CN101988640B - 光源装置及应用其的背光模组 - Google Patents

Abstract

一种光源装置及应用其的背光模组，该光源装置，包含一适于沿一光轴发出一光束的光源及一设置于光束的传递路径上的透镜。透镜包含一中空结构及一导光部，光束的一部份适于沿光轴并经由中空结构穿透透镜，导光部围绕中空结构设置且具有一出光面，中空结构贯穿导光部，光束的另一部份经由导光部传递至出光面射出。一种采用此光源装置的背光模组亦被提出。本发明可获得较佳的均匀光强度分布。

Description

光源装置及应用其的背光模组

【技术领域】

本发明是关于一种光源装置及应用其的背光模组，且特别是关于一种具有均匀光强度分布的光源装置及应用其的背光模组。

【背景技术】

近年来，高效率省电、高寿命照明的光源装置已成为发展的趋势。发光二极管(LED)光源正逐步取代传统的光源装置，广泛的应用于显示照明、室内夜灯、手电筒、户外交通号标志、车辆用灯、看板等领域。然而，一般发光二极管光源发出的光束具有指向性，亦出光均匀度不够，因此发光二极管光源发出的光束需要搭配透镜装置才能提高射出光束的均匀度，但实际应用于各种条件下的发光二极管光源于提高出光均匀度方面，仍存在诸多的挑战。

为提高发光二极管光源的出光均匀度，中国台湾专利第TW521870号提出一种改进设计，如图1所示，光源装置10内部有发光二极管产生的光线，其中部分光线经过光源装置10顶部的凸透镜折射后成彼此平行的出射光，但是部分射向四周的光线则因折射后，光线向两侧大角度出射而导致其与经由顶部出射的光线的出光强度不均匀，由此可见设计尚有改进的空间。

【发明内容】

本发明在于提供一种具有均匀光强度分布的光源装置。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部份或全部目的或其他目的，本发明提供一种光源装置，包括：

一光源，适于沿一光轴发出一光束；以及

一透镜，设置于该光束的传递路径上，该透镜包含：

一中空结构，其中该光束的一部份沿该光轴并经由该中空结构穿透该透镜；以及

一导光部，围绕该中空结构设置且具有一出光面，其中该中空结构贯穿该导光部，该光束的另一部份经由该导光部传递至该出光面射出。

本发明还提供一种背光模组，包括：

一壳体，具有一开口；

至少一光源装置，设置于该壳体内，且该光源装置包括：

一光源，适于沿一光轴发出一光束；以及

一透镜，设置于该光束的传递路径上，该透镜包含：

一中空结构，其中该光束的一部份沿该光轴并经由该中空结构穿透该透镜；以及

一导光部，围绕该中空结构设置且具有一出光面，其中该中空结构贯穿该导光部，该光束的另一部份经由该导光部传递至该出光面射出；以及

至少一光学元件，设置于该壳体的该开口，覆盖该光源装置。

承上所述，本发明的一实施例提出一种光源装置，其包含一光源以及一透镜，光源适于沿一光轴发出一光束；透镜设置于光束的传递路径上，此透镜包含一中空结构和一导光部，光束的一部份沿光轴并经由中空结构穿透透镜，导光部围绕中空结构设置且具有一出光面，中空结构贯穿导光部，光束的另一部份经由导光部传递至出光面射出。

在本发明的一实施例中，导光部是依光轴对称分布。

在本发明的一实施例中，导光部的出光面的外围形状呈圆形或方形。

在本发明的一实施例中，光源具有至少一发光二极管，发光二极管设置于中空结构中。

在本发明的一实施例中，导光部更具有相连的第一表面和第二表面，其中，第一表面和第二表面共同界定中空结构。第一表面和第二表面夹有一夹角，且夹角朝向中空结构凸出。导光部更具有一第三表面，且第一表面、第二表面、第三表面及出光面共同界定导光部。上述出光面与第三表面各为一全反射面。光束的另一部份是穿透第一表面而进入导光部。

本发明的一实施例另提出一种背光模组，其包含上述的至少一光源装置、一壳体及至少一光学膜片，壳体具有一开口，光源装置设置于壳体内，且光学膜片设置于壳体的开口，以覆盖光源装置。

基于上述，本发明的实施例的光源装置采用具有中空结构和围绕中空结构设置的导光部的透镜，使发光二极管所发出的光线可近似垂直导光部的出光面射出透镜，借此获得较佳的均匀光强度分布。此外，由于本发明的实施例的光源装置具有较佳的均匀光强度分布，因此在应用至背光模组中，可提供较短的混光距离，借此缩小背光模组的厚度，达到轻量化的目的。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

【附图说明】

图1为现有一种光源装置的示意图。

图2为本发明的一实施例的光源装置的侧视图。

图3为图2的光源装置的俯视图。

图4为图2的光源装置的透镜的立体图。

图5为图2的光源装置所发出的光束的路径示意图。

图6为图2的光源装置在距发光二极管的出光面上方9毫米处的水平面上的光强度分布图。

图7为本发明的另一实施例的光源装置的侧视图。

图8为图7的光源装置的俯视图。

图9为图7的光源装置阵列排布示意图。

图10为图9的光源装置在距发光二极管的出光面上方9毫米处的水平面上的光强度分布图。

图11为本发明的一实施例的背光模组的侧视图。

10、100、101：光源装置

110：透镜

111：中空结构

112：导光部

113：第一表面

114：第二表面

115：第三表面

116、1161：出光面

210：发光二极管

120：光轴

300：背光模组

310：壳体

311：开口

320：光学膜片

【具体实施方式】

下列各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明。

图2为本发明的一实施例的光源装置的侧视图。图3为图2的光源装置的俯视图。图4为图2的光源装置的透镜的立体图。请一并参照图2、图3和图4，本发明的一实施例的光源装置100包含一光源以及一透镜110。光源具有至少一发光二极管210，发光二极管210适于沿一光轴120发出一光束，透镜110设置于光束的传递路径上，其包括一中空结构111和一导光部112。光束的一部份沿光轴120方向并经由中空结构穿透透镜110，在本实施例中，发光二极管210设置于中空结构111中，但不以此为限。导光部112围绕中空结构111设置并依光轴120对称分布，导光部112具有一第一表面113、一第二表面114、一第三表面115及一出光面116，其中，中空结构111贯穿导光部112，由发光二极管210所发出的光束的另一部份经由导光部112传递至出光面116射出。在本实施例中，第一表面113与第二表面114相连接，出光面116连接第二表面114，第三表面115连接第一表面113与出光面116，借此共同界定导光部112，且导光部112的第一表面113及第二表面114共同界定中空结构111。换言之，透镜110由第一表面113与第二表面114隔离区分出中空结构111与导光部112。此外，由发光二极管210所发出的光束的另一部份是穿透第一表面113而进入导光部112中，并借由导光部112传递至出光面116而射出透镜110外。导光部112的出光面116的外围形状可呈一圆形，但本发明不以此为限。

在本实施例中，导光部112的第一表面113与第二表面114之间夹有一夹角，且此夹角朝向中空结构111凸出，因此第二表面114可为一环绕光轴120的斜面，斜面可延展而形成相交于一顶点的锥面，发光二极管210是位于第二表面114所形成的锥面的顶点，借此避免发光二极管210发出的光束经由第二表面114入射进导光部112中，而降低光束由中空结构111出射的发光亮度，意即发光二极管210发出的光束会经由中空结构111直接穿透透镜110及由导光部112的第一表面113进入透镜110。在本实施例中，第一表面113与第二表面114之间的夹角大致为90度，然并不限定于90度。

导光部112的第三表面115与出光面116各为一全反射面。根据全反射定律，当光束入射到全反射面时，若入射角小于全反射角，光束会产生折射；若入射角大于全反射角，光束会产生全反射。因此，发光二极管210所发出的光束的另一部份是穿透第一表面113而进入导光部112中，并经由出光面116与第三表面115全反射后，沿近似垂直出光面116的方向由出光面116射出透镜110，借此获得较均匀照度(如图5所示)。在另一实施例中，出光面116可以是一斜面，且出光面116的外围处高于出光面116的中心处。然而，在其他实施例中，出光面116亦可以为一垂直光轴120的水平面，借以达到更佳的均匀光束效果。

图6为图2的光源装置100在距发光二极管210的出光面上方9毫米处的垂直光轴120的水平面上的光强度分布图。请参考图5与图6，x轴和y轴分别为发光二极管210的出光面116上方9毫米的水平面上的两个相互垂直的轴向，z轴为平行光轴120的轴向，在x轴和y轴上分别抽取17个点，并分别测量该些点的光强度，其分布如图6所示，其中，横轴表示所抽取的点，纵轴表示光强度。由图6中可看出，沿x轴所抽取的17个点(图6中虚线部分)与沿y轴所抽取的17个点(图6中实线部分)，其光强度分布都维持在一个较小的变化范围内，因此，本发明的实施例的光源装置具有较佳的均匀光强度分布。

图7为本发明的另一实施例的光源装置的侧视图，图8为图7的光源装置的俯视图，图9为数个光源装置阵列排布示意图。本实施例的光源装置101与上述的光源装置100类似，两者的差异如下所述。当数个出光面116的外围呈圆形的光源装置100阵列排布时，两相邻的光源装置100之间的间隙会因圆形与圆形相靠，导致彼此之间的间隙较大，因此造成的暗区也会较大，且其空间利用性差。请参考图7至图9，本实施例的光源装置101的出光面1161的外围呈方形，当数个光源装置101阵列排布时，两相邻的光源装置101的侧边可紧贴，从而使光源装置101紧密排布，借此避免两相邻光源装置101之间的间隙所造成的暗区。此外，请参考图10，其沿x轴所抽取的16个点(图10中虚线部分)与沿y轴所抽取的16个点(图10中实线部分)，其光强度分布都维持在一个较小的变化范围内，因此，本发明的实施例的光源装置具有较佳的均匀光强度分布。

图11为本发明的一实施例的背光模组的侧视图。请参考图11，背光模组300包括上述的光源装置100(在其它实施例亦可用光源装置101替代)、一壳体310及至少一光学膜片320，壳体具有一开口311，光源装置100设置于壳体310内，且光学膜片320设置于壳体310的开口311，以覆盖光源装置100。在本实施例中，光学膜片320可为一扩散元件且背光模组300为一直下式背光模组。由于本发明的实施例的光源装置100具有较佳的均匀光强度分布，其混光距离较短，因此可缩短背光模组300的光学膜片320距壳体310的底部的高度，意即可缩小背光模组300的厚度，以达到轻量化的目的。

综上所述，本发明的实施例的光源装置采用具有中空结构和围绕中空结构设置的导光部的透镜，使发光二极管所发出的光线可近似垂直导光部的出光面射出透镜，借此获得较佳的均匀光强度分布。此外，由于本发明的实施例的光源装置具有较佳的均匀光强度分布，因此在应用至背光模组中，可提供较短的混光距离，借此缩小背光模组的厚度，达到轻量化的目的。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。

Claims (10)

1.一种光源装置，包括：

一光源，适于沿一光轴发出一光束；以及

一透镜，设置于该光束的传递路径上，该透镜包含：

一中空结构，其中该光束的一部份沿该光轴并经由该中空结构穿透该透镜；以及

一导光部，围绕该中空结构设置且具有一出光面及相连的一第一表面及一第二表面，其中该第一表面与该第二表面夹有一夹角并共同界定该中空结构，且该夹角朝向该中空结构凸出，该中空结构贯穿该导光部，该光束的另一部份经由该导光部传递至该出光面射出。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：该导光部是依该光轴对称分布。

3.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：该导光部的该出光面的外围形状呈圆形。

4.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：该导光部的该出光面的外围形状呈方形。

5.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：该光源具有至少一发光二极管，该发光二极管设置于该中空结构中。

6.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：该导光部还具有一第三表面，且该第一表面、该第二表面、该第三表面及该出光面共同界定该导光部。

7.如权利要求6所述的光源装置，其特征在于：该出光面与该第三表面各为一全反射面。

8.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：该光束的该另一部分是穿透该第一表面而进入该导光部。

9.一种背光模组，包括：

一壳体，具有一开口；

至少一光源装置，设置于该壳体内，且该光源装置包括：

一光源，适于沿一光轴发出一光束；以及

一透镜，设置于该光束的传递路径上，该透镜包含：

一中空结构，其中该光束的一部份沿该光轴并经由该中空结构穿透该透镜；以及

一导光部，围绕该中空结构设置且具有一出光面及相连的一第一表面及一第二表面，其中该第一表面与该第二表面夹有一夹角并共同界定该中空结构，且该夹角朝向该中空结构凸出，该中空结构贯穿该导光部，该光束的另一部份经由该导光部传递至该出光面射出；以及至少一光学元件，设置于该壳体的该开口，覆盖该光源装置。

10.如权利要求9所述的背光模组，其特征在于：该导光部是依该光轴对称分布。

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