[发明专利]用于短投照明的照明透镜

说明书

本发明的示例性实施例提供一种用于短投照明的广角照明图案。根据示例性实施例的照明透镜包括：光入射表面，光入射表面限定关于中心轴具有旋转对称性的空腔，光入射表面被构造成从在下面的发光元件接收光；光出射表面，包括与中心轴交叉的平坦表面和从平坦表面朝着侧部延伸的凸表面；以及底表面，连接光入射表面和光出射表面，其中，底表面包括具有由底表面关于水平轴形成的角度的倾斜表面。

本申请是申请日为2013年3月5日、申请号为201380013036.7、题为“用于短投照明的照明透镜”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及适用于短投照明的广角照明图案和一种用于产生所述广角照明图案的表面轮廓的总体设计方法。

背景技术

发光二极管(LED)可以在如此小(跨越几毫米)的区域中产生光，以致将光通量均匀地扩散到大的目标区域(尤其是那些宽度比距LED的距离更大的区域)是具有挑战性的。所谓对近目标的短投照明(short-throw lighting)是针对远目标的点照明的对立面。正是因为LED自己不能产生聚光光束，所以需要准直透镜，LED可以同样不适用于广角照明，因此，需要照明透镜来完成这一工作。

短投照明的主要示例是用于直视液晶显示器(LCD)TV的背光单元(BLU)的光学透镜。这里，BLU的总厚度通常为26mm或者更小，LED之间的距离是大约200mm。LCD背光源可包括围绕透明波导的边缘排列的荧光灯管，荧光灯管将光注入到波导中，通过均匀的出射执行实际的背光照明。虽然由于荧光灯管的厚度可以将荧光灯管设置在背光源周边，发光二极管如此小以致于它们可以直接设置在LCD显示器后面(所谓的“直视背光”)，但是它们的点状属性使均匀性变得更加困难，这在最近二十年中促进着现有技术的广泛领域。然而，不只是本领域，也适用于超薄显示器。

密切地限制纵横比(aspect ratio)的另一显著的应用是大型冷柜。用于零售业的商用冷柜通常具有玻璃门，照明装置安装在门铰接柱(在本行业中称为竖框)后面。直到最近，管状荧光灯一直是唯一的货架照明装置，而不管冰冷状况如何负面的影响其亮度和寿命。此外，荧光灯管会在冷柜货架上产生非常不均匀的照明图案。然而，发光二极管可以承受冰冷状况并且比荧光灯管小得多，这就允许采用照明透镜来提供比荧光灯管能实现的图案更加均匀的图案。由于荧光灯管向所有方向照射(而不是仅仅照射到货架)，所以浪费了荧光灯管的许多光。然而，使用合适的照明透镜，LED能够更加有效率，在不考虑荧光灯管的良好效率的情况下，LED允许比荧光灯管更低的功率水平。

根据使用了多少LED，可以将LED照明透镜分为三组：

(1)具有一行较小的密集间隔的LED的挤压线性透镜(诸如第7,273,299号和7,731,395号美国专利所描述的透镜)。

(2)圆形对称照明透镜。

(3)具有矩形图案的自由形态照明透镜(诸如第7,674,019号美国专利所描述的透镜)。

为了实现合理的均匀性，前两种方式可能需要很多LED，但是关于LED最近的趋势是可以产生如此高的亮度以致可能需要较少的LED，从而允许有效的节电。最后一种方式的优点是：除了已经证明难以通过注射成型生产用于产生矩形图案的自由形态透镜以外，其叠加的足够的图形精度以达到无焦散(焦散是提高的照度的显著的小区域)。

此外，现有技术更加具有挑战的是：由于在LED通量输出方面的持续的年复一年的改进，何时需要更少的LED。毕竟，背光单元厚度实际上是相对于LED之间的间隔而言的，而不是相对于整个背光单元的总宽度而言的。例如，在LCD背光单元厚度为1”、LED之间的间隔为4”的情况下，透镜的任务与前述的冷柜近似地成比例。因为与2.5至5英尺冷柜门相比，LCD的更小尺寸，所以可使用具有小的出射面积的低功率LED，典型地，可使用不具有圆顶形的硅树脂透镜的顶式LED结构。