(10)申请公布号 CN 102252263 A
(43)申请公布日 2011.11.23C N 102252263 A
*CN102252263A*
(21)申请号 201110091309.2
(22)申请日 2011.04.12
F21V 5/00(2006.01)
G02F 1/13357(2006.01)
(71)申请人陕西科技大学
地址710021 陕西省西安市未央区大学园
(72)发明人宁铎 吴涛 黄建兵 田敏 张婷
(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任
公司 61200
代理人
陆万寿
(54)发明名称
(57)摘要
一种由线光源获得面光源的光学装置，包括
放置于大气环境中的台阶形全反射面和锯齿状出
干组平行的入射光源，该平行的入射光源的光线
垂直于光密介质，所述的台阶形全反射面与入射
光线的垂线之间的夹角为入射光从该光密介质到
空气介质发生全反射时的临界角α，所述的锯齿
状出射面与水平面之间的夹角为该光密介质到空
气介质发生全反射时的临界角α。其中线光源从
侧面入射，经过装置下面台阶形全反射面折射后，
从上面锯齿状出射面垂直射出，从而完成线光源
到面光源的转换，可广泛应用于液晶电视的背光
源以及实验装置等领域。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页
1.一种由线光源获得面光源的光学装置，其特征在于：包括放置于大气环境中且具有台阶形全反射面(1)和锯齿状出射面(2)结构的光密介质(3)，在该光密介质(3)的一侧放置有若干组平行的入射光源(4)，该平
行的入射光源(4)的光线垂直入射于光密介质(4)，所述的台阶形全反射面(1)与入射光线的垂线之间的夹角为入射光从该光密介质到光疏介质(空气)发生全反射时的临界角α，所述的锯齿状出射面(2)与水平面之间的夹角为该光密介质到空气介质发生全反射时的临界角α。
2.根据权利要求1所述的由线光源获得面光源的光学装置，其特征在于：所述的光密介质(3)采用导光性好且折射率高的环氧树脂制成。
一种由线光源获得面光源的光学装置
技术领域
[0001] 本发明属于光学领域，具体涉及一种能够将线光源转换成面光源的光学装置，可广泛应用于LCD(液晶显示器)背光源等场合。
背景技术
[0002] 将LED形成的近似线光源转换成均匀的面光源，有着广阔的应用前景。如液晶显示器(LCD)正在以其优良的性能广泛应用在电视机和显示器等领域。但是液晶是一种介乎于液体和晶体之间的物质，本身并不发光，而是通过电压来改变其分子排列状态，即给液晶施加不同的电压就能控制光线的通过量，从而显示多种多样的图像。因为液晶本身并不会发光，因此所有的LCD都需要背光照明。目前LCD的背
光源几乎都是CCFL(Cold CathodeFluorescent Lamps，冷阴极荧光灯)。由于冷阴极荧光灯不是面光源，因此为了实现背光源均匀的亮度输出，LCD的背光模组还要搭配扩散片、导光板、反射板等众多辅助器件，从而导致背光源的结构复杂，成本上升，厚度增加。即便如此，要获得如CRT般均匀的亮度输出依然非常困难。另外，大部分LCD在显示全白或全黑画面时，屏幕边缘和中心亮度的差异十分明显就成为其突出的缺陷。因此当LCD产业努力开拓新应用领域的同时，背光技术的高性能化(如高亮度、高均匀性、低成本、低耗电、轻薄化等)是极为重要的。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，根据光的全反射原理以及可逆性，提供了一种由线光源获得面光源的光学装置。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括放置于大气环境中且具有台阶形全反射面和锯齿状出射面结构的光密介质，在该光密介质的一侧放置有若干组平行的入射光源，该平行的入射光源的光线垂直入射于光密介质，所述的台阶形全反射面1与入射光线的垂线之间的夹角为入射光从该光密介质到光疏介质(空气)发生全反射时的临界角α，所述的锯齿状出射面与水平面之间的夹角为该光密介质到空气介质发生全反射时的临界角α。
[0005] 所述的光密介质采用导光性好且折射率高的环氧树脂制成。
[0006] 根据LCD线光源实际上具有一定高度而非理想的一条线的特点，本发明中采用有全反射面和出射面的光密介质放置于大气环境中构成，其中线光源从侧面入射，经过装置下面台阶形全反射面折射后，从上面锯齿状出射面垂直射出，从而完成线光源到面光源的转换。
附图说明
[0007] 图1是面光源转换成线光源的光路二维示意图；
[0008] 图2是线光源转换成面光源的光路二维示意图。
具体实施方式
[0009] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0010] 参见图1，当由若干个A、B、C、D、E、F沿着前后方向延伸组成宽度为W的线光源时，其线光源的强度主要取决于LED光源的数量；而线光源的长度就是W。
[0011] 同样，对于图2所示的一维示意图，当具有一定高度的线光源沿着前后方向延伸组成其宽度为W时，将形成宽度为W、长度由锯齿状出射面多少决定的平面光源，并且其强度与入射线光源H有关。
[0012] 参见图1，因为若干组LED型平行光源即发光芯片A、B、C、D、E、F和G以临界角入射到环氧树脂与空气二种光媒介质界面时，能够产生全反射而形成线光源H，如图1所示。那么根据几何光学的可逆性原理，在出射处放置一组由LED构成的具有一定高度的线光源H将平行光线射入，并且通过台阶形全反射面1全反射后，同样将有平行光线A、B、C、D、E、F 和G从环氧树脂材料正面均匀射出而形成均匀的面光源，如图2所示。从而实现了把线光源转换成面光源的目的。
[0013] 本发明正是基于此原理设计的，本发明包括放置于大气环境中的台阶形全反射面1和锯齿状出射面2的光密介质即环氧树脂3，在该光密介质3的一侧放置有若干组平行的入射光源4，该平行的入射光源4的光线垂直于光密介质4，所述的台阶形全反射面1与入射光线的垂线之间的夹角为入射光从该光密介质到空气介质发生全反射时的临界角α，所述的锯齿状出射面2与水平面之间的夹角为该光密介质到空气介质发生全反射时的临界角α。
[0014] 对于液晶电视中背光源来说，当然出射角度α越小越好，理想情况是当α＝0时垂直射出玻璃平面最好，实际上由于光学材料限制，α一般都在30°左右甚至更大，但是如果采用左右以及上下这种对称结构的相互补偿的方法，仍然能够保证背光源的均匀性能。
[0015] 如果光媒质1即空气和光媒质2即环氧树脂的折射率分别为n和n/，根据斯涅尔定律：
[0016] sinα/sinα/＝＝n//n
[0017] 那么当发生全反射时，折射角α/＝＝90°，这时对应的入射角α就是临界角
α
0，所以可以计算出：α
＝＝arcsin(n//n)
[0018] 例如当选用添加了二氧化钛后折射率为n＝1.82的环氧树脂作为封装材料；则在空气中，n/＝1.0，所以在环氧树脂与空气界面发生全反射时，α/＝90°，代入上式：[0019] α＝33.7°
[0020] 即对于以上光学参数的材料构成如图1所示封装结构中的LED光源，只要在封装时保证发光芯片发出的线光束以此方式进入环氧树脂，则将会以临界角α＝33.7°出射角均匀出射，从而实现把LED线光源转换成面光源。
图1
图2
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