光学透镜及使用其的背光模组的制作方法
【专利摘要】本实用新型关于一种光学透镜及使用其的背光模组，光学透镜具有透镜本体，透镜本体的底部凹设形成容置空间，容置空间供发光源容置于其中，构成容置空间的侧壁为入光面，入光面由外凸弧面和内凹弧面交错排列且首尾相接形成，其中外凸弧面和内凹弧面的个数均为四个，且外凸弧面的半径大于内凹弧面的半径，发光源发出的光线经透镜本体投射至一目标投射面而呈现正方形光形。本实用新型通过四个外凸弧面与四个内凹弧面的交错排列且首尾相接形成光学透镜的入光面，使得发光源发出的光线经过光学透镜投射至目标投射面而呈现正方形光形，提高了背光模组的光线均匀度及光学品味。
【专利说明】光学透镜及使用其的背光模组
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光学透镜及使用其的背光模组，尤其是一种可投射出正方形光形的光学透镜及使用其的背光模组。
【背景技术】
[0002]目前，由于液晶显示装置具有电功耗低、轻薄短小和低电压驱动等优点，其已广泛应用在掌上计算机和手机等移动通讯产品的显示屏幕中。由于液晶显示面板本身不具有自发光功能，故需加装背光模组以提供显示面板所需的显示光源，如此一来，背光模组产生的面光源是否具备足够且均匀的亮度将直接影响液晶显示装置的显示质量。目前，背光模组依其结构可分为侧光式及直下式两种，其中，直下式背光模组因其具有高光照均匀度、良好的出光视角、高光能利用率、简易的组装结构及可快速微调画面区域明暗以大幅提升动态对比度等特点而广泛应用于大尺寸液晶显示器中。
[0003]现有背光模组一般采用LED作为其发光源，LED具有发光效率高、寿命长及耗电量低等特性。习知直下式背光模组通过矩阵排列的方式将复数个LED光源及复数个光学透镜装设于基板上，并以适当距离将扩散板(Diffusion Plate)覆盖于该些光学透镜的出光面上，用于均匀分散该些LED光源所发射光的光径，即混光后投射至液晶显示面板上而提供亮度均匀的面光源。
[0004]请参考图1，图1为习知直下式背光模组于扩散板上的投射光形的示意图，复数个LED光源经对应的复数个光学透镜后，于该扩散板上分别形成复数个圆形光形1，该复数个圆形光形I的组合构成背光模组需求的光照范围。由于该复数个圆形光形I间的邻接处形成有照明区域相互交集的亮部10及无照明区域的暗部11，如此一来，相互交错的亮部10及无照明区域的暗部11将影响背光模块的光照均匀度并降低混光效果。液晶显示装置变换画面中亮暗区域时将影响邻近画面区域的灰阶层次而造成微模糊现象，继而降低了画面影像的清晰度及饱和度。
实用新型内容
[0005]为了解决上述问题，本实用新型提出一种光学透镜及使用其的背光模组，发光源发出的光线经过光学透镜后投射至一目标投射面的光形为正方形，从而改善光照均匀度及混光效果。
[0006]为了达到上述目的，本使用新型提出一种光学透镜，该光学透镜具有透镜本体，该透镜本体的底部内凹形成容置空间，该容置空间供发光源容置于其中，构成该容置空间的侧壁为入光面，该入光面由外凸弧面和内凹弧面交错排列且首尾相接形成，其中该外凸弧面和该内凹弧面的个数均为四个，且该外凸弧面的半径大于该内凹弧面的半径，该发光源发出的光线经该透镜本体投射至一目标投射面而呈现正方形光形。
[0007]作为可选的技术方案，该外凸弧面小于或等于半圆弧面；内凹弧面小于或等于1/4圆弧面。[0008]作为可选的技术方案，该透镜本体的顶部设有出光面，该出光面的中心部位向下凹陷而形成凹部。
[0009]作为可选的技术方案，该透镜本体的该底部的相对该顶部的表面上设有复数个微结构，该复数个微结构用于将自该出光面反射回该透镜本体内的光线反射回该出光面。
[0010]作为可选的技术方案，该容置空间为对称空间。
[0011]作为可选的技术方案，该出光面对应该内凹弧面处的光强大于该出光面对应该外凸弧面处的光强。
[0012]作为可选的技术方案，与同一个该内凹弧面相邻的两个该内凹弧面的中心线的连线对应正方形光形的对角线。
[0013]作为可选的技术方案，该发光源设置于基板上，该光学透镜包含至少 ^合部，该卡合部设置于该透镜本体的该底部，该光学透镜通过该卡合部与该基板固定连接。
[0014]本实用新型的光学透镜，通过四个外凸弧面与四个内凹弧面的交错排列且首尾相接形成光学透镜的入光面，使得发光源发出的光线经过光学透镜投射至目标投射面而呈现正方形光形，改善了光照均匀度及混光效果，提高了使用本实用新型的光学透镜的背光模组的光线均匀度及光学品味。
[0015]此外，本实用新型还提出一种背光模组，该该背光模组包含发光源和光学透镜，该光学透镜具有透镜本体，该透镜本体的底部内凹形成容置空间，该容置空间供发光源容置于其中，构成该容置空间的侧壁为入光面，该入光面由外凸弧面和内凹弧面交错排列且首尾相接形成，其中该外 凸弧面和该内凹弧面的个数均为四个，且该外凸弧面的半径大于该内凹弧面的半径，该发光源发出的光线经该透镜本体投射至一目标投射面而呈现正方形光形。
[0016]作为可选的技术方案，该外凸弧面小于或等于半圆弧面；内凹弧面小于或等于1/4圆弧面。
[0017]作为可选的技术方案，该透镜本体的顶部设有出光面，该出光面的中心部位向下凹陷而形成凹部。
[0018]作为可选的技术方案，该透镜本体的该底部的相对该顶部的表面上设有复数个微结构，该复数个微结构用于将自该出光面反射回该透镜本体内的光线反射回该出光面。
[0019]作为可选的技术方案，该容置空间为对称空间。
[0020]作为可选的技术方案，该出光面对应该内凹弧面处的光强大于该出光面对应该外凸弧面处的光强。
[0021]作为可选的技术方案，与同一个该内凹弧面相邻的两个该内凹弧面的中心线的连线对应正方形光形的对角线。
[0022]作为可选的技术方案，该发光源设置于基板上，该光学透镜包含至少 ^合部，该卡合部设置于该透镜本体的该底部，该光学透镜通过该卡合部与该基板固定连接。
[0023]作为可选的技术方案，该背光模组还包含扩散板，该扩散板位于该光学透镜之上，该发光源发出的光线经过该光学透镜后投射向该扩散板。
[0024]本实用新型的背光模组，通过四个外凸弧面与四个内凹弧面的交错排列且首尾相接形成光学透镜的入光面，使得发光源发出的光线经过光学透镜投射至目标投射面而呈现正方形光形，改善了光照均匀度及混光效果，提高了背光模组的光线均匀度及光学品味，改善了使用本实用新型背光模组的液晶显示装置的画面色彩饱和度及清晰度，满足了消费者于视讯娱乐上的需求。
[0025]以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为习知直下式背光模组于扩散板上的投射光形的示意图；
[0027]图2A为本实用新型的光学透镜的立体示意图；
[0028]图2B为图2A中沿剖线AA的剖面示意图；
[0029]图2C为图2A中沿剖线BB的剖面示意图；
[0030]图2D为图2A中光学透镜的俯视图；
[0031]图3A为本实用新型中光线经过光学透镜投射至一目标投影面的立体示意图；
[0032]图3B中正方形光形与弧面的对应关系的示意图；
[0033]图4A为图3B中第一直线所在C面的配光曲线图；
[0034]图4B为图3B中第二直线所在C面的配光曲线图；
[0035]图5为本实用新型的背光模组的局部立体示意图；
[0036]图6为图5中扩散板上的投射光形不意图；
[0037]图7为本实用新型的光学透镜另一实施例的立体示意图。
【具体实施方式】
[0038]请参考图2A、图2B、图2C、图2D及图3A，图2A为本实用新型的光学透镜的立体示意图，图2B为图2A中沿剖线AA的剖面示意图，图2C为图2A中沿剖线BB的剖面示意图，图2D为图2A中光学透镜的俯视图，图3A为本实用新型中光线经过光学透镜投射至一目标投影面的立体示意图。
[0039]光学透镜100具有透镜本体110，透镜本体110的底部160内凹以形成容置空间130，容置空间130供发光源200容置于其中，构成容置空间130的侧壁为入光面150，入光面150由外凸弧面141和内凹弧面142交错排列且首尾相接形成，其中外凸弧面141和内凹弧面142的个数均为四个，且外凸弧面141的半径大于内凹弧面142的半径，发光源200发出的光线经透镜本体110投射至一目标投射面300而呈现正方形光形。
[0040]如图2A所示，容置空间130位于透镜本体110底部160的中心位置，且容置空间130为对称空间，本实施例中，容置空间160为一类似圆锥状的空间结构，且容置空间160自其底部至顶部逐渐变窄，但本发明并不以此为限。入光面150由外凸弧面141和内凹弧面142形成，本实施例中，外凸弧面141及内凹弧面142均为对称结构，实际操作中，外凸弧面141 一般小于或等于半圆弧面，内凹弧面142小于或等于1/4圆弧面。
[0041]如图2B、图2C及图3A所示，透镜本体110的顶部120设有出光面121，出光面121的中心部位122向下凹陷而形成凹部，藉由凹点反射发光源200投射至出光面121中心部位的光线，调整部分光线路径并重新分配发光源200的光线分布，使得发光源200投射至目标投射面300上的光线更加均匀。
[0042]如图2D及图3A所示，发光源200设置于基板400上，光学透镜100包含三个卡合部170，卡合部170呈等距排列的方式设置于透镜本体110的底部160靠近光学透镜100边缘的位置，光学透镜100通过卡合部170与基板400固定连接。由于卡合部170等距排列，可提供光学透镜100稳定的支撑力，使得光学透镜100的性能更加稳定。实际操作中，使用者可自行选择卡合部170的数量及样式，只要满足光学透镜100与基板400固定连接即可。
[0043]如图2B及图3A所示，剖线AA为与同一内凹弧面142相邻的两个内凹弧面142的中心线的连线于光学透镜100的底部160上的投影，光线L2表示发光源200发出的光线经过内凹弧面142折射进入透镜本体110内部，再从出光面121射出透镜本体110的光线。
[0044]如图2C及图3A所示，剖线B B为与同一外凸弧面141相邻的两个外凸弧面141的中心线的连线于光学透镜100的底部160上的投影，光线LI表示发光源200发出的光线经过外凸弧面141折射进入透镜本体110内部，再从出光面121射出透镜本体110的光线。
[0045]对比图2B及图2C可知，入射角度相同的光线自外凸弧面141及内凹弧面142进入光学透镜100内部后，经过两次光学折射后再射出光学透镜100，其中，相较自外凸弧面141进入光学内部后射出光学透镜100的光线LI，自内凹弧面142进入光学内部后射出光学透镜100的光线L2具有较大的折射角；又由于内凹弧面142的设置，使得出光面121对应内凹弧面142处的光线相较外凸弧面141处的光线更多，故可在目标投射面300上投射出一个正方形的亮区，即正方形光形。
[0046]请参考图3B，图3B中正方形光形与弧面的对应关系的示意图。为了方便说明，图3B中仅绘示了正方形光形180、外凸弧面141及内凹弧面142于光学透镜100底部160上的投影。由图3B可以看出，与同一个内凹弧面142相邻的两个内凹弧面142的中心连线对应正方形光形的对角线，即正方形光形180的对角线181 (或称为第一直线181)与内凹弧面142的中心连线重合。正方形光形180的第二直线182和与同一个外凸弧面141相邻的两个外凸弧面141的中心连线对应。
[0047]请参考图4A及图4B，图4A为图3B中第一直线所在C面的配光曲线图；图4B为图3B中第二直线所在C面的配光曲线图。由图4A及图4B可知，第一直线181所在C面的光强大于第二直线182所在C面的光强。由于第一直线181对应图3B中内凹弧面142的中心连线，第二直线182对应图3B中外凸弧面141的中心连线，说明出光面121对应内凹弧面142处的光强大于出光面121对应外凸弧面141处的光强，亦即，相较正方形光形180的边长方向，正方形光形180的对角线方向上获得更多的光线。实际操作中，使用者可适当调整外凸弧面141及内凹弧面142的半径及大小，除了正方形光形外，还可以获得长方形光形等，使用者可根据实际需要自行调整。
[0048]当将本实用新型的光学透镜100运用于背光模组中时，请参考图5及图6。图5为本实用新型的背光模组的局部立体示意图，图6为图5中扩散板上的投射光形示意图。背光模组1000可应用于液晶显示装置，以为液晶显示装置提供照明光源。背光模组1000包含复数个发光源200及与之对应的复数个光学透镜100，复数个发光源200分别位于复数个光学透镜100的容置空间160内。本实施例中,基板400可为电路板,发光源200可为发光二极管，复数个发光源200呈矩阵式电性连接在电路板上后，复数个光学透镜100将该复数个发光源200分别容置于其容置空间160内，并且复数个光学透镜100与电路板固定连接。
[0049]如图5所示，背光模组1000还包含扩散板500，扩散板500位于光学透镜100之上，透过光学透镜100的二次光学折射与反射，复数个发光源200发出的光线投射向扩散板500，并于目标投射面300上形成复数个正方形光形180。本实施例中，目标投射面300为扩散板500朝向光学透镜100的表面。
[0050]如图6所示，复数个正方形光形180大小相同，并相互紧密邻接分布在扩散板500上。由于正方形光形180交接处不存在现有技术中的亮区或暗区，使得扩散板500上各处的光线均匀，从而使背光模组1000呈现全屏均匀的辉度，提高了背光模组1000的光学品味，改善了应用本实用新型的背光模组1000的液晶显示装置的画面色彩饱和度及清晰度，满足了消费者于视讯娱乐上的需求。
[0051]请参考图7，图7为本实用新型的光学透镜的另一实施例的立体示意图。实际操作中，光线在出光面121处不仅发生折射，继而自透镜本体110射向目标投射面300，光线在出光面121处亦发生反射，继而自出光面121反射回透镜本体110内部，为了防止反射回透镜本体110内部的光线从透镜本体110的底部160射出透镜本体，影响发光源200的光线利用率，透镜本体110的底部160的相对顶部120的表面161上设有复数个微结构190，复数个微结构190用于将自出光面121反射回透镜本体110内的光线反射回出光面121。如图7所示，自出光面121处反射回透镜本体110内部的光线L3将于复数个微结构190处发生反射后再自出光面121射向目标投射面300。
[0052]本实用新型的光学透镜和背光模组，通过四个外凸弧面与四个内凹弧面的交错排列且首尾相接形成光学透镜的入光面，使得发光源发出的光线经过光学透镜投射至目标投射面而呈现正方形光形，提高了背光模组的光线均匀度及光学品味，改善了使用本实用新型背光模组的液晶显示装置的画面色彩饱和度及清晰度，满足了消费者于视讯娱乐上的需求。
[0053]当然，本实用新型还可有其他多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种光学透镜，该光学透镜具有透镜本体，该透镜本体的底部内凹形成容置空间，该容置空间供发光源容置于其中，构成该容置空间的侧壁为入光面，其特征在于: 该入光面由外凸弧面和内凹弧面交错排列且首尾相接形成，其中该外凸弧面和该内凹弧面的个数均为四个，且该外凸弧面的半径大于该内凹弧面的半径，该发光源发出的光线经该透镜本体投射至一目标投射面而呈现正方形光形。
2.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于:该外凸弧面小于或等于半圆弧面；内凹弧面小于或等于1/4圆弧面。
3.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于:该透镜本体的顶部设有出光面，该出光面的中心部位向下凹陷而形成凹部。
4.根据权利要求3所述的光学透镜，其特征在于:该透镜本体的该底部的相对该顶部的表面上设有复数个微结构，该复数个微结构用于将自该出光面反射回该透镜本体内的光线反射回该出光面。
5.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于:该容置空间为对称空间。
6.根据权利要求3所述的光学透镜，其特征在于:该出光面对应该内凹弧面处的光强大于该出光面对应该外凸弧面处的光强。
7.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于:与同一个该内凹弧面相邻的两个该内凹弧面的中心线的连线对应正方形光形的对角线。
8.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于:该发光源设置于基板上，该光学透镜包含至少一卡合部，该卡合部设置于该透镜本体的该底部，该光学透镜通过该卡合部与该基板固定连接。
9.一种背光模组，该背光模组包含发光源，其特征在于该背光模组包含权利要求1至8中任意一项所述的光学透镜，该发光源位于该容置空间内。
10.根据权利要求9所述的背光模组，其特征在于:该背光模组还包含扩散板，该扩散板位于该光学透镜之上，该发光源发出的光线经过该光学透镜后投射向该扩散板。
【文档编号】F21V5/04GK203744119SQ201320841976
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】王大玮, 黄凯因, 陈彦龙 申请人:辅讯光电工业（苏州）有限公司, 辅祥实业股份有限公司