底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜及系统
阅读：242发布：2023-02-02
专利汇可以提供底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及 背光 照明技术领域，具体指一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜。所述透镜包括入射面、出射面以及底部复合面，所述底部复合面的包含至少一个子复合面，所述每个子复合面包含至少两个次复合单元，所述次复合单元沿透镜本体中 心轴 方向剖开的剖面线上任意一点的法线与所述透镜本体的中心轴相交于透镜本体的下方；所述子复合面之间通过非工作面相连；所述次复合单元将经所述出射面的菲涅尔界面反射光线向偏离透镜本体中心轴的方向反射出去，有效的降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的中心小 角 度光线的堆积，且鳞片状的次复合单元将反射光线离散开了，重新组合形成新的光场，改善了出射光场的匀光性。，下面是底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜及系统专利的具体信息内容。
1.一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，包括透镜本体，其中所述透镜本体包括出射面、入射面和底部复合面；所述底部复合面位于所述透镜本体的底部，靠近透镜本体中心轴的一侧与所述入射面相连；所述入射面位于所述透镜本体的底部中心，向透镜本体顶部方向凹陷，凹陷处用于放置LED；其特征是：
所述底部复合面的包含至少一个子复合面，所述子复合面包括至少两个的次复合单元；
当所述次复合单元沿过透镜本体中心轴方向剖开时，次复合单元的剖面线上任意一点在剖面内的法线与所述透镜本体的中心轴相交于透镜本体的下方。
2.如权利要求1所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，所述LED出光面与入射面的底部齐平或者高于入射面的底部。
3.如权利要求1所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，所述底部复合面包含至少两个子复合面，所述子复合面之间通过非工作面相连；所述底部复合面的子复合面和非工作面构成锯齿状环带。
4.如权利要求1所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，所述次复合单元剖面线为直线或者曲线。
5.如权利要求4所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，所述次复合单元与所述透镜本体底面的夹角，沿靠近透镜本体中轴的方向依次增大。
6.如权利要求2所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，相邻子复合面上的次复合单元之间对齐排列或错开排列。
7.如权利要求2所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，所述子复合面中的次复合单元均匀排列。
8.如权利要求1至7之一所述的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，其特征是，所述次复合单元为毛面。
9.一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明系统，包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的直下式背光LED透镜，其特征在于，所述透镜为权利要求1至7之一所述的透镜。
底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜及系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及背光技术领域，具体指一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜及系统。
背景技术
[0002] 现在液晶电视用的LED背光照明以及LED面板灯等的背光照明方式和照明结构通常有两种：一种为将多颗LED放置在导光板的侧面（LED光轴与导光板侧面基本垂直），LED发出的光线经过导光板侧面进入到导光板中，在导光板中发生多次全反射和折射后，最终所有的光线经导光板的正面透射出来，通过精确控制导光板反射与折射的比例，可以在导光板正面形成均匀的出光面；这种方式常称之为侧入式照明方式。
[0003] 另外一种是将多颗LED光源放置在扩散板背面（本方法中LED光轴与扩散板背面基本垂直），为了将LED发出的光线均匀的照射在扩散板背面，需要在每个LED与扩散板之间放置一个二次配光透镜，配光透镜将LED发出的光线进行二次分配后，均匀的照射在扩散板的背面；这样光线经过扩散板背面进入到扩散板内部再一次扩散，从扩散板的正面出射出来，可以在扩散板正面形成均匀的出光面，这种方式常称之为直下式照明方式。
[0004] 上述两种照明方式相比较，形成同样的出光面积，侧入式的光线行进路径远大于直下式，侧入式的出光效率低下，所以采用侧入式的照明方式其能耗高、成本高。
[0005] 近年来随着显示器(例如平板电视显示器)用的LED背光照明以及LED面板灯等的产品的进一步应用和推广。对对应产品的节能要求和成本控制的需求也越来迫切；这样的背景下效率较低的传统侧入式照明方式逐步在被直下式照明方式取代。
[0006] 目前LED直下式背光照明的发展趋势为：在尽量增大LED之间的间距（主要是为了在同样的面积内减少LED数量）的前提下缩小从LED光源到扩散板的厚度（主要是为了减小系统体积），同时还要保证照射的均匀性。这对配光透镜提出了更高的要求。
[0007] 现有技术中，为了增大LED之间的间距，同时压缩LED与扩散板之间的距离，如图1所示，有的直下式系统采用反射式透镜对LED发出的光线进行二次分配，让相当部分的LED110发出的光线120通过透镜130反射到系统内腔上的反光层140上，然后再反射到扩散板上150。这种照明方式虽然可以减小空间高度，但是对反光层的特性依赖较大，同时对透镜的面型精度及安装精度以及反光层的平整层度等要求较高，因此较难实现均匀照明。
[0008] 现在也有的直下式系统采用折射式透镜对LED发出的光线进行二次分配，但很难在既要求大的LED间距且还要求在小的LED与扩散板之间距离的空间范围内实现均匀照明，主要是解决不了LED光源的正上方在扩散板上的光线堆积（光能密度分布高）问题。
[0009] 一个重要原因是光线在不同介质中传播时，光线通过界面时总是会存在着菲涅尔界面反射，而且入射角度越大的菲涅尔界面反射效应越明显。通常从光疏介质到光密介质传播时，入射角大于60°后其菲涅尔界面反射率将随着入射角的增加而上升；而从光密介质到光疏介质传输时菲涅尔界面反射则更加显著，入射角大于30°后其菲涅尔界面反射率将随着入射角的增加而急剧上升。
[0010] 从LED光源发出的光线经过入射面的折射后进入透镜本体，达到出射面时部分光线经出射面折射出去，而另外部分光线被界面反射到透镜内部，这部分反射光线经过透镜底面或者系统内腔反射面等多个面的多次反射与折射后，会在LED上方靠中间部分区域形成光线（照度）的集聚，严重影响了透镜出射光场的均匀性。
[0011] 参考图2中，由位于入射面下方的LED光源210发出进入透镜220的光线231在到达出射面223时会进行分离，成为折射光线232和菲涅尔反射光线233。通常折射光线232会携带大部分能量直接射到扩散板250，而菲涅尔反射光线233则会携带少部分能量反射回透镜内部，然后经透镜本体底部222或透镜本体底部下的物体反射后形成二次反射光线234，当二次反射光线234再次碰到出射面223时折射出透镜成为光线235，光线235行进一段路程后到达扩散板250。由光线行进路线可以看出光线235会在LED210上方靠中间部分区域集聚。由于光线231在到达出射面223时是由光密介质进入光疏介质，因此菲涅尔界面反射效应较为明显，存在较高的反射率，因此由于菲涅尔界面反射而造成的LED210上方靠中间部分区域光线（照度）集聚的现象较为显著。
[0012] 同时现有技术中的背光透镜底面往往是一个比较大的简单平面，所反射出来的光线所形成出射光场的匀光性有待改善。实用新型内容
[0013] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，能够减少菲涅尔界面反射率，减小出射光线在中心光场的堆积，提高出射光线的匀光性，在实现同样照度的前提下可以减少LED背光面板上的透镜的使用量同时还可以实现缩小从LED光源到扩散板的厚度，减小了系统的体积。
[0014] 为了实现上述技术效果，本实用新型采取如下技术方案：
[0015] 为了解决以上问题，本实用新型提出一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，包括透镜本体，其中所述透镜本体包括出射面、入射面和底部复合面；所述底部复合面位于所述透镜本体的底部，靠近透镜本体中心轴的一侧与所述入射面相连；所述入射面位于所述透镜本体的底部中心，向透镜本体顶部方向凹陷；所述底部复合面的包含至少一个子复合面，所述子复合面包含至少两个次复合单元（次复合单元如鳞片状分布在子复合面上）；当所述次复合单元沿过透镜本体中心轴方向剖开时，次复合单元的剖面线上任意一点在剖面内的法线与所述透镜本体的中心轴相交于透镜本体的下方；所述次复合单元将经所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线向偏离透镜本体中心轴的方向反射出去，有效的降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的中心小角度光线的堆积，增加了偏离透镜中心的光场的光强度，对出射光强进行更为合理的分配；这种鳞片式的复合面，将所反射的光线的光场进一步的分割，分割后的小光场进行重新组合，在不降低光线出射效率的前提下，进一步的提高了出射光场的匀光性。
[0016] 作为一种优选，所述次复合单元为平面（对应的剖面线为直线），平面的设计结构简单，方便加工和生产制造，降低了生产成本。
[0017] 作为一种优选，所述次复合单元为曲面（对应的剖面线为曲线），曲线的设计可以根据反射带的位置灵活调节次复合单元的面形，以达到最优的出光效果；同时曲面的设计，当光线经过相互离散的所述子复合面向远离透镜本体中心轴的方向反射时，对所反射的光线有进一步的分散作用，有利于提高出射光线的均光性。
[0018] 作为一种优选，所述次复合单元绕所述透镜本体的中心轴均匀分布于所述子复合面上，这样的均匀分布设计，透镜结构均匀对称，降低了制造成本。
[0019] 作为一种优选，相邻子复合面上的次复合单元之间的对齐排布，就像是延过透镜本体中心一条条分割线将子复合面依次分割形成。这样的整齐排列，方便加工和生产。
[0020] 作为一种优选，相邻子复合面上的次复合单元之间错开排布，这样分割形成的复合光场更加均匀。
[0021] 作为一种优选，所述底部复合面包含至少两个子复合面，所述子复合面之间通过非工作面相连；所述底部复合面的子复合面和非工作面构成锯齿状环带；本锯齿结构可以节约空间，可以在较小的底部空间内，很好的解决子复合面的设置问题，减小透镜的厚度，压缩透镜的体积，很好的实现了将菲涅尔界面反射光线朝着偏离透镜本体中心轴的方向反射出去的技术效果。
[0022] 此外，进一步配合LED出光面与入射面的底部齐平或者高于入射面底部，这样可以使得本透镜所使用光源所发出的光线全部经过入射面后的折射后进入透镜本体，减少光线的损失或者光线从其他面进入透镜本体所引起窜扰，提高了光源的光能利用率。
[0023] 作为一种优选，为了进一步提高出射光场的匀光性，将子复合面设置为毛面；或者将子复合面进行雾化处理，这样经过子复合面所反射的光线的主方向没有发生改变，还是朝着设计远离所述透镜本体中心轴的方向反射，不过反射光线的匀光性得到进一步改善，有利于改善由子复合面反射的菲涅耳反射光线的规律性二次反射而造成的在扩散板上的不均匀现象。
[0024] 进一步的，将非工作面设置为毛面；或者将非工作面进行雾化处理，将非工作面进行雾化处理或者设置为毛面的好处在于，可以尽量避免由于部分反射光照射到非工作面所引起的不利反射，毛面的设计，可以将这部分光变成漫反射，减弱这部分光的主体方向的光强度。
[0025] 本专利进一步提供一种背光照明系统，包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的直下式背光LED透镜，所述透镜为上述透镜。这样的系统可以在同样的出光面积内以及同样照度均匀性的前提下，实现增大LED光源之间的距离，减少LED数量，并缩短LED光源与扩散板之间的距离，使得直下式LED背光照明系统的成本下降，体积缩小。
[0026] 本发明还提供一种电视，包括背光照明系统，所述背光照明系统包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的直下式背光LED透镜，所述透镜为本底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜。
[0027] 本实用新型具有如下有益效果： 本实用新型中的底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，的透镜本体的底面包括底部复合面，所述底部复合面的包含至少一个子复合面，透镜的所述子复合面包含至少2个次复合单元；当所述次复合单元沿过透镜本体中心轴方向剖开时，次复合单元的剖面线上任意一点在剖面内的法线与所述透镜本体的中心轴相交于透镜本体的下方；所述次复合单元将经所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线向偏离透镜本体中心轴的方向反射出去，有效的降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的中心小角度光线的堆积，增加了偏离透镜中心的光场的光强度，对出射光强进行更为合理的分配；次复合单元如鳞片状分布在子复合面上；这种鳞片式的复合面，每个次复合单元之间相互离散，将所反射的光线的光场进一步的分割，分割后的小光场，进行重新组合，在不降低光线出射效率的前提下，进一步的提高了出射光场的匀光性。附图说明
[0028] 图1是现有技术中反射式背光透镜系统示意图。
[0029] 图2是现有技术中折射式背光透镜的系统示意图。
[0030] 图3是新型直下式LED背光照明用配光透镜外观立体及半剖结构图。
[0031] 图4是图3的剖面局部放大示意图。
[0032] 图5是图3的剖面示意图。
[0033] 图6是实施例1的立体结构示意图。
[0034] 图7是实施例1的剖面示意图。
[0035] 图8是实施例1的仰视图。
[0036] 图9是实施例2的立体结构示意图。
[0037] 图10是实施例2的剖面示意图。
[0038] 图11是实施例2的仰视图。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图及实施例，详细描述本实用新型的技术方案。
[0040] 本实用新型提供一种底面为鳞片状的直下式LED背光照明用配光透镜，能够减少菲涅尔界面反射率，减小出射光线在中心光场的堆积，提高出射光场的匀光性，在实现同样照度的前提下可以减少LED背光面板上的透镜的使用量，缩小从LED光源到扩散板的厚度，减小了系统的体积。
[0041] 为了实现上述技术效果，本实用新型采取如下技术方案：
[0042] 为了解决以上问题，本实用新型提出一种新型直下式LED背光照明用配光透镜，如图3、图4和图5所示，包括透镜本体300，其中所述透镜本体300包括出射面302、入射面301和底部复合面303；所述出射面302、入射面301和底部复合面303均与透镜本体300同轴；
[0043] 其中所述出射面302位于所述透镜本体300的外表面，所述出射面300的底部与所述透镜本体300的底部复合面303相连（也可以经过侧面304与底部复合面303相连）；
[0044] 所述底部复合面位于所述透镜本体303的底部，靠近透镜本体300中心轴的一侧与所述入射面301相连；
[0045] 所述入射面301位于所述透镜本体300的底部中心，向透镜本体300顶部方向凹陷。
[0046] 进一步的，所述底部复合面303的包含至少一个子复合面303-1，所述子复合面包含至少2个次复合单元303-1-1（次复合单元如鳞片状分布在子复合面上，如图6、7、8、9、10和图11所示）；所述次复合单元沿过透镜本体中心轴的剖面剖开，所形成的剖面线上任意一点的法线FF’在剖面内与透镜本体中心轴OO’向交于透镜本体的下方(如图5所示)，所述次复合单元303-1-1将经所述出射面所反射的菲涅尔界面反射光线向偏离透镜本体中心轴的方向反射出去，这样有效的降低了由于菲涅尔界面反射光线所引起的中心小角度光线的堆积，增加了偏离透镜中心的光场的强度，整体上提高了-90°到90°出射光场的匀光性；同时这种鳞片式的复合面，将所反射的光线的光场进行进一步的分割，分割后的小光场进行重新组合，在不降低光线出射效率的前提下，进一步的提高了出射光场的匀光性。
[0047] 作为一种优选，所述次复合单元为平面（对应的剖面线为直线），平面的设计结构简单，方便加工和生产制造，降低了生产成本。
[0048] 作为一种优选，所述次复合单元为曲面（对应的剖面线为曲线），曲面的设计，当光线经过相互离散的所述子复合面向远离透镜本体中心轴的方向反射时，对所反射的光线有进一步的分散作用，有利于提高出射光线的均光性。
[0049] 作为一种优选，相邻子复合面上的次复合单元之间的对齐排布，就像是延过透镜本体中心一条条分割线将子复合面依次分割形成。这样的整齐排列，方便加工和生产。
[0050] 作为一种优选，相邻子复合面上的次复合单元之间错开排布，这样分割形成的复合光场更加均匀。
[0051] 作为一种优选，所述底部复合面包含至少两个子复合面303-1，所述子复合303-1面之间通过非工作面303-2相连；所述底部复合面303经过所述透镜本体中心轴的剖面，所剖开形成的剖面线为锯齿状（如图3、图4和图5 所示）；从整体来看，底部复合面形成环带结构。
[0052] 作为一种优选，为了进一步提高出射光场的匀光性，将子复合面设置为毛面；或者将子复合面进行雾化处理，这样经过子复合面所反射的光主体的方向没有发生改变，还是朝着尽量远离所述透镜本体中心轴的方向反射，有利于改善次复合单元的规律性二次反射而造成的在扩散板上光线分布不均匀的现象。
[0053] 进一步的，将非工作面设置为毛面；或者将非工作面进行雾化处理，将非工作面进行雾化处理或者设置为毛面的好处在于，可以尽量避免由于部分反射光照射到非工作面所引起的不利反射，毛面的设计，可以将这部分光变成漫反射，减弱这部分光的主体方向的光强度。
[0054] 提供一种基于上述透镜的直下式LED背光照明系统，包括设置在PCB板的LED光源以及安装在LED光源上方以实现二次配光的本直下式背光LED透镜。这样的系统可以实现在同样的出光面积内以及在扩散板上同样照度均匀性的前提下，增大LED光源之间的距离，减少LED数量，并缩短LED光源与扩散板之间的距离，使得直下式LED背光照明系统的成本下降，体积缩小。
[0055] 进一步的，所述系统还包括扩散板，所述扩散板设置在所述透镜的前方。所述扩散板的应用能够更进一步将PCB板上LED光源所发出的光更好，更均匀的扩散到出光面。
[0056] 进一步的，所述系统还包括反射层，所述反射层位于所述PCB板的前方与所述PCB板紧密贴合；使用本实用新型中折射式二次配光透镜对反射层的依赖程度很低，但是反射层的使用可以实现更好的出光效果。
[0058] 实施例1
[0059] 本实施例中的背光透镜包含的底部复合面包含6个子复合面，所述底部复合面的剖面线为锯齿状，所述底部复合面的剖面线的锯齿根部位于曲线上，该曲线上任意一点越靠近透镜本体中心轴其距离透镜底面的距离越大；所述子复合面的剖面线为直线结构，且所述子复合面为越靠近透镜本体边缘越稠密的排列方式，不仅如此本实施例中的每个子复合面中包括60个次复合单元，且每层子复合面上的次复合单元之间相互对齐；对齐排列的次复合单元，使的透镜在结构上，整齐规整，便于加工制造。如图6、图7和图8所示，（其中，图7是本实施例的立体示意图，图7为本实施例的剖面示意图，图8是本实施例的仰视示意图），本实施例其余结构以及工作原理与上述具体实施方式相同，在此不在赘述。
[0060] 实施例2
[0061] 本实施例中的背光透镜包含的底部复合面包含6个子复合面，所述底部复合面的剖面线为锯齿状，所述底部复合面的剖面线的锯齿根部位于曲线上，该曲线上任意一点越靠近透镜本体中心轴其距离透镜底面的距离越大；所述子复合面的剖面线为直线结构，且所述子复合面为越靠近透镜本体边缘越稠密的排列方式，不仅如此本实施例中的每个子复合面中包括60个次复合单元，且每层子复合面上的次复合单元之间相互错开，相互错开的次复合单元，能够达到更好的匀光效果。如图9、图10和图11所示，（其中图9是本实施例的立体结构示意图.图10为本实施例的剖面结构示意图，图11是本实施例的仰视图），本实施例其余结构以及工作原理与上述具体实施方式相同，在此不在赘述。
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