采用新的荧光粉或使用量子点背光方案。除了硬件显示方面达到HDR的标准外，信号处理也是必不可少的，这就要求芯片必须支持HDR解码。当然，实现真正的HDR，从片源的制作，编码解码，传输以及最终的显示，所有的这些环节均需要技术的革新和突破。
在电视市场，因受面板价格波动的影响，电视整机厂商长期面临着严峻的获利挑战，而这项技术将给用户带来更真实的画质体验，也有利于提升获利。随着产业链相关技术的逐步成熟和突破，技术也呈现多元化，面板厂商尝试通过了LED局部调光技术（LED localdimming）和Tcon算法两种方式来实现HDR，可以预见未来几年HDR电视也将会迎来快速增长。LED局部调光技术（LED local dimming）的原理是通过单独控制LED芯片的发光状态来实现高对比度，然而如何提供一种全新的背光模组透镜，来匹配这种具有不同发光状态的LED芯片（例如具有不同光强，或者具有不同的出射角度等），是本发明要解决的另一个技术问题，这一点对于本业界具有重大的技术意义。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种组合后照明均匀的背光模组透镜。
为了达到以上目的，本发明提供了一种背光模组透镜，包括整体上呈立方体结构基底，所述的基底具有正方形的底面、正方形的顶面以及侧面，所述的底面的中心向上凹陷形成入光面，所述的顶面向上***形成主出光面，所述的主出光面包括四个自由曲面拼接而成，四个所述的自由曲面具有结合中心点并且绕该结合中心点中心对称，该结合中心点向下朝向入光面凹陷并且与入光面的中心点位于同一中心线上，其中，所述的基底的底面尺寸小于顶面尺寸使所述的侧面朝向内侧倾斜θ1角以形成辅出光面。
作为本发明进一步的改进，所述的底面上设置有定位柱。
作为本发明进一步的改进，所述的主出光面和辅出光面上涂覆反射镀膜。
作为本发明进一步的改进，所述的θ1角处于1-15°范围内。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光模组透镜，包括整体上呈立方体结构基底，所述的基底具有圆角方形的底面、圆角方形的顶面以及侧面，所述的底面的中心向上凹陷形成入光面，所述的顶面向上***形成主出光面，所述的主出光面包括四个自由曲面拼接而成，四个所述的自由曲面具有结合中心点并且绕该结合中心点中心对称，该结合中心点向下朝向入光面凹陷并且与入光面的中心点位于同一中心线上，其中，所述的基底的底面尺寸小于顶面尺寸，使对应于直边处的侧面朝向内侧倾斜θ1角形成第一辅出光面、对应于圆角处的侧面朝向内侧倾斜θ2角形成第二辅出光面。
作为本发明进一步的改进，所述的θ1和θ2角处于1-15°范围内。
作为本发明进一步的改进，所述的θ2角大于θ1角。
作为本发明进一步的改进，所述的基底的顶面和底面的圆角处曲率半径为0.1mm至6mm。
作为本发明进一步的改进，所述的主出光面、第一辅出光面和第二辅出光面上涂覆反射镀膜。
根据本发明的另一方面，提供了一种背光模组，包括复数个如上所述的背光模组透镜排布成阵列，每个背光模组透镜的入光面处设置有LED芯片。
本发明的光效图在边缘位置周围会有一定的余光，当应用于背光模组时，复数个背光模组透镜排布成阵列，每颗透镜之间并非紧密排列可能会存在间隙，而所产生的余光可以消除间隙所带来的暗区或亮区，保证结合位置处不会形成黑边或亮线以位置使整体光效分布均匀。
附图说明
附图1为根据本发明的背光模组透镜的实施例一的立体示意图；
附图2为根据本发明的背光模组透镜的实施例一的主视示意图；
附图3为附图2中沿A-A的剖视图；
附图4为实施例一的照明效果光效测试图；
附图5为根据本发明的背光模组透镜的实施例二的立体示意图；
附图6为根据本发明的背光模组透镜的实施例二的主视示意图；
附图7为附图6中沿A-A的剖视图；
附图8为附图6中沿B-B的剖视图；
附图9为水平方向的光学原理图；
附图10为实施例二的照明效果光效测试图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
参见各附图1至附图4所示，本实施例中的背光模组透镜由玻璃或光学树脂材料制成。基底1整体上呈立方体结构，基底1具有正方形的底面2、正方形的顶面3以及侧面4，底面2上设置有定位柱10用于安装定位，底面1的中心向上凹陷形成入光面5。
顶面3向上***形成主出光面6，主出光面6包括四个自由曲面7拼接而成，四个自由曲面7具有结合中心点8并且绕该结合中心点8中心对称，该结合中心点8向下朝向入光面5凹陷并且与入光面5的中心点位于同一中心线上，其中，基底1的底面2尺寸小于顶面3尺寸使侧面朝向内侧倾斜θ1角以形成辅出光面9。优选的，主出光面6和辅出光面9上可以涂覆反射镀膜。
结合附图3与附图4，本发明的原理是主出光面6起到将入射光均匀投射至正方形投射面的中间区域，而大角度的入射光通过辅出光面9被利用以投射在正方形投射面的边缘位置，否则这些大角度入射光将被垂直的侧面反射浪费，需要说明的是，该倾斜角θ1通常在1-15°范围之间，由于透镜是一体注塑成型，因此内倾的倾斜角有助于拔模过程的实现。
当应用于背光模组时，复数个背光模组透镜排布成阵列，每个背光模组透镜的入光面5处设置有LED芯片11。由于每个背光模组透镜可以输出边缘清晰的方形光斑，当组合为阵列时整体照明效果卓越。
实施例二
参见各附图5至附图8所示，本实施例中的背光模组透镜由玻璃或光学树脂材料制成。基底1整体上呈立方体结构，基底1具有圆角方形的底面2、圆角方形的顶面3以及侧面4，顶面和底面的圆角处曲率半径为0.1mm至6mm，底面2上设置有定位柱10用于安装定位，底面1的中心向上凹陷形成入光面5。
顶面3向上***形成主出光面6，主出光面6包括四个自由曲面7拼接而成，四个自由曲面7具有结合中心点8并且绕该结合中心点8中心对称，该结合中心点8向下朝向入光面5凹陷并且与入光面5的中心点位于同一中心线上，其中，基底1的底面2尺寸小于顶面3尺寸，使对应于直边处的侧面朝向内侧倾斜θ1角形成第一辅出光面12、对应于圆角处的侧面朝向内侧倾斜θ2角形成第二辅出光面13，并且θ2角大于θ1角。优选的，主出光面6和第一辅出光面12、第二辅出光面13上可以涂覆反射镀膜。
结合附图7至附图10，本发明的原理是：1、在竖直面内，主出光面6起到将入射光均匀投射至正方形投射面的中间区域，而大角度的入射光通过第一辅出光面12被利用以投射在正方形投射面的边缘位置，否则这些大角度入射光将被垂直的侧面反射浪费，由于第二辅出光面13的倾角略大，从而实现将角落处的光线向周围扩散的现象。需要说明，该倾斜角θ1和θ2通常在1-15°范围之间，由于透镜是一体注塑成型，因此内倾的倾斜角还有助于拔模过程的额外效果。2、在水平面内，在直角的情况下，原本角落位置的入射光线会被沿a方向被全反射，当设计为圆角情况下，例如本实施例中采用曲率半径为3mm的情况，入射光线被沿b方向出射，进一步增强了角落位置的光线分布。具体的讲，此处圆角的曲率越大对应处出光越多，曲率越小对应角处出光越少，具体的曲率半径会根据设计方案的调整而变化，另外，该位置的圆角适合制造安装过程中机械手臂的夹取。
当应用于背光模组时，复数个背光模组透镜排布成阵列，每个背光模组透镜的入光面5处设置有LED芯片11。由于每个背光模组透镜可以输出边缘清晰的方形光斑，当组合为阵列时整体照明效果卓越；尤其是，当多个透镜阵列排布时，例如以四个单体构成的四宫格为例，会造成中心点处呈现暗区现象，而将本实施的透镜组合为阵列时，角落处扩散的光线可以消除该暗区现象，呈现整体上的照度均匀分布，因此相较于实施例一中的结构，效果更佳。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种背光模组透镜，其特征在于：包括整体上呈立方体结构基底，所述的基底具有正方形的底面、正方形的顶面以及侧面，所述的底面的中心向上凹陷形成入光面，所述的顶面向上***形成主出光面，所述的主出光面包括四个自由曲面拼接而成，四个所述的自由曲面具有结合中心点并且绕该结合中心点中心对称，该结合中心点向下朝向入光面凹陷并且与入光面的中心点位于同一中心线上，其中，所述的基底的底面尺寸小于顶面尺寸使所述的侧面朝向内侧倾斜θ1角以形成辅出光面。
2.根据权利要求1所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的底面上设置有定位柱。
3.根据权利要求1所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的主出光面和辅出光面上涂覆反射镀膜。
4.如权利要求1所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的θ1角处于1-15°范围内。
5.一种背光模组透镜，其特征在于：包括整体上呈立方体结构基底，所述的基底具有圆角方形的底面、圆角方形的顶面以及侧面，所述的底面的中心向上凹陷形成入光面，所述的顶面向上***形成主出光面，所述的主出光面包括四个自由曲面拼接而成，四个所述的自由曲面具有结合中心点并且绕该结合中心点中心对称，该结合中心点向下朝向入光面凹陷并且与入光面的中心点位于同一中心线上，其中，所述的基底的底面尺寸小于顶面尺寸，使对应于直边处的侧面朝向内侧倾斜θ1角形成第一辅出光面、对应于圆角处的侧面朝向内侧倾斜θ2角形成第二辅出光面。
6.根据权利要求5所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的θ1和θ2角处于1-15°范围内。
7.根据权利要求5所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的θ2角大于θ1角。
8.根据权利要求5所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的基底的顶面和底面的圆角处曲率半径为0.1mm至6mm。
9.如权利要求5所述的背光模组透镜，其特征在于：所述的主出光面、第一辅出光面和第二辅出光面上涂覆反射镀膜。
10.一种背光模组，其特征在于：包括复数个如权利要求1至9任一所述的背光模组透镜排布成阵列，每个背光模组透镜的入光面处设置有LED芯片。
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