[发明专利]表面光源设备及显示装置

说明书

本发明的示例性实施例涉及一种设置在发光二极管(LED)上方的照明透镜。照明透镜包括围绕LED并被构造为由LED发射的光照射的内表面，其中，内表面包括拱形的非旋转对称的拉长的水平剖面。照明透镜还包括外表面，外表面包括中央尖端，外表面在不同的水平方向上以非轴对称的轮廓侧向延伸，非轴对称的轮廓相对于照明透镜的倾斜的主轴呈椭圆形，其中，发光装置被构造为产生拉长的照明图案。

本申请是国际申请日为2013年8月22日、申请号为201380044465.0的发明专利申请“LED背光源的照明透镜”的分案申请。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种发光设备、平面光源设备和光通量控制或确定性光偏转构件(deterministic light deviating member)(更普遍地被称为光学透镜)。

背景技术

在过去的十数年中，平面屏幕电视已经完成了从奢侈品变为了市场的主导，阴极射线管(CRT)电视已停止生产，且老旧的CRT电视也无法出售。虽然等离子体平面屏幕与CRT相似地具有发射式的像素，但是LCD的像素是被动式的，仅用于使穿过它们的光的偏振方向旋转，从而它们必须被设置在两个正交的偏振器之间，以使像素用作亮度调制器。最初，平面屏幕LCD通过利用由荧光管在边缘进行照明的基于波导的背光源来提供这样的亮度。随着LED的亮度和效率的快速提高，它们在保留了边缘照明式的波导的同时取代了荧光管。然而，用于大屏幕尺寸的波导可能是很厚和很重的，从而可能期望包括中空灯箱的直视区域背光源，这是因为它们的光分布遍及整个灯箱的背部。直视区域背光源可能需要将光均匀地传播出去，以消除每个LED光源的正上方的屏幕上的热点，这是不具有专用的局部透镜的LED不能实现的。

因为LED已经变得十分成熟，所以它们的增加的功率输出意味着可能需要越来越少的LED来实现任何特定的照明任务。当区域背光源尝试使用更少的LED(尤其是16:9比例的典型的高清电视的区域背光源尝试使用更少的LED)时，为了以几种方式实现均匀的照明，它们的照明几何结构可能变得更加困难。

首先，在LED之间的中间位置被设计为三次方下降的余弦函数(其甚至在60°处以8:1的比例离轴)。这可能在侧向强度较小的典型的LED的之上。其次，照明透镜可能因注射成型的透镜材料的固有缺陷而具有不可避免的散射性，这随着LED亮度的增加而变得更为重要。这可将热点添加到透镜产生的需要补偿的直射光图案上，所述图案具有中央暗区。

在一些应用中，与LED的尺寸相比，可以通过增加照明透镜的相对尺寸来处理这些不利的因素。然而，LCD背光源可能具有一英尺或者更薄的厚度，从而严重限制了透镜尺寸。此外，这样的很薄的几何结构增加了由透镜散射的光的强度。

LED背光源用于包括LCD、大型冷柜(reach-in refrigeration)照明和一般照明(照明器具)的多种应用中。所有的这些应用的投距(面板厚度)远小于LED光源之间的间距。因为LED以准朗伯体的方式进行发射，所以使用发散透镜以将发射的光传播至遍及很大的侧部区域。这就导致需要可以将LED光源前向发射角度分布调节为最大程度的侧部发射角度分布的透镜。现有技术已经几乎全部集中在了具有旋转对称性的方案上。虽然这些方案中的一些方案预计了一维空间的近乎理想的均匀性，但是在实现二维空间的近乎理想的均匀性方面，它们在根本上受到了集光率(尤其是其偏度(skewness))的限制。

在LED背光源中，支撑LED的电路板可被分开达到大于板上的LED的节距的跨距。这可能需要照明透镜产生不对称的或者矩形的图案，这就增加了由于LED的近乎圆形的图案与光必须被水平偏转朝向矩形的长端的拓扑不兼容性而导致的进一步的困难。

照明透镜的阵列可能在中间位置叠加它们的图案，但是可能导致在背光源的边缘周围的潜在的照明不足。灯箱可以包括围绕其边缘的反射镜或45°斜面(beveling)，但是出于成本的原因，这可能是不能实施的。背光源可以采用围绕其周边的45°斜面，这将导致可以使用很少的LED但是仍然实现照明均匀性。