200921148 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種透鏡及 ^ a 夂具有該透鏡的光源裝置， 特別疋指一種可使發光二極體發 丄 赞出的先線在一出光面之光 強度刀佈均勻的透鏡以及具有該透鏡的光 【先前技術】 習知的直下式背光模組是以冷 〜陰極螢光燈（Cold Cathode Fluorescent Lamp » CCFL)^ A # ^ 马先源，然而，由於冷陰極螢 光燈需佔據較多體積、較為耗 代电且含有水銀而不環保，所
以改以體積小、發光效率其H I人E 尤政羊同且哥命長的發光二極體作為光 源已成為趨勢。 但是，因為發光二極體發光時如同―點㈣，參閱圖】 =就是在與出光面之法線夹°度的方向上的光強度最大 ，愈偏離法線的方向上的光強度遞減，因此’在出光面上 會明减看到-絲而無法提供光強度分佈均㈣照明。 【發明内容】 本發明之目的，是在提供一種可使發光半導體元件發 出的光線在—出光面之光強度分佈均勻的透鏡。 本發明之另一目的，是在提供一種在一出光面的光強 X刀佈均勻之具有透鏡的光源裝置。 ;疋本發明透鏡用於接收一發光半導體元件所發出 的光線，該透鏡包含一底面、一頂面，以及一側面。^ $底面面對该發光半導體元件以接收光線。頂面相反於 該底面’該頂面包括一使穿過該底面且入射該頂面的部分 200921148 光線偏折而不朝該頂面之正上 万仃進的不平整表面結構。 側面由該頂面周緣往該底面周 &囟周緣延伸，則穿過該底面且入 射该側面的光線射出該透鏡 _ 見及透鏡外形由該頂面及該側 面乂界處往該底面方向逐漸辦女 炎θ 啊項大’且該透鏡上部截面的投 衫疋落在該透鏡下部截面的範圍内。 於疋’本發明#有透鏡的光源裝置包含一基座、一發 光半導體元件，以及一透鏡。 發光半導體元件設於該基座上。透鏡設於該基座上 用於接收該發光半導體元件所發出的光線，該透鏡包含 底面、一頂面，以及一側面。 底面面對«光半導體元件以接收光線。頂面相反於 該底面’該頂面包括一使穿過該底面且入射該頂面的部分 光線偏折而不朝该頂面之正上方行進的不平整表面結構。 側面由該頂面周緣往該底面周緣延伸，則穿過該底面且入 射該側面的光線射出該透鏡；該透鏡外形由該頂面及該側 面父界處往該底面方向逐漸增大，且該透鏡上部截面的投 影是落在該透鏡下部截面的範圍内。 本發明的一個較佳實施例中，透鏡的頂面包括多數個 形成忒不平整表面結構的凸面段，該等凸面段呈階梯狀連 續延伸且排列成同心圓；而且，定義一通過該透鏡的中心 轴於該透鏡沿该中心軸的縱向斷面中，該頂面可為凹陷 概呈ν形、開口朝上的弧形、喇D八開口狀或底部呈尖錐狀 的碗形等等。 本發明的一個較佳實施例中，透鏡的底面與出光面平 6 200921148 行。 本心月之功效在於透鏡的頂面包括一不平整表面結構 則當發光半導體元件發出的光線穿過底面且人射頂面時 一線被不平整表面結構偏折而不朝頂面之正上方行 進’所以’在與出光面之法線夾〇度的方向上的光強度會 降低而非最大，使在大角度之出光方向上的光強度增加， 口此在出光面上可獲得光強度分佈均勻的光場 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可 清楚的呈現。 >閱圖2、圖3及圖4，本發明的較佳實施例揭示一個 具有透鏡4的光源裝置2〇〇，該光源裝置2〇〇包含一基座2 、一發光半導體元件3，以及一透鏡4。定義一垂直通過透 鏡的中〜ϋ 19’發光半導體元件3與透鏡4皆對稱或接近 對稱於中心轴19。 基座2為一般習知的封裝發光半導體元件所用的基座 ，可以是塑膠包覆金屬支架、直立式支架、平面式支架或 是食人魚支架，當然不以此為限。發光半導體元件3設於 基座2上，並經固晶打線封裝，由於此為在此技術領域具 有通常知識者所知悉之技術，故不贅述。在本實施例中， 發光半導體元件3為發光二極體（LED)。 透鏡4亦設於基座2上且封閉發光半導體元件3，用於 接收發光半導體元件3所發出的光線，透鏡4可為一般透 200921148 光的熱塑型高分子材料射出成型，例如：聚甲基丙稀酸甲 醋（PMMA)、聚碳酸醋（PC)，5戈為可透光的熱固型塑勝灌朦 而成，例如··環氧樹脂（epoxy)或矽膠（silic〇ne)等，也可以 是透光的玻璃以模具成型；折射率介於12〜18尤佳。 透鏡4包含-底φ 41、一頂面42，以及一側面43。底 面41與基座2 $面接冑且面對發光半導體幻牛3以接收光 線。頂面42相反於底面4卜並包括多數個形成一不平整表 面結構421的凸面段422,該等凸面段似呈階梯狀連續延 伸且排列成同心圓。側面43由頂面42周緣往底面41周緣 延伸而為一曲面；透鏡4外形由頂面42及側面43交界處 往底面41方向逐漸增大，，亦即側面43到中心軸19的距離 是由上而下漸增，且透鏡4上部截面的投影是落在透鏡4 下部截面的範圍内。頂面42概呈—越趨中央越往下凹陷的 凹陷面。在本實施例中，於該透鏡4沿該中心軸19的縱向 斷面中，該頂面42凹陷概呈乂形，但實際上並不以此為限 ，在其他的實施態樣中，如圖12所示，在沿中心軸19的 縱向斷面中，頂面42,也可以是凹陷概呈開口朝上的弧形， 或如圖13所示，頂面42”也可以凹陷概呈喇叭開口狀，或 如圖14所不，頂面42，，，也可以凹陷概呈底部呈尖錐狀的碗 形。本實施例中，中心軸19通過V形凹陷的中央，且底面 41平行於一由頂面42周緣所形成的出光面423，出光面 423垂直於中心軸19。 本實施例透鏡4的具體尺寸如下所述，但並不以此為 限，透鏡4的底面41與出光面423平行，且頂、底面42、 8 200921148 41均為圓形，頂面42周緣的直徑D2等於3 〇4麵底面 41的直徑m等於4.97 mm，透鏡4的高度h等於工5 _ ’側面43為半捏算於1 寺於丨.95 mm之球面的一部份，凸面段 422之上下端間的距離^等於請^凸面段极之兩 相鄰上端間的距離等於…。呈v字型面之頂面42的其中— 斜面與水平的出光面423間之夾角A可以等於例如3 79度 二7·=度、11.16度等任意角度。但上述之透鏡4的尺寸（直 徑、高度、凸面段422之上下端間的距離、）並不以此為 限’當改變透鏡4的規格時，可依需求改變光強度分佈的 均勻度；或是當基座2或發光半導體元件3的尺寸改變時 ’抑或選用的發光半導體元件3不同時，可依據本發明對 透鏡4的尺寸做調整以得到均勻的光強度分佈。 當發光半導體元件3發出的光線穿過透鏡4的底面41 後，部分光線人射透鏡4的頂面42,另—部分的光線則入 射透鏡4的侧面43而射出透鏡4;因為頂面42有不平整的 表面結構421，所以入射頂面42的光線中有—部分會㈣ 折而不朝頂面42之正上方行進，因此，參閱圖2及圖5， 在與中心軸19平行的方向上（亦即與出光面似的法線之夹 角Θ等於0度的方向上）的光強度會變小，光強度會隨著出 光方向與法線之夾角Θ的增加而增加，一直到出光角度（失 角Θ)大約等於正、負45度時的光強度才是最大，然後光強 度便隨著出光角度（爽角的增加而遞減。參閱6，當改 由極座標圖來看光強度分佈時，就可看出在出光面423上 的光強度分佈是大致均勻的。在本實施例中，出光角度(夾 200921148 :θ)大約等於正、負45度時的光強度最大但並不以此為 來說明本實施2、圖7及圖8，並依據前述的構件 ° 也歹α有透鏡4的光源裝置200的製造方法。 上，1 =步驟61，將發光半導體元件3安裝至基座2 上其中包括固晶打線等動作。 面不=進行步驟62 ’提供一模具7,模具7包含-内壁 面不平整的頂壁7— 土 、 自頂壁71周緣傾斜向下延伸的側壁 、’以及一由頂壁71與側壁72共同界定出的模穴73，模 2 73 截面的投影是落在模穴73下部截面的範圍内(在 带：’、、倒置）’亦即模穴73的形狀是對應上述透鏡4的外 然後進行步驟63，將可透光的膠狀物質灌注至模穴73 内’其中’膠狀物質可為熱固型樹脂（epoxy或孤叫等， 但並不以此為限。 *再進行步驟64’將基座2連同發光半導體元件3置於 一、^ 7上而對位，也就是說，將基座2倒置使發光半導體 元件3浸入膠狀物質中。 之後進打步驟65 ’烘烤使可透光膠狀物質固化。 最後疋步驟66，脫模，將已固化的膠狀物質脫離模具 7其中’固化的膠狀物質即形成上述之外形上小下大的透 鏡4 ’且由於透鏡4外形為上小下大，故脫模容易。 特別注意步驟63及步驟64，上述步驟雖是先灌膝而後 再對位’但熟習該項技藝者當知，亦可為先對位後，再灌 10 200921148 勝’不應以此為限，且步驟 不限於如_ 8所干之;中料7與基座2的關係亦 y、之倒置，也就是說，亦可使模具7在上 而基座2在下。 需注意的是， 方法除了利用模具 說明如下： 上述具有透鏡4的光源裝置 7達成外’也可不利用模具 200的製造 7完成，其 ，閱圖9及圖1〇，首先進行步驟81，置備一透鏡套蓋 鏡套蓋5包含-外壁面不平整的頂壁51、一自頂壁 ::周緣傾斜向下延伸的側壁52，以及-由頂壁51與侧壁 —共同界定出的容t 53,容室53上部截面的投影是落在 Ί 53下部截面的範圍内’亦即透鏡套蓋5的外形是對應 上述透鏡4的外形。 接著進仃步驟82,置備發光半導體元件3及基座之， 其中，、發光半導體元件3是經固晶打線在基座2上。 然後進仃步驟83，將基座2與透鏡套蓋5對位接a， 使得發光半導體元件3位於透鏡透蓋5下方，也就是發光 半導體元件3位於透鏡套蓋5與基座2間。 再進行步驟84,灌注可透光膠狀物質至透鏡套蓋 容室53内。 最後進行步驟85，烘烤使可透光膠狀物質固化。 一此外，本發明更提供先行完成透鏡4製作然後再與發 光半導體元件3及基座2組合的具有透鏡4的光源裝置2〇〇 的製造方法。 參閱圖11，首先進行步驟91，置備如上述具上小下大 11 200921148 外形的實心透鏡4，透鏡4的材質可為透光的熱塑性高分子 材料、熱固型塑膠或玻璃，但並不以此為限。 接著進行步驟92,置備一發光半導體元件3及一基座 2其中，發光半導體元件3是經固晶打線而固定於基座2 上0 热俊進行步驟93，將基座 /、〜，凡1 囬兮1対 位接合，使得發光半導體元件3位於透鏡4下方，也就是 發光半導體元件3位於透鏡4與基座2間，透鏡4與基座2 間可用膠黏合以固定。 此方法與前述方法不同之處在於，前述方法是置備中 空的透鏡套蓋5使用，而此方法則是使用實心的透鏡4。 歸納上述，本發明透鏡4及具有該透鏡4的光源裝置 扇藉由使透鏡4的頂面42形成—不平整表面結構421， 例如形成多數個呈階梯狀連續延伸且排列成同心圓的凸面 段似，則當發光半導體元件3發出的光線入射項面“時 ’會有部分光線被不平整表面結# 421偏折而不朝頂面42 的正上方行進；所以，在與出光φ 423的法線之夹角^等 :二的正方向上的光強度會降低，使得在出光角度(夹角㈠ 、負45度時的光強度增加為最大，因此，在出 ^ 7上可獲得μ度分佈均勾的光場以提供均句的照 明，故確實能達成本發明的目的。 &惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 :以此限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明 靶圍及發明說明内容所作之簡 〕早的寺效變化與修飾，皆仍 12 200921148 ' 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 • 【圖式簡單說明】 圖1是一光強度的極座標圖，說明習知發光二極體發 光時如同一點光源； 圖2是一側視剖面圖，說明本發明透鏡及具有該透鏡 的光源裝置之較佳實施例； 圖3是一俯視圖，說明該較佳實施例的透鏡； 圖4是一示意圖，說明該較佳實施例的透鏡之凸面段 / · 9 圖5是一光強度的直角座標圖，說明該較佳實施例的 射出透鏡之光線在各出光方向上的光強度； 圖6是一光強度的極座標圖，說明該較佳實施例的射 出透鏡之光線在出光面上的光強度分佈大致均勻； 圖7是一流程圖，說明該較佳實施例的製造方法； 圖8是一示意圖，說明該較佳實施例的製造方法之模 具； ' 圖9是一流程圖，說明該較佳實施例的另一製造方法 9 圖10是一側視剖面圖，說明該較佳實施例的製造方法 之透鏡套蓋； 圖11疋程圖，說明該較佳實施例的又一製造方法 9 圖1 2疋示思圖，說明該較佳實施例的頂面凹陷呈開 口朝上之弧形的輪廓態樣； 13 200921148 圖13是一示意圖，說明該較佳實施例的頂面凹陷呈喇 口八開口狀之輪廓態樣；及 圖14是一示意圖，說明該較佳實施例的頂面凹陷呈底 部呈尖錐狀之碗形的輪廓態樣。 14 200921148 【主要元件符號說明】 19.........中心軸 200 .......光源裝置 2 ..........基座 3 ..........發光半導體元件 4 ..........透鏡 41 .........底面 42 .........頂面 42,、42” ' 43”， ............頂Φ 421 .......不平整表面結構 422 .......凸面段 423 .......出光面 43 .........4則面 5 ..........透鏡套蓋 51 .........頂壁 52 .........側壁 53.........容室 61〜6 6 —步驟 7 ..........模具 71 .........頂壁 72 .........側壁 73 .........模穴 81〜85····步驟 91〜93 ·…步驟 A..........夾角 D1 ........直徑 D2........直徑 Η..........南度 hi.........距離 Θ .........夾角 15