本發(fā)明是關(guān)于一種用于平面液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的二次光學(xué)透鏡。

背景技術(shù)：
由于LED具有高效、節(jié)能、亮度高、顯色指數(shù)好等特征，現(xiàn)有的大部分平面液晶顯示的背光系統(tǒng)已經(jīng)采用了LED照明技術(shù)(即發(fā)光二極管半導(dǎo)體固態(tài)照明技術(shù))。而直下式照明方式因?yàn)槠涔鈸p少、均勻度高、LED可以隨意排布、無(wú)須進(jìn)行復(fù)雜的導(dǎo)光板網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)等特征，受到很多廠家的推崇。但是，如果直接采用市場(chǎng)上高功率的郎伯形分布(Lambertian)的LED，由于其光束角只有120度，中心光強(qiáng)較強(qiáng)，需要很大的混光距離才可以在LCD(液晶)屏幕上產(chǎn)生均勻的光分布。圖2為沒(méi)有采用二次光學(xué)透鏡進(jìn)行配光、只用郎伯形LED直接照明的直下式背光模組，其混光距離較長(zhǎng)。公開號(hào)CN101526177A的專利提出了一種最大光強(qiáng)方向與光軸夾角為75°角度的一種直下式背光透鏡，如圖4所示，其提出了“θ5的增加量相對(duì)于θ1的增加量(Δθ5/Δθ1)更大”的概念，即透鏡的出射光線與光軸的夾角大于入射光線與光軸的夾角，根據(jù)這種配光方法，其雖然可以將LED出射光配成一個(gè)大角度范圍的、最大光強(qiáng)方向與光軸夾角為75°角度的光斑分布。但其配光的方法并不合理，根據(jù)“θ5的增加量相對(duì)于θ1的增加量(Δθ5/Δθ1)更大”的這一規(guī)律，當(dāng)透鏡的入射光線與光軸的夾角θ1為90°時(shí)，其出射光線與光軸的夾角θ5將超過(guò)90°，從而會(huì)射向透鏡的后方，打到PCB板上，造成光能的損耗。另外當(dāng)透鏡下方的內(nèi)凹入射面比較陡峭時(shí)，這種配光方法將造成光斑的中心會(huì)有黑影。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠有效減少光能損耗的用于平面液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的二次光學(xué)透鏡、LED背光系統(tǒng)及LED照明系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方式：一種用于平面液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的二次光學(xué)透鏡，包括作為出射面的配光曲面及位于所述配光曲面底部的底面，自所述底面向上凹入形成作為入射面的內(nèi)凹面，所述配光曲面的頂部的中心部位設(shè)有向上凸出的凸起，使所述二次光學(xué)透鏡的光束角全角大于或等于160°，且使入射的光線順次經(jīng)過(guò)所述內(nèi)凹面、配光曲面后射出。進(jìn)一步的，所述的用于平面液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的二次光學(xué)透鏡，其特征在于：所述配光曲面選自：帶有中間凸起的連續(xù)光滑的曲面、具有混光作用的環(huán)紋衍射面、具有混光作用的鱗片狀曲面、具有混光作用的蜂窩狀組合曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面、剖面輪廓線由微小線段及曲線組成的環(huán)紋復(fù)合曲面、馬鞍型自由曲面、菲涅爾曲面、四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、多邊形混合自由曲面、非軸對(duì)稱的自由曲面。進(jìn)一步的，所述配光曲面是具有混光作用的環(huán)紋衍射面，其混光角度Δτ在2°～15°范圍內(nèi)。進(jìn)一步的，所述環(huán)紋衍射面的微結(jié)構(gòu)為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其波峰波谷值H為1～25微米之間或更大的波峰波谷值，環(huán)紋的間距P為0.05～5.0毫米。進(jìn)一步的，所述配光曲面由四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、多邊形混合自由曲面、馬鞍型自由曲面、菲涅爾曲面、鱗片狀曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面中至少兩種復(fù)合而成。進(jìn)一步的，所述底面設(shè)有至少一個(gè)卡腳。進(jìn)一步的，所述配光曲面設(shè)有調(diào)光材料層。進(jìn)一步的，所述配光曲面設(shè)有調(diào)光磨砂、網(wǎng)狀紋等微結(jié)構(gòu)紋。進(jìn)一步的，所述透鏡內(nèi)設(shè)有調(diào)光材料。進(jìn)一步的，所述透鏡可以有一種或兩種以上的材料組合而成。進(jìn)一步的，所述內(nèi)凹面為圓錐形面、四面錐形面、多面錐形面或由圓錐形面和多面錐形面復(fù)合組成。進(jìn)一步的，所述內(nèi)凹面上帶有混光作用的環(huán)紋衍射面或菲涅爾(Fresnel)面，所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)可以為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步的，所述配光曲面的配光條件是：，其中，θmax為透鏡的最大配光角度，θmax大于或等于80°，θ5是所述配光曲面的出射角。進(jìn)一步的，所述凸起是圓弧形、平頂形、圓錐形、多面圓錐形或尖頂形。進(jìn)一步的，所述配光曲面還可選自帶有中間凹下的：連續(xù)光滑的曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面、馬鞍型自由曲面、菲涅爾曲面、鱗片狀曲面、具有混光作用的蜂窩狀組合曲面、非軸對(duì)稱的自由曲面。進(jìn)一步的，所述底面選自：磨砂微結(jié)構(gòu)面、網(wǎng)狀或具有規(guī)律性圖案的微結(jié)構(gòu)、帶有表面噴涂反光材料、環(huán)紋微結(jié)構(gòu)、蜂窩狀鱗面排列的微結(jié)構(gòu)、六邊形圓錐排列的微結(jié)構(gòu)、四邊形排列的金字塔微結(jié)構(gòu)或菲涅爾齒形微結(jié)構(gòu)曲面。一種平面液晶顯示的LED背光系統(tǒng)，包括所述的二次光學(xué)透鏡。一種LED背光照明系統(tǒng)，包括所述的二次光學(xué)透鏡。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了一種二次光學(xué)透鏡，其具有大于160度以上的光束角，可以將LED的大部分光線往透鏡的側(cè)面方向出射，最大光強(qiáng)方向在與光軸夾角為±80度以上的方位，其采用非常短的混光距離就可以在LCD面板上產(chǎn)生同樣范圍的均勻光分布，混光距離可以降低為現(xiàn)有技術(shù)的三分之一以下，并且能夠有效減少光能損耗。附圖說(shuō)明圖1是二次光學(xué)透鏡的第一具體實(shí)施方式的剖面圖；圖2是顯示現(xiàn)有沒(méi)有二次光學(xué)透鏡的直下式照明的LED背光模組的混光距離的示意圖；圖3是顯示加了本發(fā)明二次光學(xué)透鏡的直下式LED背光模組的混光距離的示意圖；圖4是公開號(hào)為CN101526177A的中國(guó)專利所公開的透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a～5e分別是第一具體實(shí)施方式的主視圖、俯視圖、右視圖、仰視圖及立體圖；圖6是第一具體實(shí)施方式的設(shè)計(jì)原理圖；圖7是第一具體實(shí)施方式的配光曲面輪廓線的數(shù)學(xué)建模圖；圖8是采用第一具體實(shí)施方式的單顆透鏡的三維模型圖；圖9a、9b是第一具體實(shí)施方式的光線追跡圖；圖10是第一具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡在距離LED基板25mm高的屏幕上的照度分布圖；圖11是第一具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的配光曲線圖，可以看出其配光曲線呈蝙蝠翼分布，最大光強(qiáng)方向在與光軸夾角為±80°的方位，峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角寬度約為±82°，圖12是采用第一具體實(shí)施方式的6乘6顆LED，LED間隔110mm，屏幕距離LED基板的高度為25mm的光線追跡圖(只計(jì)數(shù)射到屏幕上的光線)；圖13是采用第一具體實(shí)施方式的6乘6顆LED，間隔110mm，距離LED基板的距離為25mm的屏幕上的照度分布圖；圖14是第二具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖；圖15a～15e分別是第二具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的主視圖、俯視圖、右視圖、仰視圖及立體圖；圖16是第三具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖；圖17是第四具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖；圖18a、18b分別是第五具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖和仰視圖；圖19a、19b分別是第六具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖和仰視圖；圖20a、20b分別是第七、八具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的仰視圖；圖21a～21d分別是第九具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的主視圖、俯視圖、左視圖及仰視圖；圖22a～22d分別是第十具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的主視圖、俯視圖、左視圖及仰視圖。圖23是第十一具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖24是第一具體實(shí)施方式的配光曲面的入射光線與光軸OZ的夾角θ1以及出射光線與光軸OZ的夾角θ5的關(guān)系曲線圖。具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。第一具體實(shí)施方式：如圖1所示，其為本發(fā)明用于平面液晶顯示的LED背光系統(tǒng)的二次光學(xué)透鏡的第一具體實(shí)施方式，該光學(xué)透鏡底部的中心部位有一個(gè)圓錐形的內(nèi)凹面11，其為入射面；透鏡的頂部有一扁平的配光曲面12，其為出射面，其為連續(xù)光滑的曲面；所述透鏡頂部的曲面12的中心部位有一明顯的凸起13，凸起為圓弧形；透鏡的底面14為非光學(xué)表面，其上面附有用來(lái)收集雜光的角錐棱鏡型回復(fù)反射微結(jié)構(gòu)面141；所謂的角錐棱鏡是指由正立方體上切下來(lái)的一個(gè)角，其三個(gè)面都相互垂直，所以叫做角錐棱鏡；將微型角錐棱鏡按照正六邊形的方式排列而成的微結(jié)構(gòu)陣列，其可以將入射的光沿原路返回，起回復(fù)反射的作用；放置在透鏡底面的角錐棱鏡型回復(fù)反射微結(jié)構(gòu)面141可以用來(lái)將射向透鏡后方的雜光反射回前面，照到LCD面板上。另外該透鏡的底部還有用來(lái)定位的三個(gè)卡腳15，相對(duì)于透鏡中心沿120度間隔放置，用來(lái)將透鏡固定于LED的電路板上。該實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的結(jié)構(gòu)如圖5a～5e和圖1所示。該具體實(shí)施方式二次光學(xué)透鏡的配光原理如圖6所示，從LED芯片發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)圓錐形內(nèi)凹面11折射后，分配到兩邊，入射到外側(cè)配光曲面12上，曲面12將出射光線配成光束角半寬度為±θmax范圍之內(nèi)的光斑分布，θmax角大于80°，這里優(yōu)選為82°?？梢钥闯觯錾涔饩€從中間到邊緣，其與光軸OZ的夾角從0°度漸變到θmax角。圓弧形凸起13位于圓錐形內(nèi)凹面的尖頂?shù)恼戏?，由于光線被圓錐形內(nèi)凹面11向側(cè)面折射，沒(méi)有光線入射到凸起13，因此凸起13不起配光作用，其也可以為其它的形狀，見(jiàn)第三、四具體實(shí)施方式。具體的配光曲面12輪廓線的數(shù)學(xué)建模如圖7所示，假設(shè)從LED芯片發(fā)光面中心O點(diǎn)發(fā)出的入射光線OP與光軸OZ夾角為θ，其經(jīng)過(guò)圓錐形內(nèi)凹面11上的P點(diǎn)折射后，折射光線為PQ，PQ交外側(cè)的配光曲面12于Q點(diǎn)，經(jīng)再次折射后以出射光線QR射出。PN’為P點(diǎn)位置的法線，PH’為P點(diǎn)位置的水平線，α為光線OP在P點(diǎn)位置的入射角，ε為光線PQ在P點(diǎn)位置的折射角，η為光線PQ在Q點(diǎn)位置的入射角，ρ為出射光線QR在Q點(diǎn)位置的出射角，μ為曲線12的切線QT與水平線QH”的夾角。透鏡的出射光線QR與水平線QH”的夾角為τ，與光軸OZ的夾角為θ5。假設(shè)透鏡的最大配光角度(半寬度)相對(duì)于光軸OZ的夾角為±θmax，要使屏幕上的光斑分布均勻，則出射角θ5滿足以下的配光條件：其中θmax為透鏡的最大配光角度(半寬度)，其在80°≤θmax≤90°之間。假設(shè)θmax為80°，那么當(dāng)入射角θ＜78.75°時(shí)，QR的配光角θ5大于入射光線的角度θ，而當(dāng)θ慢慢的接近θmax，超過(guò)78.75°直至90°這個(gè)范圍時(shí)，其出射光線與光軸OZ的夾角θ5慢慢地收斂，在這個(gè)范圍內(nèi)的θ5的增加量小于θ的增加量，因而其可以將LED發(fā)出的所有0°～90°范圍的入射光線都均勻的分布在出射角為0°～θmax的范圍內(nèi)，沒(méi)有光能的損耗。根據(jù)圖中的三角形OBP，有得出：根據(jù)斯涅爾折射定律(SnellLaw)，在P點(diǎn)位置有：sinα＝n·sinε上式中n為透鏡材料的折射率。根據(jù)H’P垂直于光軸OZ，有：根據(jù)P點(diǎn)兩側(cè)的夾角相等，有：式中δ為光線OP與水平線PH’的夾角，由上式可知φ＝β-ε。另外由于PH’平行于QH”根據(jù)斯涅爾折射定律(SnellLaw)，在Q點(diǎn)位置有n·sinη＝sinρ即：由于QT為曲線12在Q點(diǎn)位置的切線，其斜率dy/dx為相切角的正切值：圖24是第一具體實(shí)施方式的配光曲面12的入射光線與光軸OZ的夾角θ1以及出射光線與光軸OZ的夾角θ5的關(guān)系曲線圖。因?yàn)檫@里采用了圓錐形的入射面，從圖中的兩條曲線可以看出：當(dāng)θ1在10°以內(nèi)時(shí)，其θ5的增加量小于θ1的增加量，因而其光斑中心不會(huì)產(chǎn)生黑影；當(dāng)θ1在10°至θmax之間時(shí)，其θ5的增加量才大于θ1的增加量；而當(dāng)θ1接近θmax直至90°時(shí)，其出射光線與光軸OZ的夾角θ5又慢慢地收斂，這個(gè)范圍內(nèi)的θ5的增加量小于θ1的增加量，因而其可以將LED發(fā)出的所有0°～90°范圍的入射光線都均勻的分布在出射角為0°～θmax的范圍內(nèi)，沒(méi)有光能的損耗。結(jié)合配光條件公式(1)，以及公式(5)、(6)、(7)，當(dāng)LED出射光線OP與光軸的夾角θ從90度～0度變化時(shí)，對(duì)dx，dy進(jìn)行數(shù)值積分，就可以得出在不同θ角時(shí)，曲面12各點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y)數(shù)值解。將曲面12各點(diǎn)的坐標(biāo)(x，y)值，輸入到三維建模軟件中用B-樣條曲線連接起來(lái)就可以得到配光曲面12的剖面輪廓線。再結(jié)合圓錐形內(nèi)凹面11、凸起13、底面14、以及角錐棱鏡微結(jié)構(gòu)回復(fù)反射面，就可以完成第一實(shí)施方式所述二次光學(xué)透鏡的三維模型，如圖8所示。圖8為第一實(shí)施方式的單顆透鏡及LED的三維計(jì)算機(jī)模型圖，LED的底面與三個(gè)卡腳的底面在同一個(gè)水平面上。將建立好的本具體實(shí)施方式所述透鏡的三維實(shí)體模型輸入到光度分析軟件中就可以對(duì)其進(jìn)行模擬。以下為第一具體實(shí)施方式的計(jì)算機(jī)模擬及光度分析，假設(shè)LED的型號(hào)為飛利浦公司的LuxeonRebelWhiteDisplayLED，光通量為90流明，屏幕距離LED基板的高度為25mm，以下為單顆透鏡的計(jì)算機(jī)模擬。圖9a、9b為第一具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的光線追跡圖，可以看出出射光線的角度很廣，大部分的光線射向側(cè)面，射向中間的光線比較少。圖10是第一具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡在距離LED基板25mm高的LCD面板上的照度分布圖?？梢钥闯龉獍叩姆秶浅４螅畲笳斩戎?0％的位置，光斑的大小為300mm左右，最大照度值50％的位置，光斑的大小約150mm左右。圖11是第一具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的配光曲線圖，可以看出其配光曲線呈蝙蝠翼分布，最大光強(qiáng)方向在與光軸夾角為±80°的方位，峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角寬度約為±82°。以下為6乘6顆LED，間隔110mm，距離LED基板的高度為25mm的LCD面板(屏幕)上的光度分析，屏幕大小設(shè)置為550mm乘550mm：圖12是6乘6顆LED的光線追跡圖。圖13是距離LED基板距離為25mm的屏幕上的照度分布圖，從圖中下邊及右邊的照度波動(dòng)曲線可知，屏幕上的極大照度值約7500Lux、極小照度值約6500Lux，其均勻度約為η＝Imin/Imax·100％≈86.6％，達(dá)到了比較均勻的照明效果。第二具體實(shí)施方式：當(dāng)LED芯片的熒光粉涂敷得比較稀，涂敷面積相對(duì)較大時(shí)，采用第一具體實(shí)施方式所述的二次光學(xué)透鏡對(duì)LED出射光進(jìn)行配光，由于配光角度非常大，有可能在屏幕上會(huì)產(chǎn)生光斑中間色溫高、光斑邊緣色溫低的不一致的情況，從而導(dǎo)致LCD面板的色彩均勻度不好。本發(fā)明所述的第二具體實(shí)施方式提出了針對(duì)這種情況的解決方法。第二具體實(shí)施方式的剖面圖如圖14所示，除了外側(cè)的配光曲面22之外，其它所有的特征都與第一具體實(shí)施方式一樣，這里將外側(cè)的配光曲面22設(shè)計(jì)成附有環(huán)紋微結(jié)構(gòu)的衍射面，使出射光圍繞主出射光線QR產(chǎn)生±Δτ的小角度的混光，可以改善色溫的差異。一般來(lái)講Δτ在2°～5°范圍內(nèi)，這里優(yōu)選為3°。這里所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)優(yōu)選為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其波峰波谷值H為8微米，環(huán)紋的間距P為0.5毫米，在第一具體實(shí)施方式的外側(cè)配光曲面12上加上所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其可以產(chǎn)生約±3°的混光，從而解決LCD面板上色溫差異的問(wèn)題。所述的第二具體實(shí)施方式，外側(cè)的曲面除了波浪形的環(huán)紋衍射面之外，其還可以為剖面輪廓線由微小直線段組成的環(huán)紋面，也可以起很好的一個(gè)小角度內(nèi)的混光效果。圖15a～15e為所涉及的第二具體實(shí)施方式的主視圖、俯視圖、右視圖、仰視圖及立體圖，透鏡的底面24也附有用來(lái)收集雜光的角錐棱鏡型回復(fù)反射微結(jié)構(gòu)面241，透鏡外側(cè)曲面22為環(huán)紋微結(jié)構(gòu)的衍射面，透鏡的頂部也有一圓弧形的凸起23。第三、四具體實(shí)施方式：本發(fā)明所涉及的二次光學(xué)透鏡，由于透鏡圓錐形內(nèi)凹面將LED的光線向側(cè)面折射，沒(méi)有光線入射到曲面中心的凸起，因此凸起的部分不起配光作用，其透鏡頂部曲面中心的凸起，還可以為平頂形、尖頂形、或者其他形狀；圖16為本發(fā)明所涉及的第三具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖。由于透鏡圓錐形內(nèi)凹面將LED的光線向側(cè)面折射，沒(méi)有光線入射到凸起的頂面33，因此頂面33不起配光作用，本具體實(shí)施方式中頂面33為平面。圖17為本發(fā)明所涉及的第四具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖。由于透鏡圓錐形內(nèi)凹錐面將LED的光線向側(cè)面折射，沒(méi)有光線入射到配光曲面43，因此曲面43不起配光作用，本具體實(shí)施方式中配光曲面43為圓錐尖頂面。第五至第八具體實(shí)施方式：由于本發(fā)明所涉及的二次光學(xué)透鏡的底部為非光學(xué)表面，其可以為任何表面，上面可以做任何處理，包括普通機(jī)加工面、磨砂面、用來(lái)收集雜光的回復(fù)反射微結(jié)構(gòu)面等。圖18a、18b分別是本發(fā)明所涉及的第五具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖及仰視圖。透鏡的底面附有磨砂面541，其將射向透鏡后方的雜光打散，并部分反射回透鏡的前方，如果其上面涂上白色的漆，則收集雜光的效果會(huì)更理想。圖19a、19b分別是本發(fā)明所涉及的第六具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的剖面圖及仰視圖。透鏡的底面附有90度V型槽的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)面641，其也起回復(fù)反射的作用，將射向透鏡后方的雜光，反射回透鏡的前方。圖20a、20b分別是本發(fā)明第七、八具體實(shí)施方式的二次光學(xué)透鏡的仰視圖。在第七具體實(shí)施方式中，透鏡的底面附有按六邊形排列的圓錐形微結(jié)構(gòu)面741，其起到回復(fù)反射的作用，將射向透鏡后方的雜光，反射回透鏡的前方。在第八具體實(shí)施方式中，透鏡的底面附有按四邊形排列的金字塔形微結(jié)構(gòu)面841，其也起到回復(fù)反射的作用，將射向透鏡后方的雜光，反射回透鏡的前方。除了透鏡的底面之外，第七、八具體實(shí)施方式的其它所有面都與第一具體實(shí)施方式一樣。如圖21a～21d所示，除了二次透鏡的外側(cè)的配光曲面92以及底面94之外，其它所有的特征都與第一具體實(shí)施方式一樣，這里將外側(cè)的配光曲面92設(shè)計(jì)成帶有四邊形的自由曲面，LED光源經(jīng)透鏡的入射面后，再經(jīng)由帶有四邊形自由曲面的外側(cè)曲面射出，使出射的光斑形狀成為四邊形的光形，同樣也可以實(shí)現(xiàn)均勻分布的大角度配光效果。如圖22a～22d所示，除了二次透鏡的外側(cè)的配光曲面102與入射內(nèi)凹面101以及底面104之外，其它所有的特征都與第一具體實(shí)施方式一樣，這里將外側(cè)的配光曲面102設(shè)計(jì)成帶有六邊形的自由曲面，并將透鏡的入射面設(shè)計(jì)成六面錐形內(nèi)凹棱鏡.。LED光源入射到透鏡的六面錐形內(nèi)凹棱鏡后，再經(jīng)由帶有六邊形自由曲面的外側(cè)曲面射出，使出射的光斑形狀為六邊形的光形，同樣也可以實(shí)現(xiàn)均勻分布的大角度配光效果。如圖23所示，除了二次透鏡的外側(cè)的配光曲面112之外，其它所有的特征都與第一具體實(shí)施方式一樣，這里將外側(cè)的配光曲面112設(shè)計(jì)成具有混光作用的蜂窩狀組合曲面。當(dāng)然，配光曲面也可以是菲涅爾曲面或鱗片狀曲面。本發(fā)明涉及一種用于平面液晶顯示的LED直下式背光系統(tǒng)的二次光學(xué)透鏡。該透鏡底部中心部位有一個(gè)圓錐形的內(nèi)凹面，其為入射面；透鏡的頂部有一扁平的配光曲面，其為出射面，曲面可以為連續(xù)光滑的曲面，也可以為帶有混光作用的環(huán)紋衍射面，或者為剖面輪廓線由微小直線段組成的環(huán)紋面或菲涅爾(Fresnel)曲面，或者為四邊形混合自由曲面、六邊形混合自由曲面、具有混光作用的帶有鱗片狀曲面、X及Y方向剖面輪廓不同的混合自由曲面、馬鞍型自由曲面、六邊形混合自由曲以及其他非軸對(duì)稱的自由曲面；所述透鏡頂部的曲面，其中心部位有一明顯的凸起，凸起部分可以為圓弧形、平頂形、或者尖頂形；透鏡的底面為非光學(xué)表面，其可以為任何表面，上面可以做任何處理，包括普通機(jī)加工面、磨砂面、用來(lái)收集雜光的回復(fù)反射微結(jié)構(gòu)面等。另外透鏡的底面還可以裝配有用來(lái)固定的卡腳，根據(jù)需要可以有不同的形狀、大小、及位置，用來(lái)將透鏡固定于LED的電路板上。所述的二次光學(xué)透鏡，從LED芯片發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)錐形內(nèi)凹面11折射后，射向側(cè)面，并入射到透鏡的外側(cè)曲面12上，外側(cè)曲面將出射光線配成光束角的半寬度為±θmax范圍之內(nèi)的光斑分布，θmax角大于或等于80°，即透鏡的光束角全角大于或等于160°。經(jīng)過(guò)透鏡外側(cè)曲面12配光的出射光線，從中間到邊緣，其與光軸OZ的夾角從0°度漸變到θmax角。所述的二次光學(xué)透鏡，透鏡外側(cè)曲面12滿足配光條件：θmax為透鏡的最大配光角度(光束角半寬度)，θmax大于或等于80°。凸起13位于錐面尖頂?shù)恼戏?，由于LED發(fā)出的光線被圓錐形內(nèi)凹面劈開并向側(cè)面折射，從而沒(méi)有光線入射到曲面中間的凸起13，因此凸起部分不起配光作用，其可以為圓弧形、平頂形、圓錐形、或者尖頂形。所述的二次光學(xué)透鏡，其透鏡出射的曲面也可以為帶有混光作用的環(huán)紋衍射面，其混光角度Δτ在2°～15°范圍內(nèi)。所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)可以為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其波峰波谷值H為5～25微米之間，環(huán)紋的間距P為0.05～1.0毫米。所述的二次光學(xué)透鏡，其透鏡出射曲面也可以為剖面輪廓線由微小直線段組成的環(huán)紋面或菲涅爾(Fresnel)曲面。所述的二次光學(xué)透鏡，由于透鏡內(nèi)凹圓錐面將LED的光線向側(cè)面折射，沒(méi)有光線入射到曲面的中心部位的凸起，因此凸起的部分不起配光作用，其透鏡頂部曲面的中心部位的凸起，還可以為平頂形、尖頂形、或者其他形狀。所述的二次光學(xué)透鏡，其底部為非光學(xué)表面，其可以為任何表面，上面可以做任何處理，包括普通機(jī)加工表面、磨砂面、用來(lái)收集雜光的回復(fù)、反射微結(jié)構(gòu)面等，其上面也可以涂上白色的反光漆或加反光片。所述的二次光學(xué)透鏡，其透鏡底部中心部位有一個(gè)圓錐形的內(nèi)凹面，其為入射面，此入射面也可以為帶有混光作用的環(huán)紋衍射面或菲涅爾(Fresnel)曲面，所述的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)可以為波浪形周期性的環(huán)紋微結(jié)構(gòu)，其可以為圓錐形面、四面錐形面、多面錐形面或由圓錐形面和多面錐形面復(fù)合結(jié)構(gòu)。所述的二次光學(xué)透鏡，其出射光斑可以為圓形或四方形，也可以為六邊形或多邊型，也可以為同時(shí)帶有兩種或兩種以上的光斑形狀。所述的二次光學(xué)透鏡，其透鏡的出射曲面可以為圓型曲面，也可以為外輪廓是四邊形或六邊形的自由曲面，或是為外輪廓是多邊形的自由曲面，也以為兩種或兩種以上的曲面復(fù)合在此透鏡的出射曲面上。所述的二次光學(xué)透鏡，其透鏡的入射曲面可以為圓錐形或六面錐形，也可以為由多個(gè)面復(fù)合組成的錐形曲面。所述的二次光學(xué)透鏡，其透鏡的底座可以為圓形或四邊形，也可以六邊形或多邊形。所述的二次光學(xué)透鏡，為更好地達(dá)到配光均勻度，透鏡的出射曲面也可以在注塑成型后用后加工或印涂調(diào)光材料。所述的二次光學(xué)透鏡，可以采用兩種或兩種以上的材質(zhì)組成一體或分體實(shí)現(xiàn)此光學(xué)照明系統(tǒng)。所述的二次光學(xué)透鏡，透鏡的定位卡腳可以為圓形或其它形狀，數(shù)量可以為兩個(gè)或多個(gè)。所述的二次光學(xué)透鏡，透鏡底部收集雜光的非光學(xué)表面，可以有一種或多種曲面構(gòu)成。對(duì)比專利CN101526177A，本發(fā)明提出了一種合理的配光技術(shù)，其可以將所有從LED光源射出的、與光軸夾角為0°～90°范圍的入射光線都配在出射光線與光軸的夾角為0°～θmax的范圍內(nèi)，其中θmax為最大的配光角度，其超過(guò)專利了CN101526177A所述的75°，80°≤θmax≤90°，從而可以獲得混光距離更短的配光，而且光線沒(méi)有射向透鏡的后方，無(wú)光能的損耗。本發(fā)明還可以采用比較陡峭的圓錐形入光面，可以獲得最大光強(qiáng)超過(guò)75度的配光。對(duì)于外側(cè)配光曲面的配光，當(dāng)θ1在10°以內(nèi)時(shí)，其θ5的增加量小于θ1的增加量，用以補(bǔ)償光斑中間的黑影；當(dāng)θ1在10°至θmax之間時(shí)，其θ5的增加量才大于θ1的增加量；而當(dāng)θ1接近θmax直至90°時(shí)，其出射光線與光軸OZ的夾角θ5又慢慢地收斂，這個(gè)范圍內(nèi)的θ5的增加量小于θ1的增加量，因而其可以將LED光源發(fā)出的所有0°～90°范圍的入射光線都均勻的分布在出射角為0°～θmax的范圍內(nèi)，沒(méi)有光能的損耗。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。