CN105137581A - 光学透镜及应用该光学透镜的发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光学透镜及应用该光学透镜的发光装置。光学透镜包括底面、出光面及全反射面。全反射面从底面往外且往出光面方向延伸。通过全反射面，使被全反射面反射的光线的出光角度小于150度，以补充暗带区域一光强。

Description

光学透镜及应用该光学透镜的发光装置

技术领域

本发明涉及一种光学透镜及应用该光学透镜的发光装置，且特别是涉及一种具有全反射面的光学透镜及应用该光学透镜的发光装置。

背景技术

传统的光学透镜用以扩大光线的出光角度，使出光光线的照射范围扩大。然而，扩大角度的出光容易导致从小角度出光光线强度不足的问题，进而发生暗带现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学透镜及应用该光学透镜的发光装置，可补充暗带区域的不足光强。

根据本发明的一实施例，提出一种光学透镜。光学透镜包括一底面、一出光面及一全反射面。全反射面从底面往外且往出光面方向延伸。其中，通过全反射面，使被全反射面反射的光线的出光角度小于150度，以补充暗带区域的不足光强。

根据本发明的另一实施例，提出一种发光装置。发光装置包括一电路板、一光学透镜及一发光元件。光学透镜设于电路板上且包括一底面、一出光面及一全反射面。全反射面从底面往外且往出光面方向延伸。其中，通过全反射面，使被全反射面反射的光线的出光角度小于150度，以补充暗带区域的不足光强。发光元件设于光学透镜内。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下：

附图说明

图1A为本发明一实施例的发光装置的俯视图；

图1B为图1A中沿方向1B-1B’的剖视图；

图2为图1B的光线的出光角度与出光强度的关系图；

图3为图1B的第二光束L2的场形图；

图4为图1B中沿方向4-4’的剖视图；

图5为本发明另一实施例的反射片的剖视图；

图6为本发明另一实施例的发光装置的俯视图；

图7为本发明另一实施例的发光装置的剖视图；

图8为本发明另一实施例的发光装置的剖视图。

符号说明

100：发光装置

110：发光元件

120、320、420：光学透镜

121：透镜本体

121b：底面

121r：凹槽

121s1：入光侧面

121s2：入光顶面

121s3：入光平面

121u：出光面

121u1：内凹面

121u2：弧面

122：凹部

122s1：全反射面

122s2：内侧面

122s3：外边界面

130：反射片

130b：反射底面

130s1：第一反射侧面

130s2：第二反射侧面

130r：凹部

140：电路板

240：反射隔板

A1、A2：出光角度

A3、A4、A5、A6、A7、A8：夹角

C1：中心线

C2、C3：连线

DA1：暗带区域

L1：第一光束

L2：第二光束

P1：第一交点

P2：第二交点

P3：发光点

S1、S2：曲线

具体实施方式

请参照图1A及图1B，图1A绘示依照本发明一实施例的发光装置的俯视图，而图1B绘示图1A中沿方向1B-1B’的剖视图。发光装置100例如是直下式背光模块的一部分，其包括数个发光元件110、数个光学透镜120、反射片130及电路板140。此外，本发明实施例的光学透镜120及反射片130不限于应用在直下式背光模块，其也可应用侧光式背光模块，或背光模块以外的其它照明装置。

发光元件110例如是发光二极管。本实施例中，数个发光元件110设于电路板140上，且排列成阵列状。另一实施例中，数个发光元件110可排列成任意形状。发光元件110设于对应的光学透镜120内，使发光元件110所发射光线可穿透光学透镜120出光，进而产生对应的光学效果，如改变出光光线的出光角度。

如图1B所示，区域DA1的光强相对于周边而言为不足，因此称为暗带。暗带区域DA1的范围可大于光学透镜120的最大外径，然而也可小于光学透镜120的最大外径。由于本发明实施例光学透镜120的设计，使出光光线补充暗带区域DA1不足的光强，可减少图1B所示的暗带区域DA1的范围或甚至消除整个暗带区域DA1。

出光光线包括第一光束L1及第二光束L2，其中第一光束L1的出光角度A1小于+/-75度(或说是小于150度)。由于第一光束L1的出光范围涵盖整个暗带区域DA1，因此可补充暗带区域DA1的不足光强。一实施例中，第一光束L1的出光角度A1可介于+/-50度之间或+/-70度之间，该角度范围大致上符合暗带区域DA1的角度范围，使得大部分或甚至全部的第一光束L1可补充暗带区域DA1的不足光强。

图2绘示图1B的光线的出光角度与出光强度的关系图。曲线S1表示发光元件110的发光光线通过图1B的光学透镜120出光的出光角度与出光强度的关系曲线，而曲线S2表示发光元件的发光光线通过现有光学透镜出光的出光角度与出光强度的关系曲线。比较曲线S1及S2可知，由于全反射面122s1的设计，使第一光束L1补充暗带区域DA1的不足光强。

如图1B所示，光学透镜120还包括透镜本体121及凹部122。透镜本体121具有凹槽121r、底面121b及出光面121u。凹槽121r从底面121b往出光面121u方向延伸。凹部122从透镜本体121的底面121b往出光面121u方向延伸，且包括全反射面122s1及内侧面122s2。

通过凹部122的全反射面122s1的设计，第一光束L1从凹槽121r的内侧面122s2穿透透镜本体121后入射至全反射面122s1，然后从全反射面122s1反射至出光面121u，再从出光面121u折射出光。进一步地说，由于全反射面122s1的设计，使自全反射面122s1反射的第一光束L1与中心线C1之间的出光角度A1小于+/-75度，以补充该角度范围的出光强度，进而缩小或消除暗带区域。此处的中心线C1是光学透镜120的几何中心线，光学透镜120的结构可相对中心线C1呈对称。此外，发光元件110的发射光线的光轴大致上可与中心线C1重合。

如图1B所示，本实施例中，全反射面122s1从底面121b往外且往出光面121u的方向延伸。全反射面122s1是一曲面，本实施例中，全反射面122s1的斜率从中心线C1往远离中心线C1的方向渐小，使入射至全反射面122s1的光线可被全反射。其它实施例中，全反射面122s1可以由平面或平面与曲面的组合所建构。只要可以使入射至全反射面122s1的光线被反射光线即可，本发明实施例并不限定全反射面122s1的轮廓。

此外，全反射面122s1与内侧面122s2相交于一第一交点P1(以剖面来看是交于一点，实际上是相交于一线)。本实施例中，第一交点P1是全反射面122s1的顶点，内侧面122s2从第一交点P1垂直地延伸至底面121b。凹槽121r包括入光侧面121s1及入光顶面121s2，其中入光侧面121s1与入光顶面121s2相交于第二交点P2(以剖面来看是交于一点，实际上是相交于一线)。中心线C1与底面121b相交于一发光点P3。发光点P3与第一交点P1的连线C2相对底面121b的夹角A3小于、等于或大于发光点P3与第二交点P2的连线C3相对底面121b的夹角A4。夹角A3与夹角A4的比例可依据暗带所需要的光强而定。举例来说，当暗带区域DA1大于一预设范围时，夹角A3可接近、等于或甚至可超过夹角A4，以反射较多的第一光束L1；当暗带区域DA1小于一预设范围时，夹角A3可小于夹角A4，以反射较少的第一光束L1。上述的预设范围例如是暗带区域DA1的直径与光学透镜120的外径的比值，如介于0.8至1.5之间的任意数值。

本实施例中，凹槽121r的入光侧面121s1连接于入光顶面121s2，且从底面121b往出光面121u的方向实质上垂直地延伸。另一实施例中，入光侧面121s1可相对底面121b倾斜。

此外，凹槽121r还包括一入光平面121s3，入光平面121s3位于凹槽121r的最底端。中心线C1通过入光平面121s3。由于光轴大致上与中心线C1重合，使沿光轴行进的光线可入射至入光平面121s3。此外，由于入光平面121s3的平面设计，使沿光轴行进的光线可通过入光平面121s3而穿透透镜本体121，然后经由出光面121u出光。

如图1B所示，出光面121u包括内凹面121u1及弧面121u2，其中弧面121u2位于出光面121u的最底部，且连接于内凹面121u1。弧面121u2可提升出光面121u的成形性或制造性(相对于尖角而言)。此外，由于出光面121u的轮廓设计，使从出光面121u出光的第二光束L2的出光角度A2扩大，一实施例中，第二光束L2的出光角度A2大于+/-90度。就出光面121u的轮廓而言，出光面121u的斜率从中心线C1往远离中心线C1的方向渐小，使从出光面121u折射的光线的出光角度可以扩大。此外，出光面121u可以由曲面、平面或其组合所建构。只要可以使折射光线的出光角度扩大即可，本发明实施例并不限定出光面121u的轮廓。

图3绘示图1B的第二光束L2的场形图。由图可知，第二光束L2的场形的最大光强相对光轴的夹角A2大于+/-90度，即第二光束L2出光角度大于180度。

图4绘示图1B中沿方向4-4’的剖视图。反射片130具有凹部130r，发光元件110位于凹部130r内。凹部130r包括反射底面130b及第一反射侧面130s1，其中第一反射侧面130s1从反射底面130b往外倾斜地延伸。第二光束L2从光学透镜120出光后射向反射片130的反射底面130b，然后从反射底面130b反射至反射片130的第一反射侧面130s1，再从第一反射侧面130s1反射至导光板(未绘示)。由于第二光束L2的出光角度A2大于+/-90度，会使第二光束L2先入射至反射片130的反射底面130b，然后再反射至第一反射侧面130s1，这样可使从第一反射侧面130s1反射的第二光束L2与中心线C1的夹角A5相对较小(相较于第二光束L2的出光角度A2等于或小于+/-90度而言)；如此一来，自第一反射侧面130s1反射的第二光束L2可辅助补充暗带区域DA1的不足光强，以消除部分暗带区域DA1。

由于自第一反射侧面130s1反射的第二光束L2可辅助补充暗带区域DA1的不足光强，使光学透镜120需要补充暗带区域DA1不足光强的范围缩小。进一步地说，由于第二光束L2的出光角度A2大于+/-90度，使自第一反射侧面130s1反射的第二光束L2提供光强给暗带区域DA1的一部分，进而使图1B的暗带区域DA1的范围缩小；如此一来，第一光束L1所需补充的暗带区域DA1的范围缩小，使第一光束L1的出光角度A1可以设计得较小。

此外，本实施例中，第一反射侧面130s1与底面130b之间的夹角A6介于90度与180度之间，使从发光装置100上方出光光线的出光角度较广(相较于夹角A6接近45度或小于90度而言)。

图5绘示依照本发明另一实施例的反射片的剖视图。本实施例的反射片130包括第一反射侧面130s1及第二反射侧面130s2，第一反射侧面130s1从反射底面130b往外倾斜地延伸，而第二反射侧面130s2从第一反射侧面130s1往外倾斜地延伸。第一反射侧面130s1与反射底面130b的之间夹一夹角A7，第二反射侧面130s2与反射底面130b之间夹一夹角A8，其中夹角A7与夹角A8相异。一实施例中，第一反射侧面130s1与反射底面130b的之间夹角A7介于90度至170度之间，而第二反射侧面130s2与反射底面130b之间的夹角A8介于100度至180度之间，使从光学透镜120出光的光线L经过第一反射侧面130s1及反射底面130b的多次反射，以提升从反射片130出光的均匀性。

图6绘示依照本发明另一实施例的发光装置的俯视图。发光装置200包括发光元件110(未绘示)、光学透镜120、反射片130及至少一反射隔板240。由于反射隔板240具有反光特性，因此可反射发光元件110的出光光线。反射隔板240位于至少二光学透镜120之间。相较于图1A的设计，本实施例的反射隔板240占据图1A的至少一光学透镜120及发光元件110的位置，如此可减少光学透镜120及发光元件110的用量，进而减少光学透镜120及发光元件110的成本。

图7绘示依照本发明另一实施例的发光装置的剖视图。发光装置300包括发光元件110、光学透镜320及反射片130。光学透镜320包括透镜本体121及凹部122，其中凹部122包括全反射面122s1及内侧面122s2，其中全反射面122s1与内侧面122s2相交于第一交点P1。与上述光学透镜120不同的是，本实施例的内侧面122s2从第一交点P1往下且往外倾斜地延伸至底面121b，使内侧面122s2相对底面121b倾斜。相似地，通过全反射面122s1的设计，使自全反射面122s1反射的第一光束L1可补充暗带区域DA1的不足光强。

图8绘示依照本发明另一实施例的发光装置的剖视图。发光装置400包括发光元件110、光学透镜420及反射片130。光学透镜420包括透镜本体121及凹部122，其中透镜本体121包括凹槽121r、底面121b及出光面121u。凹槽121r包括入光侧面121s1及入光顶面121s2，其中入光侧面121s1从底面121b往出光面121u及往中心线C1的方向延伸。本实施例中，入光侧面121s1与入光顶面121s2相切，使入光侧面121s1与入光顶面121s2平滑地连接。

与上述光学透镜120及320不同的是，本实施例的凹部122省略内侧面122s2。此外，透镜本体121具有一外边界面122s3，全反射面122s1从底面121b往外且往出光面121u的方向延伸至外边界面122s3，使全反射面122s1成为光学透镜420的另一外边界面。相似地，通过全反射面122s1的设计，使自全反射面122s1反射的第一光束L1可补充暗带区域DA1的不足光强。

综上所述，虽然结合以上优选实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种光学透镜，包括：

底面；

出光面；以及

全反射面，从该底面往外且往该出光面方向延伸；

其中，通过该全反射面，使被该全反射面反射的光线的出光角度小于150度，以补充暗带区域的不足光强。

2.如权利要求1所述的光学透镜，还包括：

透镜本体，具有凹槽、该底面及该出光面，该凹槽从该底面往该出光面方向延伸；以及

凹部，从该透镜本体的该底面往该出光面方向延伸，且包括该全反射面。

3.如权利要求1所述的光学透镜，其中该透镜本体具有一中心线，该光学透镜还包括：

入光平面，该中心线通过该入光平面。

4.如权利要求1所述的光学透镜，还包括一中心线及入光侧面及入光顶面，该凹部还包括内侧面，该全反射面与该内侧面相交于一第一交点，该入光侧面与该入光顶面相交于一第二交点，该中心线与该底面相交于一发光点，该发光点与该第二交点的连线相对该底面的夹角大于该发光点与该第一交点的连线相对该底面的夹角。

5.如权利要求1所述的光学透镜，还包括凹槽，该凹槽包括入光顶面及入光侧面，该入光侧面从该入光顶面垂直地延伸至该底面。

6.如权利要求1所述的光学透镜，还包括凹槽及一中心线，该凹槽包括入光顶面及入光侧面，该入光侧面从该入光顶面往远离该中心线的方向延伸至该底面。

7.如权利要求1所述的光学透镜，其中该全反射面是该光学透镜的外边界面。

8.一种发光装置，包括：

电路板；

如权利要求1至7中任一项所述的光学透镜，设于该电路板上；以及

发光元件，设于该光学透镜内。

9.如权利要求8所述的发光装置，还包括：

反射片，具有底面、第一反射侧面及第二反射侧面，该第一反射侧面相对该底面的夹角与该第二反射侧面相对该底面的夹角相异。

10.如权利要求8所述的发光装置，还包括：

多个该光学透镜；

多个该发光元件，设于对应的该光学透镜内；以及

反射隔板，隔离该些光学透镜及该些发光元件。