CN117255959A - 光学元件、光源模组与显示装置 - Google Patents

Abstract

一种光学元件、光源模组与显示装置，该光学元件包括相位绕射光栅与振幅绕射光栅。相位绕射光栅包括中央凹部与多个环形台阶。这些环形台阶围绕中央凹部。中央凹部与这些环形台阶形成凹槽，其中光源设置在凹槽内，并朝向光学元件发出光线。各个环形台阶具有台阶面。各个台阶面包括多个呈同心圆状排列的环形微结构。至少一个环形台阶的各个环形微结构的宽度小于或等于光线的四分之一波长。振幅绕射光栅包括中央凸部与多个环形部。中央凸部对准中央凹部。这些环形部围绕中央凸部。

Description

光学元件、光源模组与显示装置 技术领域

本发明涉及光学元件、光源模组与显示装置，且特别是涉及可促使光线均匀出射的光学元件以及包括此光学元件的光源模组与显示装置。

背景技术

目前，已存在采用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为光源的显示器。这种显示器通常需要配备光均匀化元件，例如扩散片(diffuser)，来均匀化光线，以使这些发光二极管(LED)所发出的光线可以均匀出射。因此，许多业者致力于研究改善不同光学原理的光均匀化元件，以达到出光均匀化的效果，进而提升显示器的影像质量。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种光学元件，其入光面与出光面应用近场光绕射原理而达到出光均匀化的效果。

本发明至少一个实施例提供一种光学元件，其利用近场绕射来均匀化光线。

本发明至少一个实施例提供一种光源模组，其包括上述光学元件。

本发明至少一个实施例提供一种显示装置，其包括上述光源模组。

本发明至少一个实施例所提供的光学元件具有入光面以及相对于入光面的出光面，其中至少一个光源适于朝向入光面发出光线。光学元件包括至少一个相位绕射光栅与至少一个振幅绕射光栅。相位绕射光栅包括中央凹部与多个环形台阶。这些环形台阶围绕中央凹部，并呈同心圆状排列。中央凹部与这些环形台阶形成入光面。入光面定义凹槽，并且为此凹槽的内表面，其中各个环形台阶具有第一台阶面。各个第一台阶面包括多个呈同心圆状排列的环形微结构。至少一个环形台阶上的各个环形微结构的宽 度小于或等于光线的四分之一波长。振幅绕射光栅包括中央凸部与多个环形部。中央凸部对准中央凹部。这些环形部围绕中央凸部，并呈同心圆状排列。中央凸部与这些环形部形成出光面。

在本发明至少一个实施例中，上述振幅绕射光栅在入光面上垂直投影出投影区域，而相位绕射光栅完全位在投影区域内。

在本发明至少一个实施例中，各个环形部的宽度小于或等于光线的波长。

在本发明至少一个实施例中，上述光源具有顶面。上述环形台阶高于光源的顶面的环形台阶属于第一群组，其中第一群组中的各个第一台阶面与光源的顶面之间具有第一夹角。第一群组中的第一夹角从中央凹部朝向远离中央凹部的方向而递减。

在本发明至少一个实施例中，上述环形台阶低于光源的顶面的环形台阶属于第二群组，其中第二群组中的各个第一台阶面与光源的顶面之间具有第二夹角。第二群组中的第二夹角从中央凹部朝向远离中央凹部的方向而递增。

在本发明至少一个实施例中，上述中央凸部与这些环形部形成凹槽。

在本发明至少一个实施例中，上述光学元件更具有表面，其中入光面凹设于表面，且出光面相对于表面。各个环形部具有第二台阶面，而各个第二台阶面与表面之间的垂直距离从中央凸部朝向远离中央凸部的方向而递减。

在本发明至少一个实施例中，这些环形台阶的宽度彼此相等。

在本发明至少一个实施例中，同一个第一台阶面中的这些环形微结构的宽度彼此相等。

在本发明至少一个实施例中，这些环形部的宽度彼此相等。

在本发明至少一个实施例中，上述中央凹部的底部至光源的顶面之间的垂直距离小于4毫米。

在本发明至少一个实施例中，上述光学元件更包括入光层、出光层与中央层。入光层具有入光面，其中相位绕射光栅凹设于入光层。出光层具有出光面，其中振幅绕射光栅形成于出光层。中央层配置在入光层与出光 层之间。

在本发明至少一个实施例中，上述中央层的折射率小于入光层的折射率或出光层的折射率。

本发明另一实施例所提供的光源模组包括上述光学元件与发光组件，其中发光组件包括至少一个光源，而光源设置于由入光面所定义的凹槽内。

在本发明至少一个实施例中，上述光源为单色光源(monochromatic light source)。

在本发明至少一个实施例中，上述光源所发出的光线的波长介于400奈米至500奈米之间，而各个环形微结构的宽度介于100奈米至125奈米之间。

在本发明至少一个实施例中，上述光源具有光轴，而彼此对准的中央凸部与中央凹部同轴(coaxial)，其中中央凹部的中心轴与光轴重合。

本发明另一实施例所提供的显示装置包括光源模组与显示面板，其中显示面板相对于光源模组而设置。

基于上述，由于至少一个环形台阶上的各个环形微结构的宽度小于或等于光源所发出的光线的四分之一波长，因此相位绕射光栅能对此光线产生近场绕射，以分散光线。振幅绕射光栅能将上述被分散的光线准直(collimating)，以使光线均匀地出射，由此光源模组能适合应用于显示器，以提升显示器的影像质量。

附图说明

为了更完整地了解实施例及其优点，现在参照附图做出下列描述，其中：

图1A是本发明至少一个实施例的光源模组的立体示意图；

图1B是沿图1A中的线1B-1B所剖切的剖面示意图；

图1C是图1B中的光源模组的局部放大示意图；

图1D是图1A中的光学元件在其入光面的局部立体示意图；

图1E是图1C中的光源模组的局部放大示意图；

图2A是本发明至少一个实施例的光源模组的仰视示意图；

图2B是图2A中的光源模组的俯视示意图；

图2C是图2A中的光源模组的剖面示意图；以及

图3是本发明至少一个实施例的显示装置的示意图。

具体实施方式

在下文中，为了清楚地呈现本发明的技术特征，附图中的元件(例如层、膜、基板以及区域等)的尺寸(例如长度、宽度、厚度与深度)会以不等比例的方式放大，且有的元件数量会减少。因此，下文实施例的说明与解释不受限于附图中的元件数量以及元件所呈现的尺寸与形状，而应涵盖如实际制程及/或公差所导致的尺寸、形状以及两者的偏差。例如，附图所示的平坦表面可具有粗糙及/或非线性的特征，而附图所示的角可以被圆角化。所以，本发明的附图所呈示的元件主要用于示意，并非旨在精准地描绘出元件的实际形状，也非用于限制本发明的申请专利范围。

其次，本文中所出现的「约」、「近似」或「实质上」等这类用语不仅涵盖明确记载的数值与数值范围，而且也涵盖本发明所属技术领域的普通技术人员所能理解的可允许偏差范围，其中此偏差范围可由测量时所产生的误差来决定，而此误差例如是起因于测量系统或制程条件两者的限制。此外，「约」可表示在上述数值的一个或多个标准偏差内，例如±30％、±20％、±10％或±5％内。本文中所出现的「约」、「近似」或「实质上」等这类用语可依光学性质、蚀刻性质、机械性质或其他性质来选择可以接受的偏差范围或标准偏差，并非单以一个标准偏差来套用以上光学性质、蚀刻性质、机械性质以及其他性质等所有性质。

本发明所揭露的光学元件具有入光面以及相对于入光面的出光面，并可供至少一个光源使用。上述光源适于朝向入光面发出光线，包括至少一个相位绕射光栅与至少一个振幅绕射光栅，利用拉曼效应建构建设性干涉(例如近场绕射)条件，其中相位绕射光栅主要用以产生光程差并提高绕射效率，而振幅绕射光栅则用以衍生波动光学的叠加效应。相位绕射光栅包括中央凹部与多个环形台阶。这些环形台阶围绕中央凹部，并呈同心圆状排列。中央凹部与这些环形台阶形成入光面。入光面定义为凹槽，并且 为此凹槽的内表面，其中各个环形台阶具有第一台阶面。各个第一台阶面包括多个呈同心圆状排列的环形微结构。振幅绕射光栅包括中央凸部与多个环形部。中央凸部对准中央凹部。这些环形部围绕中央凸部，并呈同心圆状排列。中央凸部与这些环形部形成出光面。更详言之，当相位绕射光栅的宽度与光源的波长相当时，波动光学的效应将更加显著。

藉由相位绕射光栅而形成的入光面，本发明的光学元件能接收光源所发出的光线，而相位绕射光栅能将此光线分散，以使一部分光线能沿着较大的出射角从入光面进入至光学元件内。在光学元件内传递的光线朝向由振幅绕射光栅而形成的出光面前进，并从出光面出射，其中振幅绕射光栅能准直被相位绕射光栅分散的光线，以达到出光均匀化的效果。

此外，在相位绕射光栅中，至少一个环形台阶上的各个环形微结构的宽度小于或等于光源所发出的光线的四分之一波长，因此可产生相位偏移，而相位绕射光栅能对此光线产生近场绕射，以分散光线。振幅绕射光栅能将上述被分散的光线准直，以使光线均匀地出射，从而使光源模组能够适合应用于显示器，以提升显示器的影像质量。

为了使本发明的上述特征和优点更加明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，做出如下详细说明。

图1A是本发明至少一个实施例的光源模组的立体示意图。请参阅图1A，光源模组100包括发光组件110以及光学元件200，其中光学元件200相对于发光组件110设置，光学元件200与发光组件110彼此堆叠。光学元件200具有邻接发光组件110的表面S22，其中表面S22的一部分可以是平面。

光学元件200包括振幅绕射光栅210，其中振幅绕射光栅210相对于表面S22。换句话说，振幅绕射光栅210与表面S22分别位于光学元件200的相对两侧。振幅绕射光栅210包括中央凸部211以及多个环形部212，其中这些环形部212围绕中央凸部211，并且呈同心圆状排列，如图1A所示。

发光组件110会朝向光学元件200发光，而光学元件200整体是透明的，所以发光组件110所发出的光线会穿透光学元件200，并且从中央凸部211与这些环形部212出射。因此，中央凸部211以及这些环形部212 可以形成光学元件200的出光面S21，其中出光面S21相对于表面S22。

图1B是沿图1A中的线1B-1B所剖切的剖面示意图。请参阅图1A与图1B，这些环形部212的宽度212w可以实质上彼此相等，其中各个环形部212的宽度212w为此环形部212的外环直径与内环直径的差值的一半。换句话说，在单一个环形部212中，宽度212w基本上等于环形部212的内边缘(未标示)至外边缘(未标示)之间的距离。宽度212w可以是水平宽度，即宽度212w可以是环形部212投影在水平方向D1上的宽度(即外环直径与内环直径的差值的一半)。此外，在图1B所示的实施例中，表面S22可以平行于水平方向D1，所以宽度212w也可以是环形部212投影在表面S22上的宽度。

须说明的是，由于受到制程限制的影响，这些环形部212的宽度212w难免彼此会有些微的不相等，因此在允许的公差(tolerance)范围内，这些宽度212w可以允许不相等。另外，在振幅绕射光栅210中，中央凸部211与这些环形部212可以形成凹槽，其中位于振幅绕射光栅210的出光面S21能定义上述凹槽，并且为凹槽的内表面，而此内表面包括凹槽的壁面与底面。由此可知，出光面S21可以是一种凹面。

光学元件200不仅具有出光面S21，而且还具有相对于出光面S21的入光面229，其中入光面229凹设于表面S22，所以入光面229也可以是一种凹面。因此，入光面229能定义另一个凹槽，并且为此凹槽的内表面，其包括壁面与底面。此外，由于入光面229凹设于表面S22，所以表面S22在入光面229以外的那部分可以是平面。

发光组件110可以包括至少一个光源111与电路基板112，其中电路基板112可以是印刷电路板或具有控制电路的主动元件阵列基板。光源111能朝向入光面229发光，且可以是发光二极管，例如微型发光二极管(micro LED，μLED)或次毫米发光二极管(mini LED)。光源111装设(mounted)在电路基板112上，并设置于由入光面229所定义而成的凹槽内，其中光源111可以用覆晶(flip chip)或打线(wire bonding)方式装设在电路基板112上。光学元件200的表面S22，特别是平面部分有利于贴附固定于电路基板112上。

光学元件200还包括相位绕射光栅220，其中，相位绕射光栅220包括中央凹部221与多个环形台阶222。相位绕射光栅220位于振幅绕射光栅210的相对位置处，所以相位绕射光栅220与振幅绕射光栅210分别形成于光学元件200的相对两侧。振幅绕射光栅210可以在入光面229与表面S22上垂直投影出投影区域P12。

具体而言，投影区域P12是振幅绕射光栅210沿着垂直方向D2投影在入光面229与表面S22上而成的，其中垂直方向D2与水平方向D1垂直。从图1B来看，相位绕射光栅220完全位在投影区域P12内，所以沿着垂直方向D2，振幅绕射光栅210与相位绕射光栅220重合，并凸出于相位绕射光栅220的所有边缘，其中振幅绕射光栅210的面积也明显大于相位绕射光栅220的面积。

各个环形台阶222具有第一台阶面222a，而各个环形部212具有第二台阶面212b，其中第二台阶面212b为斜面。在同一个振幅绕射光栅210中，各个第二台阶面212b与表面S22之间的垂直距离VD2从中央凸部211朝向远离中央凸部211的方向而递减，其中图1B所示的垂直距离VD2平行于垂直方向D2，而垂直距离VD2可以等同于光学元件200的厚度。

各个第二台阶面212b具有内边缘(未标示)以及围绕内边缘的外边缘(未标示)，其中内边缘比外边缘更接近中央凸部211。由于各个垂直距离VD2从中央凸部211朝向远离中央凸部211的方向而递减，所以在同一个第二台阶面212b中，内边缘相对于表面S22的高度会高过外边缘相对于表面S22的高度，如图1B所示。

图1C是图1B中的光源模组的局部放大示意图，而图1D是图1A中的光学元件在其入光面的局部立体示意图。请参阅图1C与图1D，中央凹部221与这些环形台阶222形成入光面229，其中这些环形台阶222围绕中央凹部221，并呈同心圆状排列。各个第一台阶面222a包括多个呈同心圆状排列的环形微结构R22，所以各个环形微结构R22也围绕中央凹部221。

在图1C与图1D所示的实施例中，相位绕射光栅220可以包括四个环形台阶222，所以相位绕射光栅220可以包括偶数个环形台阶222。在其他实施例中，相位绕射光栅220所包括的环形台阶222数量还可以是八个、 十六个等，所以环形台阶222数量不受图1C与图1D的限制。此外，各个第一台阶面222a可包括四个环形微结构R22，如图1C与图1D所示。

此外，从图1C来看，这些环形台阶222与电路基板112之间的距离并不彼此相等。以图1C为例，这些环形台阶222与电路基板112之间的距离变化从中央凹部221朝向远离中央凹部221的方向而减少。所以，直径越大的环形台阶222越接近电路基板112，而直径越小的环形台阶222越远离电路基板112。

中央凸部211对准中央凹部221，其中彼此对准的中央凸部211与中央凹部221同轴(coaxial)。也就是说，中央凸部211与中央凹部221两者的中心轴彼此重合。此外，光源111具有光轴A11，而中央凹部221与中央凸部211两者的中心轴皆与光轴A11重合。所以，图1C中的光轴A11可以视为中央凹部221与中央凸部211两者的中心轴。

这些环形台阶222的宽度222w可以实质上彼此相等，而同一个第一台阶面222a中的这些环形微结构R22的宽度W22也可以实质上彼此相等。在本实施例中，每一个环形台阶222中的每一个环形微结构R22的宽度W22相等。不过，受到制程限制的影响，这些宽度222w难免彼此会有些微的不相等，而同一个第一台阶面222a中的这些宽度W22也难免彼此会有些微的不相等。不过，在允许的公差范围内，这些宽度222w可允许不相等，而这些宽度W22也可允许不相等。

光源111能朝向入光面229发出光线L11，其中光源111可为单色光源，所以光线L11可以是单色光，并具有窄光谱线宽(narrow spectral linewidth)。在本实施例中，光源111所发出的光线L11的波长可介于400奈米至500奈米之间，例如500奈米或400奈米。因此，光线L11的颜色可为蓝绿色(例如波长约为500奈米)、蓝色或紫色。或者，光线L11也可以是不可见光，例如紫外光(例如波长约为400奈米)。

至少一个环形台阶222上的各个环形微结构R22的宽度W22小于或等于光线L11的四分之一波长。以图1C为例，在各个环形台阶222中，各个环形微结构R22的宽度W22小于或等于光线L11的四分之一波长。当光线L11的波长介于400奈米至500奈米之间时，各个环形微结构R22的宽度 W22可以介于100奈米至125奈米之间，例如100奈米、125奈米或110奈米。

各个环形部212的宽度212w可以小于或等于光线L11的波长，其中光源111具有顶面111t，而深度D22可以是中央凹部221的底部至顶面111t之间的垂直距离，并且可小于4毫米，如图1C所示。由于入光面229所定义的凹槽设计，因此有助于减少光源模组100与光学元件200的厚度，以使光源模组100能满足现有行动装置(例如智能手机与平板计算机)的薄型化发展趋势。此外，光源111的光线L11可以从顶面111t出射，因此顶面111t也是光源111的出光面。在另一实施例中，为了加大光源的出光角，也可以选择从侧面(未标示)与顶面111t出射光线的光源111。

光学元件200可还包括入光层201、出光层202与中央层203，其中，中央层203配置在入光层201与出光层202之间。入光层201具有入光面229，所以相位绕射光栅220凹设并形成于入光层201。出光层202具有出光面S21，所以振幅绕射光栅210凹设并形成于出光层202。入光层201与出光层202两者可以由相同材料制成。例如，入光层201与出光层202皆可由紫外光硬化胶所制成，其中入光层201与出光层202两者的折射率可以约为1.61。此外，相位绕射光栅220与振幅绕射光栅210两者皆可用压印方式形成，或是采用卷对卷加工(Roll-to-Roll processing)，将滚轮圆周表面上的特征形状直接压印在入光层201与出光层202的表面而成。

中央层203可以由高分子材料所制成，其中此高分子材料例如是聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)，PMMA)或甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(Methyl Methacrylate Styrene Copolymer，MS)。聚碳酸酯(PC)的折射率约为1.57，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的折射率约为1.49，而甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(MS)的折射率约为1.59。

由此可知，中央层203的折射率可以介于1.4至1.6之间，例如1.49、1.57与1.59。因此，中央层203的折射率可以小于入光层201的折射率或出光层202的折射率(例如入光层201与出光层202的折射率皆约为1.61)，使得光线L11在中央层203与入光层201之间的界面可以符合近场绕射的 入射角搭配，以便振幅绕射光栅210能准直被相位绕射光栅220分散的光线，以达到出光均匀化的效果。

图1E是图1C中的光源模组的局部放大示意图，其中图1E仅描绘图1C中的光源模组100的左半部。请参阅图1E，这些环形台阶222分布于顶面111t的上方与下方，其中高于顶面111t的环形台阶222属于第一群组G11，而低于顶面111t的环形台阶222属于第二群组G12。以图1E为例，在四个环形台阶222中，两个环形台阶222高于顶面111t，而两个环形台阶222低于顶面111t，所以第一群组G11具有两个环形台阶222，而第二群组G12具有两个环形台阶222。

须说明的是，本实施例是依据第一台阶面222a与顶面111t之间的相对位置来分类这些环形台阶222。详细而言，第一台阶面222a高于顶面111t的环形台阶222属于第一群组G11，而第一台阶面222a低于顶面111t的环形台阶222属于第二群组G12。

第一群组G11中的各个第一台阶面222a与光源111的顶面111t之间具有第一夹角A01，而第二群组G12中的第一台阶面222a与光源111的顶面111t之间具有第二夹角A02。从图1E来看，第一群组G11中的第一夹角A01从中央凹部221朝向远离中央凹部221的方向而递减。所以，最接近中央凹部221的第一夹角A01最大，最远离中央凹部221的第一夹角A01最小。第二群组G12中的第二夹角A02从中央凹部221朝向远离中央凹部221的方向而递增。所以，最接近中央凹部221的第二夹角A02最小，而最远离中央凹部221的第二夹角A02最大。换句话说，本实施例中的每个环形台阶222的第一台阶面222a与光源111的光轴之间的夹角，具有随着环形台阶直径越大而夹角渐增的特性，以使光学元件200的入光面229可以均匀地接收近场绕射的光线L11。

请参阅图1C，由于相位绕射光栅220包括这些环形台阶222，而各个环形台阶222包括这些环形微结构R22，其中各个环形微结构R22的宽度W22小于或等于光线L11的四分之一波长，因此相位绕射光栅220能对光线L11产生近场绕射，以使光线L11被分成多阶光线，例如0阶、1阶、2阶以及3阶光线等。如此，相位绕射光栅220可以分散光线L11，以使光 线L11不会集中在光学元件200内。

这些环形微结构R22可以增加光程差，以使相位绕射光栅220能将光线L11分成更多阶光线(即上述多阶光线)，增加绕射角，从而有效均匀化光线L11。振幅绕射光栅210能将由相位绕射光栅220所产生的多阶光线准直，以使光线L11能从出光面S21均匀地出射，进而让光源模组100有利于作为显示器的光源。

特别一提的是，以上图1A至图1E所描绘的光学元件200各自包括一个振幅绕射光栅210与一个相位绕射光栅220，而发光组件110包括一个光源111。然而，在其他实施例中，光学元件也可以包括多个振幅绕射光栅与多个相位绕射光栅，而发光组件可以包括多个光源，例如图2A所示的光源模组500。

图2A是本发明至少一个实施例的光源模组的仰视示意图，而图2B是图2A中的光源模组的俯视示意图。请参阅图2A与图2B，光源模组500包括光学元件600与发光组件，其中光源模组500的发光组件包括多个光源111。此外，本实施例的发光组件还可以包括电路基板(例如电路基板112，图2A与图2B未绘示)，其中，这些光源111皆装设在电路基板112上。

光学元件600可以包括多个振幅绕射光栅210与多个相位绕射光栅220，其中这些相位绕射光栅220可呈矩阵排列(如图2A所示)，而这些振幅绕射光栅210也可呈矩阵排列(如图2B所示)。这些光源111分别配置于这些相位绕射光栅220中，其中这些光源111的数量可以等于这些相位绕射光栅220的数量。此外，从图2B可以看出，这些振幅绕射光栅210彼此邻接，其中相邻两个振幅绕射光栅210的边缘可彼此连接，如图2B所示。

这些振幅绕射光栅210分别对准这些相位绕射光栅220，因此这些振幅绕射光栅210的中央凸部211的中心轴与这些相位绕射光栅220的中央凹部221(未标示)的中心轴实质上彼此重合。此外，这些光源111、相位绕射光栅220与振幅绕射光栅210三者数量可以相等。

图2C是图2A中的光源模组的剖面示意图。请参阅图2C，当光源模组500中的这些光源111发光时，这些光源111的光线L11会入射于这些相位绕射光栅220，并且被这些相位绕射光栅220绕射。各光线L11具有 多个波前(wavefront)W11，而相位绕射光栅220能使光线L11的波前W11形成非平面波，如图2C所示的球面波。这些光线L11的波前W11会彼此叠加(superposed)，以使这些光源111的光线L11能彼此干涉。

当这些彼此干涉的光线L11入射于这些振幅绕射光栅210时，这些振幅绕射光栅210能改变光线L11的波前W11，以使从振幅绕射光栅210出射的光线L11的波前W11能形成平面波(如图2C所示)。如此，这些彼此干涉的光线L11能被振幅绕射光栅210均匀化，以至于这些光源111所发出的光线L11能从这些振幅绕射光栅210均匀地出射。

另外，须说明的是，图2C所绘示的光源模组500的比例(scale)不同于前述图1B与图1C所示的光源模组100的比例，而且图2C中的光源模组500的元件(例如振幅绕射光栅210与相位绕射光栅220)以不等比例的方式绘示，以使这些光线L11波前W11之间的干涉现象能清楚呈现，从而清楚呈现本发明的技术特征。

由于光源模组500包括多个光源111以及光学元件600，而光学元件600包括多个振幅绕射光栅210与多个相位绕射光栅220，因此光源模组500适合应用于显示器，特别是大尺寸显示器。换句话说，光源模组500适合用来制作成大尺寸显示器，并且适合作为显示器内的直下式背光模组。

另外，装设这些光源111的电路基板112可以具有控制电路(未绘示)，其能够控制这些光源111发光。例如，控制电路能控制至少两个不同区域内的这些光源111，以使这些区域呈现至少两种明显不同的亮度，达到调光(dimming)的效果，从而提高对比度度。

图3是本发明至少一个实施例的显示装置的示意图。请参阅图3，显示装置800包括光源模组700以及显示面板810，其中显示面板810相对于光源模组700设置。光源模组700可以是前述实施例中的光源模组100或500，所以光源模组700可以包括至少一个光源111与电路基板112(图3未绘示)。

当光源模组700包括多个光源111，且光源111为单色光源时，电路基板112可以是晶体管阵列基板，并可具有多个薄膜晶体管，而显示面板810可包括多种波长转换层(未绘示)，其中这些波长转换层能将光源111 所发出的光线L11转换成多种颜色的色光。例如，光线L11可为蓝光，而这些波长转换层能将这些光源111的光线L11转换成红光与绿光，以使显示面板810显示由红光、绿光与蓝光所构成的影像。此外，上述波长转换层的材料可以是荧光材料或量子点材料，而显示装置800可以是量子点发光二极管显示器(Quantum Dots Light Emitting Diode Display，QLED Display)。

值得一提的是，请参阅图1C与图3，光源模组700的光学元件可包括入光层201、出光层202与中央层203，如同图1C所示的光源模组100。因此，光源模组700的光学元件内部(即中央层203与入光层201之间的界面)能够产生全反射，以反射偏离光轴A11甚多的光线L11，从而减少或避免显示装置800发生漏光的情形。

必须说明的是，虽然以上光源模组100、500与700适合应用于显示器，但光源模组100、500与700也适合应用于显示器以外的技术领域。具体而言，光源模组100、500与700也可以制作成灯具，例如广告灯箱。因此，上述实施例中的光源模组及其光学元件并不限制仅应用于显示器。

虽然本发明的实施例已揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域人员，在不脱离本发明的实施例的精神和范围内，应当可以做出些许更动与润饰，故本发明的实施例的保护范围应当以所附的权利要求书所界定的保护范围为准。

【附图标记列表】

100、500、700：光源模组

110：发光组件

111：光源

111t：顶面

112：电路基板

200、600：光学元件

201：入光层

202：出光层

203：中央层

210：振幅绕射光栅

211：中央凸部

212：环形部

212b：第二台阶面

212w、222w、W22：宽度

220：相位绕射光栅

221：中央凹部

222：环形台阶

222a：第一台阶面

229：入光面

800：显示装置

810：显示面板

A01：第一夹角

A02：第二夹角

A11：光轴

D1：水平方向

D2：垂直方向

D22：深度

G11：第一群组

G12：第二群组

L11：光线

P12：投影区域

R22：环形微结构

S21：出光面

S22：表面

VD2：垂直距离。

Claims (14)

1. 一种光学元件，具有入光面以及相对于所述入光面的出光面，而至少一个光源适于朝向所述入光面发出光线，所述光学元件包括：

   至少一个相位绕射光栅，其包括：

   中央凹部；及

   多个环形台阶，其围绕所述中央凹部，并呈同心圆状排列，所述中央凹部与所述多个环形台阶形成所述入光面，所述入光面定义凹槽，并且为所述凹槽的内表面，其中各所述环形台阶具有第一台阶面，各所述第一台阶面包括呈同心圆状排列的多个环形微结构，至少一个环形台阶上的各所述环形微结构的宽度小于或等于所述光线的四分之一波长；以及

   至少一个振幅绕射光栅，其包括：

   中央凸部，其对准所述中央凹部；及

   多个环形部，其围绕所述中央凸部，并呈同心圆状排列，所述中央凸部与所述多个环形部形成所述出光面。
2. 根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述至少一个振幅绕射光栅在所述入光面上垂直投影出投影区域，而所述至少一个相位绕射光栅完全位在所述投影区域内。
3. 根据权利要求1所述的光学元件，其中，各所述环形部的宽度小于或等于所述光线的波长。
4. 根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述至少一个光源具有顶面，所述多个环形台阶中高于所述光源的顶面的所述环形台阶属于第一群组，所述第一群组中的各所述第一台阶面与所述光源的顶面之间具有第一夹角，所述第一群组中的所述第一夹角从所述中央凹部朝向远离所述中央凹部的方向而递减。
5. 根据权利要求4所述的光学元件，其中，所述多个环形台阶中低于所述光源的顶面的所述环形台阶属于第二群组，所述第二群组中的各所述第一台阶面与所述光源的顶面之间具有第二夹角，所述第二群组中的所述第二夹角从所述中央凹部朝向远离所述中央凹部的方向而递增。
6. 根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述中央凸部与所述多个环形部形成凹槽。
7. 根据权利要求1所述的光学元件，还具有表面，其中所述入光面凹设于所述表面，且所述出光面相对于所述表面，各所述环形部具有第二台阶面，而各所述第二台阶面与所述表面之间的垂直距离从所述中央凸部朝向远离所述中央凸部的方向而递减。
8. 根据权利要求1所述的光学元件，更包括：

   入光层，其具有所述入光面，其中所述至少一个相位绕射光栅凹设于所述入光层；

   出光层，其具有所述出光面，其中所述至少一个振幅绕射光栅形成于所述出光层；以及

   中央层，其配置在所述入光层与所述出光层之间。
9. 根据权利要求8所述的光学元件，其中，所述中央层的折射率小于所述入光层的折射率或所述出光层的折射率。
10. 一种光源模组，包括：

    根据权利要求1至9中任一项所述的光学元件；以及

    发光组件，包括至少一个光源，其中所述至少一个光源设置于所述凹槽内。
11. 根据权利要求10所述的光源模组，其中，所述至少一个光源为单色光源。
12. 根据权利要求10所述的光源模组，其中，所述至少一个光源所发出的光线的波长介于400奈米至500奈米之间，而各所述环形微结构的宽度介于100奈米至125奈米之间。
13. 根据权利要求10所述的光源模组，其中，所述光源具有光轴，而彼此对准的所述中央凸部与所述中央凹部同轴，其中所述中央凹部的中心轴与所述光轴重合。
14. 一种显示装置，包括：

    根据权利要求10至13中任一项所述的光源模组；以及

    显示面板，其相对于所述光源模组设置。