CN103062707A - 发光二极管镜片及其光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明是公开一种发光二极管镜片及其光源装置，光源装置包括发光二极管镜片及发光二极管。发光二极管镜片包含光入射面、光出射面与镜片底表面。光出射面包含设置于中央的凹陷部与围绕该凹陷部的凸出部。光入射面为一凹面且包含第一光学作用区及第二光学作用区，两者之间具有一光程变化点。第一光学作用区是设置于光入射面的中央；第二光学作用区是连接第一光学作用区与镜片底表面；光程变化点的位置是满足特定条件。通过发光二极管镜片所构成的光源装置，可形成均匀的碟状光型，以使用于以发光二极管作为光源的背光模块等装置中。

Description

发光二极管镜片及其光源装置

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管镜片及其光源装置，尤其是关于一种适用于液晶显示面板的背光模块，用以形成均匀的碟状光型的发光二极管镜片及其光源装置。

背景技术

液晶显示器是广泛地应用于电视、笔记型电脑、平版型电脑及手机等具有显示功能的电子产品上。于液晶显示器中，已知可采用冷阴极萤光灯(CCFL)、场效发光器(EL)与发光二极管(Light-Emitting Diodes，LED)等可见光源来作为其背光源。近年来，由于LED具有光亮度均匀、使用寿命长、体积自由度大、低电压(或交流)驱动、不需要逆变器及色域宽广等的优点，使得LED渐渐取代传统的冷阴极萤光灯而成为主流的趋势。

LED背光装置是由多个LED排列成与液晶显示器大小相符的阵列。为使显示器各点的光度均匀且尽量没有亮点产生，于现有技术中，主要通过改良覆盖于LED上的光通量控制镜片，使LED的亮度分布均匀。因此，现今采用LED做为背光源的显示器中，如何增进LED背光源的光亮度均匀性或加大光分布范围，则为主要的改善重点，例如专利文献1(美国专利号US7348723B2)、专利文献2(美国专利号US7963680)、专利文献3(美国专利号US7621657)、专利文献4(美国专利US7798679)、专利文献5(美国专利US7866844 B2)、专利文献6(美国专利US7766530)、专利文献7(美国专利US20090116245)、专利文献8(美国专利US7474475)及专利文献9(美国专利US7746565)。

专利文献1公开了一种镜片及光源装置，其光源装置1如图1所示，包含一固定于基板12的发光元件11以及一镜片13。发光元件11是容置于镜片13的半球状凹槽10中，且光束自发光元件11发出后是穿透出镜片13的光出射面130。光出射面130包括第一出光区域130a以及第二出光区域130b，其中第一出光区域130a向光轴略微向下凹曲的凸起配置。光源装置1构成的光型分布如图2，为一近轴区的亮度高于离轴区(Off-Axis Region)亮度的单峰所构成的圆形光型。

然而，如此的光型分布将造成各光源装置1的近轴区过亮而有均光性不足的缺点，使其应用时容易在背光模块产生亮点；且更由于近轴区较亮，使得采用此光源装置1的背光模块必须缩短各光源装置1间的距离，以解决均光性不足的问题。再者，由于显示屏幕趋于薄型化的需求以及成本上的考量，增加光源装置1的散光性以缩短发光元件至液晶面板的距离或增加各发光元件间的距离，是此类光源装置必须改进的问题。然而，若通过增加光出射面130的折射能力以增加光源装置1的散光性，将可能导致菲涅耳反射现象发生，而造成光通量降低。此外，由于光源装置1具有入射角愈大则出射角与入射角比值愈小，以及当入射角大于半功率角的范围(Half-Intensity-Angular-Range)时，入射角等于出射角的特性，造成入射角等于出射角的区域的光被集中，而产生了围绕中央亮点的圆盘亮线。进一步地，为了使此圆盘亮线不明显，需通过降低光源装置1的散光性而克服，亦即此光源装置1难以使散光性与均光性兼备。专利文献3所公开的光源装置类似于专利文献1，其同样具有近轴区过亮且难以达到高散光性要求的缺点。

专利文献6公开了一种光源装置，其光学镜片的入射面及出射面皆设有凸面及凹面，其中各凸面皆设置于光源装置的光轴上，而各凹面是位于镜片的边缘处，且两凸面间及两凹面间的曲率不同，进而形成近似钟型的镜片。然而，其亦为近轴区亮度较高的设计，且由于各凹面是使侧向光束被折射成向上光束，而各凸面是使向上光束被折射成侧向光束，故此类光源装置仍具有均光性及散光性不足的缺点。

专利文献5、7则是进一步的公开了入射面具有锯齿状结构与凹部的光学镜片，以达到散热及避免产生环形光圈的目的，然而其同样为近轴区亮度较高的设计，而无法满足高均光与高散光的需求。

为了加强光源装置的散光性，于专利文献2、4、8及9所公开的光源装置的光学镜片中，其入射侧皆具有凹槽(或凹曲部)且出射侧皆具有设置于中央的凹部与围绕该凹部的凸部。其中，专利文献2的光学镜片的出射面的中央凹部为锥状且入射侧的凹槽为圆头的子弹状，其入射侧的凹槽的开口直径小于高度，并符合特定条件使得中央凹部处仅发生折射而不反射。如此，当专利文献2的光学镜片覆盖于LED上时，会产生一光分布较广且近轴区亮度较弱的光型，然而如此的设计仍然无法达到薄型化的要求。另外，专利文献4虽减低了近轴区的亮度，并通过光入射面的曲面来增进镜片的屈折力并同时达到均光目的，但此类的技术于实际应用时，其所构成的光源装置所发出的光型仍有中央暗区过大的问题，以至于其较难应用于要求更薄型化的显示装置中。

专利文献8、9分别公开了一种光源装置，其发光二极管镜片的面形均较为复杂，不易制造，且其镜片的出射侧的光轴上皆设置有一凹部，且入射至凹部的光束会被全反射至镜片的折射部，由此，减弱近轴区的光强度并增加光的发散角度。然而，专利文献8、9除了有加工繁杂的缺点外，其复合球面的面形还导致镜片的厚度较大且精度较低，不利于薄型显示器的制作。

从广义上来说，除了球面和平面以外的表面都可以称为非球面，包括非对称性的空间曲面(或称自由曲面)。由于非球面镜片在简化光电装置的结构、减小系统的尺寸和重量等方面有显著的作用，因此非球面镜片在各领域的光电仪器中得到愈来愈广泛的应用。

若应用于液晶屏幕的LED组件设计不良时，可能会造成亮点、色差、需高密度布局或增加其他可加强均光等功效的元件的配置的缺点。其中，当LED组件具有近轴区亮度过高的问题时，可能会导致色差而影响液晶屏幕的演色性。此外，高密度布局的LED组件更影响了制造成本、散热及装置寿命，而增加其他元件的配置更影响了显示屏幕的体积。由于显示屏幕趋于薄型化、画质拟真及成本最小化的需求，如何在高均光度的要求下同时增加光源装置的散光性、降低色差并使发光二极管镜片趋于薄型化，为现今LED背光模块的制造商急欲改善的问题。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种发光二极管镜片及其光源装置，以应用于LED背光模块中。由此，形成一近轴区亮度低于离轴区亮度的光型，并提高光发散角度(emission angle)与光强度均匀性，以形成均匀的碟状光型，用以提升显示品质、降低色差及满足高均光、高散光性与薄型化的需求，并有效减少LED光源装置的配置数目进而减少LED背光模块的体积、减少背光模块中热能的累积与降低成本。

根据本发明的目的，提出一种发光二极管镜片，适用于一发光二极管背光源的一光源装置，该光源装置包含一发光二极管及本发明的发光二极管镜片，发光二极管镜片是设置于发光二极管的发光面的上缘。发光二极管镜片包括一光入射面、一光出射面与一镜片底表面，该镜片底表面是自光入射面延伸出并与光出射面相接。光出射面为非球面，且对称于光源装置的一光轴，光出射面包含一凹陷部及一凸出部，其中凹陷部是位于光出射面的中央，凸出部是连接于凹陷部的外围；于较佳实施例中，光出射面的凹陷部可为自凸出部的内缘朝光入射面的方向下凹并于近轴处逐渐与光轴垂直的凹面。光入射面为一凹面，且对称于光轴并包含一第一光学作用区及一第二光学作用区。第一光学作用区是设置于光入射面的中央；而第二光学作用区是连接第一光学作用区与镜片底表面。第一光学作用区与第二光学作用区之间具有一光程变化点，该光程变化点至发光二极管的发光面中心的连线与光轴间具有夹角θ₀。发光二极管镜片的光程变化点满足以下条件：

0.71≥cosθ₀≥0.51    ......式(1)。

其中，将发光二极管的发光面中心至光入射面上任一点的距离定义为发光二极管的发光面中心至该点的光程长，则自光入射面与光轴的交会处起至光程变化点前，光程长渐减短；自光程变化点起，光程长渐增长或保持一定值；即，当发光二极管的发光面中心至光入射面上任一点的连线与光轴的夹角θ＜θ₀时，随着θ渐大，自发光二极管的发光面中心所发出的光束至光入射面的光程长将渐减；当θ≥θ₀时，随着θ渐大，自发光二极管的发光面中心所发出的光束至光入射面的光程长将维持一定值或渐增之一。

较佳地，发光二极管镜片可更满足以下条件，使得本发明的发光二极管镜片可进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置的均光性，即，发光二极管的发光面中心至光程变化点的光程长可为至光入射面与光轴交点的光程长的50％～80％：

$0.5\≤\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OI}}_0}}\≤0.8$ ......式(2)。

其中，

为发光二极管的发光面中心至光入射面与光轴的交点的连线长度；

为发光二极管的发光面中心至光程变化点的距离；若符合式(2)，可使光入射面上光程变化点的切线的斜率控制在适当大小，并控制第一光学作用区中光程长渐缩短的变化量，有助于使进入发光二极管镜片的光线不致于过度发散。。

较佳地，发光二极管镜片可更满足以下条件，使得本发明的发光二极管镜片可进一步地具有适当的屈折力，并控制所发出光型的中央暗区的直径为较适当的大小，以增进光源装置的均光性：

$10\≤\frac{{\tan \mathrm{\θ}}_e}{{\tan \mathrm{\θ}}_k}\≤50$ ......式(3)。

其中，θ_e为光出射面与光轴的交点至光出射面的一至高点的连线与光轴的夹角，而光出射面的至高点是为自光出射面沿着光轴方向至发光二极管的发光面所处的平面具有最大距离的位置；θ_k为光入射面与光轴的交点至光程变化点的连线与光轴的夹角；若符合式(3)，可加大出射面的凹陷部的曲率并缩小入射面的曲率，使相对于光型中心区域的光线不致于过度发散，而达到均光的效果。

较佳地，发光二极管镜片可更满足以下条件，以进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置的均光性：

$\frac{1}{3}\≤\frac{L_3}{0.5*R_E}\≤\frac{1}{2}$ ......式(4)。

其中，L₃为光出射面的至高点沿着垂直于光轴的平面至光轴的距离；R_E为发光二极管镜片的光出射面的直径。若满足式(4)，即光出射面的至高点至光轴的水平距离大于等于发光二极管镜片的半径(0.5*R_E)的三分之一时，可加大凹陷部的相对长度，使出射于凹陷部的光线可以适当分散，避免在近轴区域过度集中；或，当光出射面的至高点至光轴的水平距离小于发光二极管镜片的半径(0.5*R_E)的二分之一时，可限制凹陷部的相对长度，使出射于凹陷部的光线不致于过度发散，而达到均光效果。

于发光二极管镜片中，光入射面的第一光学作用区是为一对称于光轴的非球面，而第二光学作用区是为以发光二极管的发光面中心为圆心的球面。

根据本发明的目的，再提出一种光源装置，其包含如前所述的发光二极管镜片与发光二极管。发光二极管用以发出一光束，且具有一发光面。其中，经由发光二极管镜片的光入射面入射且出射于光出射面的光束是以光轴为中心形成近轴区较暗且离轴区较亮的一光型。

较佳地，光源装置可更满足以下条件，以根据发光二极管的发光面直径(与光源总光通量成正比)来修正发光二极管镜片的光入射面面形，使得本发明的发光二极管镜片及其光源装置可进一步地薄型化，且增进其均光性：

$0.7\≤\frac{(0.5L+m^{\′}{\cos \mathrm{\θ}}_c)}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\θ}}_k}\≤1$ ......式(5)。

其中，θ_k为该光入射面与该光轴的交点至该光程变化点的连线与该光轴的夹角；L为该发光二极管的发光面直径；m’为自该发光二极管的发光面边缘所发出的光束至该光程变化点的最短光程长；θ_c为该发光二极管的发光面边缘至该光程变化点的连线与该发光二极管的发光面所处的平面的夹角；

为该发光二极管的发光面中心至该光程变化点的距离。

于光源装置中，发光二极管镜片的镜片底表面所处的平面可与发光二极管的发光面所处的平面间具有一间距；在不同的应用中，此间距可为发光二极管发光层厚度的1～3倍距离(如0.1～0.3mm)，但不为所限。

于光源装置中，自发光二极管发出的光束是先经过低折射率的介质，再入射至发光二极管镜片，其中低折射率的介质是指折射率较发光二极管镜片的折射率低的介质；在不同的应用中，此介质可为空气、透明的硅胶或混入萤光粉的硅胶(光波长转换元件、WCC、wavelength conversion component)等，但不为所限。

通过本发明的发光二极管镜片及其光源装置，可具有下列一个或多个优点：

(1)通过本发明的发光二极管镜片所构成的光源装置，可产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。此外，更可有效地减少背光模块中的光源装置与其他可加强均光等功效的元件的配置数量，进而减少LED背光模块的体积、减少背光模块中热能的累积与降低成本。

(2)进一步地，通过本发明的式(5)，其代表着发光二极管的发光面长度的一半与发光二极管的发光面中心至光程变化点的光程长乘以光入射面与光轴交点至光程变化点的连线的斜率的法线的比值，以限定光程变化点的位置、夹角θ_k(相当于光入射面中第一光学作用区的面形)与发光二极管的发光面长度的关系，使得本发明的发光二极管镜片及其光源装置可进一步地薄型化，且增进其均光性。

(3)进一步地，通过本发明的式(2)，其代表着自发光二极管的发光面中心所发出的光束至光入射面的最大光程长(即

)与最小光程长(即

)的比值，以限定光入射面的形状，使得本发明的发光二极管镜片可进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置的均光性。

(4)进一步地，通过本发明的式(3)，其相当于镜片的光出射面的凹陷部的近似曲率半径与光入射面的第一光学作用区的近似曲率半径的比值，以限定光出射面的凹陷部与光入射面的第一光学作用区的形状关系，使得本发明的发光二极管镜片可进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置的均光性。

(5)进一步地，通过本发明的式(4)，以限定光出射面中至高点的位置(亦即凹陷部与凸出部的交界处)，由于当式(4)的比值过小时，会提高近轴区的光亮度并可能导致光发散角降低，并容易产生亮圈而导致光均匀性不足；而当式(4)的比值过大时，则有所形成光型的中央暗区直径过大并亦容易产生亮圈，以至于均光性不足的问题，因此式(4)可使得本发明的发光二极管镜片的光出射面可进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置的均光性。

附图说明

图1为现有技术的光源装置的示意图；

图2为现有技术的光源装置的光型示意图；

图3为本发明的发光二极管镜片及其光源装置的结构示意图；

图4为本发明的光源装置的局部放大示意图；

图5为本发明的发光二极管镜片的夹角θ与光束入射至镜片的光入射面的任一点的光程长的关系图；

图6为本发明的发光二极管镜片的夹角θ与光束入射至镜片的光入射面的任一点的光程长的又一关系图；

图7a为本发明的光源装置照射于薄板上的照度曲线图；

图7b为现有技术的光源装置照射于薄板上的照度曲线图；

图8为本发明的光源装置的第一实施例的示意图图；

图9为本发明的光源装置的第一实施例的极坐标光强度分布图；

图10为本发明的光源装置的第二实施例的示意图；

图11为本发明的光源装置的第二实施例的极坐标光强度分布图；

图12为本发明的光源装置的第三实施例的示意图；

图13为本发明的光源装置的第三实施例的极坐标光强度分布图；

图14为本发明的光源装置的第四实施例的示意图；

图15为本发明的光源装置的第四实施例的极坐标光强度分布图；

图16为本发明的光源装置的第五实施例的示意图；

图17为本发明的光源装置的第五实施例的极坐标光强度分布图；

图18为本发明的光源装置的第六实施例的示意图；

图19为本发明的光源装置的第六实施例的极坐标光强度分布图；

图20为本发明的光源装置的第七实施例的示意图；以及

图21为本发明的光源装置的第七实施例的极坐标光强度分布图。

附图标记说明：1：光源装置；10：凹槽；11：发光元件；12：基板；13：镜片；130：光出射面；130a：第一出光区域；130b：第二出光区域；2：光源装置；3：发光二极管；30：基板；31：发光二极管晶片；32：萤光粘胶层；4：发光二极管镜片；40：光入射面；41：光出射面；42：镜片底表面；400：第一光学作用区；401：第二光学作用区；410：凹陷部；411：凸出部；412：垂直部；

Lb：光束；

Z：光轴；

P₀：光程变化点；

E₀：光轴与光出射面的凹陷部的交点；

E_t：光出射面的至高点；

I₀：光入射面与光轴的交点；

O’：光入射面相对于发光二极管的开口中心；

O：发光二极管的发光面中心；

发光二极管的发光面中心至光入射面与光轴的交点的连线长度；

发光二极管的发光面中心至光入射面相对于发光二极管的开口中心的连线长度；

光入射面与光轴的交点至光轴与光出射面的凹陷部的交点的连线长度；

L：发光二极管的发光面直径；

L₂：光出射面的至高点延光轴方向至通过E0且垂直于光轴的平面的距离；

L₃：光出射面的至高点沿着垂直于光轴的平面至光轴的距离；

m’：自发光二极管的发光面边缘所发出的光束至光程变化点的最短光程长；

h：光程变化点沿光轴方向至通过O’且垂直于光轴的平面的距离；

θ₀：光程变化点至发光二极管的发光面中心的连线与光轴间的夹角；

θ_k：光入射面与光轴的交点至光程变化点的连线与光轴间的夹角；

θ_c：发光二极管的发光面边缘至光程变化点的连线与发光二极管的发光面所处的平面的夹角；

θ_e：光出射面与光轴的交点至光出射面的至高点的连线与光轴的夹角。

具体实施方式

为使本发明更加明确详实，兹列举较佳实施例并配合下列图示，将本发明的结构及其技术特征详述如后。

请参阅图3，其为本发明的发光二极管镜片及其光源装置的结构示意图。本发明的光源装置2适用于发光二极管背光模块中，其包括发光二极管3与发光二极管镜片4。发光二极管3包括基板30、发光二极管晶片31以及萤光粘胶层32，而发光二极管晶片31是设置于基板30的一凹部中，且该凹部可填充有萤光粘胶层32，使发光二极管晶片31被覆盖并固定于基板上，并使基板30的凹部的表面做为发光二极管3的发光面。其中，萤光粘胶层32的材料例如为硅氧树脂，并混合有例如萤光粉的波长转换物质。发光二极管镜片4是设置于发光二极管3的发光面的上缘，使发光二极管镜片4的一镜片光轴垂直于发光二极管3的发光面。对于较精确的组合工艺，可使发光二极管镜片4的镜片光轴通过发光二极管3的发光面的几何中心。制作发光二极管镜片4的材料可为玻璃或透明树脂，透明树脂例如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚乳酸(PLA)，但不为所限。为了节省成本，可采用折射率为1.49至1.53的光学塑料。

发光二极管镜片4包括一光入射面40、一光出射面41与一镜片底表面42，其中镜片底表面42是自光入射面40延伸出并与光出射面41相接。如图3所示，发光二极管镜片4可使来自发光二极管3的光束Lb被偏折。于较佳的实施例中，镜片底表面42上可镀有反射层或贴上可反射光的材质，以增加光源装置2的光利用率。于光源装置2中，发光二极管镜片4的镜片底表面42所处的平面可与发光二极管3的发光面所处的平面间具有一间距，如此一来将更有利于散热。其中，镜片底表面42所处的平面与发光二极管3的发光面之间的间距可填入低于发光二极管镜片4折射率的介质，此介质可为空气、透明的硅胶或混入萤光粉的硅胶等，不为所限。

发光二极管镜片4的光出射面41是对称于光源装置2的一光轴Z的非球面，其包含一凹陷部410及一凸出部411，该凹陷部410是位于光出射面41的中央，该凸出部411是连接于凹陷部410的外围。于其中一实施例中，光出射面41可更包括一垂直部412，该垂直部412是大致上与光轴Z平行，并连接于凸出部411外围，其有助于降低杂光现象。设置于镜片中央的凹陷部410是使光束Lb更进一步地往垂直于光轴的方向偏折，以降低光源装置2所发出光型的近轴处亮度，并增加其光发散角度。请同时参阅图3及4，光轴Z与光出射面41的凹陷部410的交点为E₀，于较佳的实施例中，E₀亦为光出射面41的对称中心；光出射面41的凹陷部410与凸出部411的交界处具有一光出射面的至高点Et，其定义为于光出射面41上，自光出射面41沿着光轴Z方向至发光二极管3的发光面所处的平面具有最大距离的对应位置。于较佳的实施例中，为了使发光二极管镜片4的光出射面41具有适当的曲折力，以使光束Lb分布的更均匀同时降低亮圈的产生，并使光源装置2的光发散角度至少为120°，发光二极管镜片4的光出射面41的凹陷部410可为自凸出部411的内缘朝光入射面41的方向下凹并于近轴处逐渐与光轴Z垂直的凹面，且可满足式(4)的条件，以避免当光出射面41的至高点E_t沿着垂直于光轴Z的平面至光轴Z的距离(L₃)与光出射面41的半径(0.5*R_E)的比值过大或过小时，分别造成光源装置2所发出的光型具有明显的中央暗区(亦即中央暗区直径过大)或具有亮圈而使均光性不足的问题。

本发明的发光二极管镜片4的光出射面41为对称于光轴Z的非球面，于本发明的各实施例中，是采用如下的非球面方程式(aspherical surface formula)来表示非球面的形状：

$Z\left(h\right)=\frac{{\mathrm{ch}}^2}{1+\sqrt{(1-(1+K)c^2{h}^2)}}+A_2{h}^2+A_4{h}^4+A_6{h}^6+A_8{h}^8+A_{10}{h}^{10}$ ...式(6)。

其中，Z(h)为镜片的光学面上任一点以光轴方向至镜片中心点切平面的距离(SAG值)，c是非球面顶点的曲率，h为镜片的光学面上任一点沿垂直光轴的方向至光轴的距离，K为圆锥系数(conic constant)、A₂、A₄、A₆、A₈、A₁₀分别二、四、六、八、十阶的非球面修正系数(Nth Order Aspherical Coefficient)。需注意的是，这里所列的非球面方程式仅为非球面形状表现的一种方式，任何可表示轴对称的非球面方程式应当皆可利用以制作出本发明的发光二极管镜片4，而不应当为此所限。

发光二极管镜片4的光入射面40包含一第一光学作用区400及一第二光学作用区401。第一光学作用区400是设置于光入射面40的中央且可为非球面，第二光学作用区401是连接第一光学作用区400与镜片底表面42，且可为非球面或为以该发光二极管3的发光面中心O为圆心的球面。由此，入射第一光学作用区400与第二光学作用区401的光束Lb可依各曲面设计而有不同的偏折效果，以增进光发散角度与光束Lb分布的均匀性。其中，光入射面40相对于发光二极管3所形成的开口直径R_I可略大于基板30。发光二极管3所发出的光束Lb是先经过低折射率的介质，再依序入射至发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41，以增加光源装置2的光发散角度。其中，所述低折射率的介质是指折射率较发光二极管镜片4低的介质，例如空气或硅胶；以下实施例为方便比较说明，则均采用空气介质为说明。本发明的发光二极管镜片4的光入射面40除了可为如图3所示的态样外，亦即，光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3的发光面中心O为凹面，亦可为如图8所示的态样，亦即，光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3的发光面中心O为凸面。

发光二极管镜片4的光入射面40的第一光学作用区400与第二光学作用区401的交界处为一光程变化点P₀，该光程变化点P₀至发光二极管3的发光面中心O的连线与光轴Z间具有夹角θ₀。当发光二极管3的发光面中心O至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜θ₀时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心O所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥θ₀时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心O所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将维持一定值(如图6所示)或渐增(如图5所示)之一。

为了达到本发明的目的，亦即使本发明的光源装置2具有高均光性并使光发散角度至少为120°，本发明的发光二极管镜片4须满足式(1)的条件，以限制光程变化点P₀于光入射面40的位置。其中，由于cosθ₀可由下列方程式所推导出：

${\cos \mathrm{\θ}}_0=\frac{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OI}}_0}*{\tan \mathrm{\θ}}_k-(0.5L+m^{\′}{\cos \mathrm{\θ}}_c)}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\θ}}_k}$ ......式(7)。

因此，本发明的式(1)还同时说明了(发光二极管3的发光面中心O至光入射面40与光轴Z的交点I₀的连线长度)、θ_k(光入射面40与光轴Z的交点I₀至光程变化点P₀的连线与光轴Z的夹角)、L(发光二极管3的发光面直径)、m’(自发光二极管3的发光面边缘所发出的光束Lb至光程变化点P₀的最短光程长)、θ_c(发光二极管3的发光面边缘至光程变化点P₀的连线与发光二极管3的发光面所处的平面的夹角)、

(发光二极管3的发光面中心O至光程变化点P₀的距离)的关系，以说明本发明的光入射面40是如何构成的，以利于制作本发明的发光二极管镜片4。

请参阅图7a，其为本发明的光源装置2照射于相距为22.5mm的薄板(大小为100x100mm)上的照度曲线图；而图7b为以现有技术的光源装置照射于相距为22.5mm的相同薄板上的照度曲线图。相异于现有技术，本发明的光源装置2的照度更均匀，且中央暗区的直径(约为以光轴为中心的两照度峰值间距)较小而适当，以利于用在薄型化的显示装置中。

较佳地，为使本发明的发光二极管镜片4可进一步地薄型化，并控制光源装置2所发出的光型的中央暗区的大小为适中，从而降低色差并增进其均光性，本发明的发光二极管镜片4可进一步地满足式(5)的要求，以根据所要求的发光二极管3的发光面长度来修正光程变化点P₀的位置与夹角θ_k的大小(相当于光入射面中第一光学作用区的面形)。

于其他较佳的实施例中，为使本发明的发光二极管镜片4可进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置2的均光性，本发明的发光二极管镜片4可进一步地满足式(2)的要求，以限定最小光程长(即

)与最大光程长(即

)的比值范围，来说明本发明较佳实施例的发光二极管镜片4的光入射面40的形状，以利于制作本发明的发光二极管镜片4。

另外，为使本发明的光源装置2可应用于薄型显示装置中，于较佳的实施例中，本发明的发光二极管镜片4的光出射面41上任一点沿光轴Z方向至光入射面40或镜片底表面42的距离是小于或等于5mm。

另外，为调整本发明的光源装置2所发出的光型，使其光型的中央暗区的直径与亮度适中，以利于应用于薄型显示装置中，于较佳的实施例中，本发明的发光二极管镜片4可进一步满足式(3)的要求，以限定其光出射面41的凹陷部411与光入射面40的第一光学作用区400的形状关系，使得本发明的发光二极管镜片4可进一步地具有适当的屈折力，以增进光源装置2的均光性。

为说明根据本发明的主要技术特征所衍生的各实施例，以下将列出共7种态样的发光二极管镜片4，然而本发明的发光二极管镜片4的尺寸、各项系数及各组成的数据皆应不为所限。另外，于各实施例中所采用的发光二极管3的发光面的直径L均为2.1mm，发光二极管3的发光面中心O至发光二极管镜片4的光入射面40相对于发光二极管3的开口中心O’的距离

均为0.2mm。

<第一实施例>

请参考图8及图9，其分别为本发明的光源装置的第一实施例示意图及其极坐标光强度分布图(polar candela distribution plot)。

下列表(一)为本例中发光二极管镜片4的光出射面41于式(6)中的各项系数：

表(一)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(二)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如图5所示)及其折射率(N_d)：

表(二)、本实施例发光二极管镜片的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.49的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质所制成，其构成的光源装置的最大有效发散角约为150°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为66°。其中，有效发散角定义为具有最大光通量的半值的临界角。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为48°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜48°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥48°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐增。光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3为一凸面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.717\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 6.072\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{L_3}{0.5*R_E}=& 0.482\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.726\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)、(4)、(5)的要求，但其光出射面41由于凹陷部410的深度较大，而使光束Lb容易于凹陷部410发生全反射，如此一来将可能减低光利用率。另，由于当凹陷部410的tanθ_e与光入射面40的第一光学作用区400的tanθ_k的比值不满足式(3)时，将使其所构成的光源装置2的光型的光发散角较小，且造成所发出的光型的中央暗区的直径较大，因此以下将修正第一实施例以列出效果更佳的第二实施例。

<第二实施例>

请参考图10及图11，其分别为本发明的光源装置的第二实施例示意图及其极坐标光强度分布图。

下列表(三)为本例中发光二极管镜片4的光出射面41于式(6)中的各项系数：

表(三)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(四)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如图5所示)及其折射率(N_d)：

表(四)、本实施例发光二极管镜片4的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.49的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材质所制成，其构成的光源装置的最大有效发散角约为150°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为67°。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为48°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜48°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥48°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐增。光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3为一凸面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.717\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 19.082\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{L_3}{0.5*R_E}=& 0.458\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.726\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)至(5)的要求，由此以产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。由于本实施例中的发光二极管镜片4是符合式(4)，且其凹陷部410较浅而tanθ_e较大，使得光束Lb不易于凹陷部410发生全反射，进而在增加发光二极管镜片4的光出射面41的偏折力的同时，亦使其能维持高度的光利用性，除此之外，还使得本实施例的光源装置2所发出的光型的中央暗区的直径较小而适当，以提高其均光性。

<第三实施例>

请参考图12及图13，其分别为本发明的光源装置的第三实施例示意图及其极坐标光强度分布图。

下列表(五)为本例中发光二极管镜片4的光出射面41于式(6)中的各项系数：

表(五)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(六)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如第5图所示)及其折射率(N_d)：

表(六)、本实施例发光二极管镜片4的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.51的光学塑料所制成，其构成的光源装置2的最大有效发散角约为150°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为68°。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为52.7°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜52.7°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥52.7°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐增。光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3为一凸面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.695\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 17.451\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{L_3}{0.5*R_E}=& 0.476\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.834\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)至(5)的要求，由以产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。由于本实施例中的发光二极管镜片4是符合式(4)，且其凹陷部410较浅而tanθ_e较大，使得光束Lb不易于凹陷部410发生全反射，进而在增加发光二极管镜片4的光出射面41的偏折力的同时，亦使其能维持高度的光利用性，除此之外，还使得本实施例的光源装置2所发出的光型的中央暗区的直径较小而适当，以提高其均光性。

<第四实施例>

请参考图14及图15，其分别为本发明的光源装置的第四实施例示意图及其极坐标光强度分布图。

下列表(七)为本例中发光二极管镜片4的光出射面41于式(6)中的各项系数：

表(七)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(八)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如图5所示)及其折射率(N_d)：

表(八)、本实施例发光二极管镜片的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.49的光学塑料所制成，其构成的光源装置的最大有效发散角约为154°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为69°。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为50°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜50°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥50°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐增。光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3为一凹面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.698\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 17.188\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{L_3}{0.5*R_E}=& 0.477\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.787\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)至(5)的要求，由此以产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。另外，当光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3的发光面中心O为凹面时，相较于凸面(如第一实施例至第三实施例所示)可使光源装置2具有较优良的均匀度。

<第五实施例>

请参考图16及图17，其分别为本发明的光源装置的第五实施例示意图及其极坐标光强度分布图。

下列表(九)为本例中发光二极管镜片4的光出射面41于式(6)中的各项系数：

表(九)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(十)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如图5所示)及其折射率(N_d)：

表(十)、本实施例发光二极管镜片的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.49的光学塑料所制成，其构成的光源装置的最大有效发散角约为154°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为68°。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为48.7°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜48.7°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥48.7°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐增。光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3为一凹面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.705\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 16.855\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{L_3}{0.5*R_E}=& 0.476\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.760\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)至(5)的要求，由此以产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。

<第六实施例>

请参考图18及图19，其分别为本发明的光源装置的第六实施例示意图及其极坐标光强度分布图。

下列表(十一)为本例中发光二极管镜片4的光出射面40于式(6)中的各项系数：

表(十一)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(十二)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如图5所示)及其折射率(N_d)：

表(十二)、本实施例发光二极管镜片的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.53的光学塑料所制成，其构成的光源装置的最大有效发散角约为154°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为68°。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为50°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜50°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥50°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐增。光入射面40的第二光学作用区401相对于发光二极管3为一凹面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.689\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 22.073\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{L_3}{0.5*R_E}=& 0.463\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.785\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)至(5)的要求，由此以产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。另外，相较于第4实施例，本实施例更通过提高式(3)的比值，使得所构成的光源装置2所发出的光束Lb分配的广而均匀，以提升其均匀度。

<第七实施例>

请参考图20及图21，其分别为本发明的光源装置的第七实施例示意图及其极坐标光强度分布图。

下列表(十三)为本例中发光二极管镜片4的光出射面41于式(6)中的各项系数：

表(十三)、本实施例光出射面的非球面系数

下列表(十四)列有本例中发光二极管镜片4的各项数值(如图5所示)及其折射率(N_d)：

表(十四)、本实施例发光二极管镜片的各项数值

本实施例中，发光二极管镜片4是由折射率(N_d)为1.49的光学塑料所制成，其构成的光源装置的最大有效发散角约为156°，发光二极管3的发光面中心至其所发出光型的光强度峰值的连线与光轴Z间的夹角约为70°。发光二极管镜片4的光入射面40上的光程变换点至发光二极管3的发光面中心的连线与光轴Z间的夹角θ₀为45°，故其余弦值符合式(1)。于此实施例中，当发光二极管3的发光面中心至发光二极管镜片4的光入射面40上任一点的连线与光轴Z的夹角θ＜45°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长将渐减；当θ≥45°时，随着θ渐大，自发光二极管3的发光面中心所发出的光束Lb至光入射面40的光程长维持为2.008mm。亦即，第二光学作用区401是以发光二极管3的发光面中心为圆心且半径为2.008mm的球面。发光二极管镜片4的光入射面40与光出射面41的其他的技术特征已载于先前的描述中，故于此便不再赘述。

于本实施例中，式(2)至(5)的计算结果如下：

$\begin{array}{cc}\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}=& 0.609\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 49.47\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{{2L}_3}{R_E}=& 0.365\end{array}$

$\begin{array}{cc}\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}=& 0.936\end{array}$

因此，本实施例的发光二极管镜片4是符合式(2)至(5)的要求，由此以产生近轴区亮度低于离轴区亮度的光型并同时提高光发散角，以改善近轴区过亮的问题及增进色均匀度。另外，相较于第4实施例，本实施例更通过提高式(3)的比值，使得所构成的光源装置2所发出的光束Lb分配的广而均匀，以提升其均匀度。

综上所述，通过本发明的发光二极管镜片及其光源装置，可产生近轴区亮度低、具有高发散角及高均光度的碟状光型。由此，当本发明的发光二极管镜片及其光源装置应用于LED背光模块中时，可有效提升显示品质、降低色差及满足高均光与高散光性的需求，并有效减少LED组件的配置数目进而减少LED背光模块的体积、减少背光模块中热能的累积与降低成本。再者，更可通过式(2)至式(5)的其中一式或其组合来制作出均光性更佳的光源装置，尤其，用以修正光源装置所发出的碟状光型的中央暗区需为适当的大小，以进一步提升其发散角度、均光性、修正色差并且使其易于使用在薄型的显示器中。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的申请专利范围中。

Claims (10)

1.一种发光二极管镜片，其特征在于，适用于一发光二极管背光源的一光源装置，该光源装置包含一发光二极管及该发光二极管镜片，该发光二极管镜片是设置于该发光二极管的一发光面的上缘；

该发光二极管镜片包括一光入射面、一光出射面与一镜片底表面，该镜片底表面是自该光入射面延伸出并与该光出射面相接；该光出射面为非球面，且对称于该光源装置的一光轴，该光出射面包含一凹陷部及一凸出部，该凹陷部是位于该光出射面的中央，该凸出部是连接于该凹陷部的外围；

该光入射面为一凹面，且对称于该光轴并包含一第一光学作用区及一第二光学作用区；该第一光学作用区是设置于该光入射面的中央，该第二光学作用区是连接该第一光学作用区与该镜片底表面，该第一光学作用区与该第二光学作用区之间具有一光程变化点，该光程变化点至该发光二极管的该发光面中心的连线与该光轴间具有夹角θ₀；该发光二极管镜片的该光程变化点满足以下条件：

0.71≥cosθ₀≥0.51；

其中，该发光二极管的该发光面中心至该光入射面上任一点的连线与该光轴的夹角为θ，当θ＜θ₀时，随着θ渐大，自该发光二极管的该发光面中心所发出的一光束至该光入射面的光程长将渐减；当θ≥θ₀时，随着θ渐大，自该发光二极管的该发光面中心所发出的该光束至该光入射面的光程长将维持一定值或渐增之一。

2.根据权利要求1所述的发光二极管镜片，其特征在于，更满足以下条件：

$0.5\&le;\frac{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OI}}_0}}\&le;0.8;$

其中，

为该发光二极管的该发光面中心至该光程变化点的距离；

为该发光二极管的该发光面中心至该光入射面与该光轴的一交点的连线长度。

3.根据权利要求1所述的发光二极管镜片，其特征在于，更满足以下条件：

$10\&le;\frac{{\tan \mathrm{\&theta;}}_e}{{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}\&le;50;$

其中，θ_e为该光出射面与该光轴的交点至该光出射面的一至高点的连线与该光轴的夹角，而该光出射面的该至高点是自该光出射面沿着该光轴方向至该发光二极管的该发光面所处的平面具有最大距离的位置；θ_k为该光入射面与该光轴的该交点至该光程变化点的连线与该光轴的夹角。

4.根据权利要求1所述的发光二极管镜片，其特征在于，该光入射面的该第一光学作用区为一对称于该光轴的非球面，而该第二光学作用区是以该发光二极管的该发光面中心为圆心的一球面。

5.根据权利要求1所述的发光二极管镜片，其特征在于，该光出射面的该凹陷部为自该凸出部的内缘朝该光入射面的方向下凹并于近轴处逐渐与该光轴垂直的凹面，且满足以下条件：

$\frac{1}{3}\&le;\frac{L_3}{0.5*R_E}\&le;\frac{1}{2};$

其中，L₃为该光出射面的一至高点沿着垂直于该光轴的平面至该光轴的距离，而该光出射面的该至高点是自该光出射面沿着该光轴方向至该发光二极管的发光面所处的平面具有最大距离的位置；R_E为该发光二极管镜片的该光出射面的直径。

6.根据权利要求1所述的发光二极管镜片，其特征在于，该光出射面上任一点沿该光轴方向至该光入射面或该镜片底表面的距离是小于或等于5mm。

7.一种光源装置，其特征在于，包含：

一发光二极管，具有一发光面，用以发出一光束；以及

根据权利要求1至6的任一项所述的一发光二极管镜片，其是设置于该发光二极管的该发光面的上缘，该发光二极管镜片包含一光入射面、一光出射面与一镜片底表面，该镜片底表面是自该光入射面延伸出并与该光出射面相接；

其中，经由该发光二极管镜片的该光入射面入射且出射于该光出射面的该光束是以该光源装置的一光轴为中心形成一近轴区较暗且一离轴区较亮的一光型。

8.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，更满足以下条件：

$0.7\&le;\frac{(0.5L+m^{\&prime;}{\cos \mathrm{\&theta;}}_c)}{\stackrel{\&OverBar;}{{\mathrm{OP}}_0}*{\tan \mathrm{\&theta;}}_k}\&le;1;$

其中，θ_k为该发光二极管镜片的该光入射面与该光轴的一交点至该光入射面的一光程变化点的连线与该光轴的夹角；L为该发光二极管的该发光面直径；m’为自该发光二极管的该发光面边缘所发出的该光束至该光程变化点的最短光程长；θ_c为该发光二极管的该发光面边缘至该光程变化点的连线与该发光二极管的该发光面所处的平面的夹角；

为该发光二极管的发光面中心至该光程变化点的距离。

9.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，该发光二极管镜片的该镜片底表面所处的平面是与该发光二极管的该发光面所处的平面间具有一间距。

10.根据权利要求7所述的光源装置，其特征在于，该发光二极管发出的该光束是先经过低折射率的一介质，再入射至该发光二极管镜片，其中该介质是指折射率较该发光二极管镜片的折射率低的介质。

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