ЛИНЗА, МОДУЛЬ ЗАДНЕЙ СВЕТОДИОДНОЙ ПОДСВЕТКИ И УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G02B3/08 G02B27/09 F21V5/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к области оптики и, в частности, к линзе, модулю задней светодиодной подсветки и устройству отображения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Светоизлучающий диод (LED) испускает пучки света в одном направлении, диапазон распределения интенсивности света является узким, поэтому для LED необходима линза для распределения света. Тем не менее, пучки света, испускаемые LED, имеют малую площадь и недостаточно равномерные после испускания из настоящей линзы и, таким образом, не могут удовлетворять требованиям настоящей заявки. Следовательно, многие LED раньше применяли объединенными в матрицах для того, чтобы добиться одинаковой и равномерной интенсивности света различных точек в одной плоскости. Это приведет к увеличению стоимости и массы системы модуля подсветки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[0003] Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении линзы для решения проблемы, заключающейся в том, что пучки света, испускаемые LED, имеют малую площадь и недостаточно равномерны после испускания из настоящей линзы.

[0004] Вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет линзу, содержащую:

нижнюю поверхность;

поверхность падения света, сконфигурированную для приема света, испускаемого источником света;

первую выпуклую изогнутую поверхность, используемую в качестве первой поверхности выхода света;

первую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве второй поверхности выхода света;

вторую выпуклую изогнутую поверхность, используемую в качестве третьей поверхности выхода света,

где первая поверхность выхода света, вторая поверхность выхода света и третья поверхность выхода света последовательно соединены по направлению сверху вниз и изнутри наружу; вторая поверхность выхода света соприкасается с третьей поверхностью выхода света и образует первую ступень, поверхность падения света представляет собой внутреннюю вогнутую изогнутую поверхность, касательные линии образующих внутренней вогнутой изогнутой поверхности пересекают ось вращения данной поверхности и образуют первые прилежащие углы; первая поверхность выхода света представляет собой выпуклую изогнутую поверхность с центральным углублением, касательные линии образующих выпуклой изогнутой поверхности с центральным углублением пересекают ось вращения данной поверхности и образуют вторые прилежащие углы; вторая поверхность выхода света пересекает нижнюю поверхность и образует третий прилежащий угол; третья поверхность выхода света представляет собой внешнюю выпуклую изогнутую поверхность, касательные линии образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности пересекают ось вращения данной поверхности и образуют четвертые прилежащие углы.

[0005] Дальнейшая цель варианта осуществления настоящего изобретения заключается в предоставлении модуля задней светодиодной подсветки, содержащего множество LED, где модуль задней светодиодной подсветки содержит линзу по любому из пп. 1-8 формулы изобретения, при этом каждый LED соответствует линзе.

[0006] Дальнейшая цель варианта осуществления настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства отображения, где устройство отображения содержит вышеупомянутую линзу.

[0007] В варианте осуществления настоящего изобретения поверхность падения света принимает свет, испускаемый источником света; когда свет, испускаемый источником света, поступает в линзу, часть света преломляется от одной поверхности выхода света, часть света отражается от одной поверхности выхода света к другой поверхности выхода света или нижней поверхности, затем отражается от другой поверхности выхода света или нижней поверхности к еще одной поверхности выхода света и, наконец, преломляется от еще одной поверхности выхода света. Следовательно, свет, испускаемый источником света, разделяется в линзе, и затем каждый пучок света преломляется от разных поверхностей выхода света линзы, тем самым увеличивая площадь выхода света и его равномерность. Линза согласно настоящему изобретению подходит для применения в модулях задней светодиодной подсветки и устройствах отображения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0008] На фиг. 1 изображен вид в перспективе согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0009] На фиг. 2 изображен вид сверху согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0010] На фиг. 3 изображен вид снизу согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0011] На фиг. 4 изображен вид в поперечном сечении согласно варианту осуществления настоящего изобретения (линии представляют собой образующие соответствующих поверхностей);

[0012] На фиг. 5 изображен вид оптического пути света в линзе, содержащей две ступени, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[0013] На фиг. 6 изображен структурный схематический вид линзы, содержащей три ступени, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0014] Для того чтобы облегчить понимание целей, технических решений и преимуществ настоящего изобретения, настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на сопроводительные графические материалы и варианты осуществления. Тем не менее следует понимать, что варианты осуществления, описанные в настоящей заявке, предназначены лишь для иллюстрации, но не для ограничения настоящего изобретения.

[0015] В вариантах осуществления настоящего изобретения поверхность падения света принимает свет, испускаемый источником света. Когда свет, испускаемый источником света, поступает в линзу, часть света преломляется от одной поверхности выхода света, часть света отражается от одной поверхности выхода света к другой поверхности выхода света или нижней поверхности, затем отражается от другой поверхности выхода света или нижней поверхности к еще одной поверхности выхода света и, наконец, преломляется от еще одной поверхности выхода света. Следовательно, свет, испускаемый источником света, разделяется в линзе, и затем каждый пучок света преломляется от разных поверхностей выхода света линзы, тем самым увеличивая площадь выхода света и его равномерность.

[0016] Настоящее изобретение будет подробно описано с использованием LED в качестве источника света.

[0017] Как изображено на фиг. 1-5, вариант осуществления настоящего изобретения предоставляет линзу, содержащую нижнюю поверхность 10; поверхность 9 падения света, сконфигурированную для приема света, испускаемого источником 8 света; первую выпуклую изогнутую поверхность, используемую в качестве первой поверхности 1 выхода света; первую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве второй поверхности 2 выхода света; вторую выпуклую изогнутую поверхность, используемую в качестве третьей поверхности 3 выхода света, где первая поверхность 1 выхода света, вторая поверхность 2 выхода света и третья поверхность 3 выхода света последовательно соединены по направлению сверху вниз и изнутри наружу; вторая поверхность 2 выхода света соприкасается с третьей поверхностью 3 выхода света и образует первую ступень, поверхность 9 падения света представляет собой внутреннюю вогнутую изогнутую поверхность, касательные линии образующих внутренней вогнутой изогнутой поверхности пересекают ось ОР вращения данной поверхности и образуют первые прилежащие углы; первая поверхность 1 выхода света представляет собой выпуклую изогнутую поверхность с центральным углублением, касательные линии образующих выпуклой изогнутой поверхности пересекают ось ОР вращения данной поверхности и образуют вторые прилежащие углы; вторая поверхность 2 выхода света пересекает нижнюю поверхность 10 и образует третий прилежащий угол; третья поверхность 3 выхода света представляет собой внешнюю выпуклую изогнутую поверхность, касательные линии образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности пересекают ось ОР вращения данной поверхности и образуют четвертые прилежащие углы. Поверхность 9 падения света принимает свет, испускаемый LED. Когда свет, испускаемый светодиодным источником 8 света, поступает в линзу, часть света преломляется от одной поверхности выхода света, часть света (свет P1, Р3) отражается от одной поверхности выхода света к другой поверхности выхода света или нижней поверхности, затем отражается от другой поверхности выхода света (свет Р5) или нижней поверхности (свет Р2, Р4) к еще одной поверхности выхода света и наконец, преломляется от еще одной поверхности выхода света. Следовательно, свет, испускаемый светодиодным источником 8 света, разделяется в линзе, и затем каждый пучок света преломляется от разных поверхностей выхода света линзы, тем самым увеличивая площадь выхода света и его равномерность.

[0018] Обычно величины первых прилежащих углов (то есть углы между касательными линиями образующих выпуклой изогнутой поверхности с центральным углублением и осью вращения данной поверхности) уменьшаются в направлении сверху вниз. Точнее, степень уменьшения определена равномерностью и направленностью светодиодного источника света, то есть проектирование углов между касательными линиями образующих внутренней вогнутой изогнутой поверхности и осью вращения данной поверхности должно учитывать угол поверхности выхода света светодиодного источника света, расположенного ниже, высоту поверхности выхода света светодиодного источника света, расположенного ниже, и другие параметры. В общем, чем больше угол поверхности выхода света светодиодного источника света или чем лучше равномерность светодиодного источника света, тем меньше угол между касательной линией образующих внутренней вогнутой изогнутой поверхности и осью вращения данной поверхности.

[0019] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения величины вторых прилежащих углов (то есть углы между касательными линиями образующих выпуклой изогнутой поверхности с центральным углублением и осью вращения данной поверхности) увеличиваются и затем уменьшаются в направлении изнутри наружу. Точнее, первая выпуклая изогнутая поверхность 1 содержит центральное углубление. Центральное углубление представляет собой особую точку (равную точке изменения), углы между касательными линиями образующих выпуклой изогнутой поверхности с центральным углублением и осью ОР вращения данной поверхности резко увеличиваются от 90° в центральной точке и затем уменьшаются в направлении наружу. Степень увеличения и степень уменьшения связаны с равномерностью и увеличенным размером источника света.

[0020] Угол между второй поверхностью 2 выхода света и нижней поверхностью 10 составляет менее 45°, благодаря чему преломление падающего света происходит легче, следовательно, падающий свет сильнее рассеивается и отклоняется от оси вращения с тем, чтобы разделить отраженный свет. Таким образом, можно избежать сфокусированного света, образующего точку осевого света, и достичь цели, заключающейся в обеспечении однородности света. Кроме этого, величины четвертых прилежащих углов (то есть углов между касательными линиями образующих третьей поверхности выхода света и осью вращения данной поверхности) увеличиваются по направлению сверху вниз для равномерного расширения пучков света. Лучший угол из четвертых прилежащих углов определяется величиной угла поверхности выхода света.

[0021] В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения линза также содержит вторую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве четвертой поверхности 4 выхода света, и третью выпуклую изогнутую поверхность или округлую плоскую поверхность, используемую в качестве пятой поверхности 5 выхода света. Четвертая поверхность 4 выхода света соприкасается с третьей поверхностью 3 выхода света, четвертая поверхность 4 выхода соприкасается с пятой поверхностью 5 выхода света и образует вторую ступень; угол между четвертой поверхностью 4 выхода света и нижней поверхностью 10 меньше угла между второй поверхностью 2 выхода света и нижней поверхностью 10. Когда пятая поверхность 5 выхода света является внешней выпуклой изогнутой поверхностью, величины углов между касательными линиями образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности и осью вращения данной поверхности увеличиваются в направлении сверху вниз. В данном варианте осуществления пятая поверхность 5 выхода света также может быть округлой плоской поверхностью, что выгодно для формования линзы.

[0022] На фиг. 6, для увеличения площади и обеспечения лучшей равномерности пучков света, испускаемых источником 8 света и затем выходящих из линзы, боковая поверхность линзы оснащена третьей ступенью, образованной путем контакта третьей кольцеобразной наклонной поверхности и четвертой выпуклой изогнутой поверхности. Третью кольцеобразную наклонную поверхность используют в качестве шестой поверхности 6 выхода света; четвертую выпуклую изогнутую поверхность используют в качестве седьмой поверхности 7 выхода света. Шестая поверхность 6 выхода света соприкасается с пятой поверхностью 5 выхода света. Угол между шестой поверхностью 6 выхода света и нижней поверхностью 10 меньше угла между четвертой поверхностью 4 выхода света и нижней поверхностью 10. Когда седьмая поверхность 7 выхода света является внешней выпуклой изогнутой поверхностью, величины углов между касательными линиями образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности и осью вращения данной поверхности увеличиваются в направлении сверху вниз. Следовательно, пучки света в линзе более рассеяны, а площадь выхода света и равномерность выходящих пучков света увеличивается. В данном варианте осуществления пятая поверхность 7 выхода света также может быть округлой плоской поверхностью, что выгодно для формования линзы.

[0023] В вариантах осуществления настоящего изобретения нижняя поверхность 10 представляет собой поверхность с трехмерной структурой; данная поверхность с трехмерной структурой представляет собой окружность/канавку с пирамидальной, конической, цилиндрической, призматической поверхностью или с поверхностью в форме усеченной сферы, тем самым дополнительно усиливая эффект рассеивания пучков света в линзе и повышая равномерность выходящих пучков света. Если источником света является LED, то множество LED и линза, соответствующая каждому LED, могут быть изготовлены в виде модуля задней светодиодной подсветки.

[0024] Линза может быть изготовлена из прозрачного материала, такого как стекло, керамического или полимерного материала, например политетрафторэтилена (PTFE), метилметакрилата (РММА), РЕМА, поликарбоната, силикона и другой полимерной смеси. Процесс изготовления линзы может представлять собой формование методом впрыска или компрессионное формование, что является преимущественным для формования линзы. Поверхность 9 падения света представляет собой внутреннюю вогнутую поверхность, и ось симметрии поверхности 9 падения света является оптической осью линзы.

[0025] Выше были описаны лишь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Соответственно, любые эквивалентные модификации структуры или последовательности технологического процесса, выполненные на основании данного технического описания и прилагаемых графических материалов или любые варианты прямого или непрямого применения в других областях техники также будут находиться в пределах объема настоящего изобретения.

Линза содержит нижнюю поверхность; поверхность падения света для приема света источника света; первую выпуклую поверхность, используемую в качестве первой поверхности выхода света; первую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве второй поверхности выхода света; вторую выпуклую поверхность, используемую в качестве третьей поверхности выхода света. Первая, вторая и третья поверхности выхода света последовательно соединены по направлению сверху вниз и изнутри наружу. Вторая и третья поверхности выхода света соприкасаются и образуют первую ступень. Поверхность падения света представляет собой внутреннюю вогнутую поверхность, касательные линии образующих которой пересекают ее ось вращения и образуют первые прилежащие углы. Первая поверхность выхода света - выпуклая поверхность с центральным углублением, касательные линии образующих которой пересекают ее ось вращения и образуют вторые прилежащие углы. Вторая поверхность выхода света пересекает нижнюю поверхность и образует третий прилежащий угол выхода. Технический результат - увеличение равномерности пучка при выходе из линзы. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Линза, содержащая:
нижнюю поверхность;
поверхность падения света, сконфигурированную для приема света, испускаемого источником света;
первую выпуклую изогнутую поверхность, используемую в качестве первой поверхности выхода света;
первую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве второй поверхности выхода света;
вторую выпуклую изогнутую поверхность, используемую в качестве третьей поверхности выхода света,
где первая поверхность выхода света, вторая поверхность выхода света и третья поверхность выхода света последовательно соединены по направлению сверху вниз и изнутри наружу; вторая поверхность выхода света соприкасается с третьей поверхностью выхода света и образует первую ступень, при этом поверхность падения света представляет собой внутреннюю вогнутую изогнутую поверхность, касательные линии образующих внутренней вогнутой изогнутой поверхности пересекают ось вращения данной поверхности и образуют первые прилежащие углы; первая поверхность выхода света представляет собой выпуклую изогнутую поверхность с центральным углублением, касательные линии образующих выпуклой изогнутой поверхности с центральным углублением пересекают ось вращения данной поверхности и образуют вторые прилежащие углы; вторая поверхность выхода света пересекает нижнюю поверхность и образует третий прилежащий угол выхода.

2. Линза по п. 1, отличающаяся тем, что третья поверхность выхода света представляет собой внешнюю выпуклую изогнутую поверхность, касательные линии образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности пересекают ось вращения данной поверхности и образуют четвертые прилежащие углы.

3. Линза по п. 2, отличающаяся тем, что величины первых прилежащих углов уменьшаются в направлении сверху вниз.

4. Линза по п. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что величины вторых прилежащих углов увеличиваются и затем уменьшаются в направлении изнутри наружу.

5. Линза по п. 4, отличающаяся тем, что третий прилежащий угол составляет менее 45°.

6. Линза по п. 5, отличающаяся тем, что величины четвертых прилежащих углов увеличиваются по направлению сверху вниз.

7. Линза по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит:
вторую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве четвертой поверхности выхода света;
третью выпуклую изогнутую поверхность или плоскую поверхность, используемую в качестве пятой поверхности выхода света;
при этом четвертая поверхность выхода света соприкасается с третьей поверхностью выхода света, четвертая поверхность выхода соприкасается с пятой поверхностью выхода света и образует вторую ступень; угол между четвертой поверхностью выхода света и нижней поверхностью меньше угла между второй поверхностью выхода света и нижней поверхностью; при этом, когда пятая поверхность выхода света является внешней выпуклой изогнутой поверхностью, величины углов между касательными линиями образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности и осью вращения данной поверхности увеличиваются в направлении сверху вниз.

8. Линза по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит:
вторую кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве четвертой поверхности выхода света;
третью выпуклую изогнутую поверхность или плоскую поверхность, используемую в качестве пятой поверхности выхода света;
третью кольцеобразную наклонную поверхность, используемую в качестве шестой поверхности выхода света;
четвертую выпуклую изогнутую поверхность или плоскую поверхность, используемую в качестве седьмой поверхности выхода света;
при этом четвертая поверхность выхода света соприкасается с третьей поверхностью выхода света, четвертая поверхность выхода соприкасается с пятой поверхностью выхода света и образует вторую ступень; угол между четвертой поверхностью выхода света и нижней поверхностью меньше угла между второй поверхностью выхода света и нижней поверхностью; шестая поверхность выхода света соприкасается с пятой поверхностью выхода света, шестая поверхность выхода соприкасается с седьмой поверхностью выхода света и образует третью ступень; угол между шестой поверхностью выхода света и нижней поверхностью меньше угла между четвертой поверхностью выхода света и нижней поверхностью; при этом когда седьмая поверхность выхода света является внешней выпуклой изогнутой поверхностью, величины углов между касательными линиями образующих внешней выпуклой изогнутой поверхности и осью вращения данной поверхности увеличиваются в направлении сверху вниз.

9. Линза по пп. 1, 2, 3, 4, 5, 6 или 7, отличающаяся тем, что нижняя поверхность представляет собой поверхность с трехмерной структурой; данная поверхность с трехмерной структурой представляет собой канавку с пирамидальной, конической, цилиндрической, призматической поверхностью или с поверхностью в форме усеченной сферы.

10. Модуль задней светодиодной подсветки, содержащий множество LED, отличающийся тем, что модуль задней светодиодной подсветки содержит линзы по любому из пп. 1-9 формулы изобретения, при этом каждый LED соответствует линзе.

11. Устройство отображения, отличающееся тем, что устройство отображения содержит модуль задней светодиодной подсветки по п. 10.