TW201408946A - 發光裝置 - Google Patents

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Abstract

一種發光裝置包括至少一發光單元以及一透鏡。透鏡具有一容置部，至少部分發光單元設置於容置部。其中，容置部之高度與發光單元之一邊長之比值係小於0.5。利用本發明可使利用發光二極體作為光源之背光模組發出均勻之光線，並有利於減少發光二極體使用的數目。

Description

發光裝置
本發明係關於一種發光裝置，特別關於一種近場(near-field)設計之直下式背光光源之發光裝置。
發光二極體(Light Emitting Diode,LED)係為一種體積小、產熱性低、耗電量低、且使用壽命長的光源，加上近來製造技術之進步，其發光亮度不斷提升，且其製造成本亦逐漸降低，目前已逐步應用於各種照明設備中。未來，發光二極體更可能取代目前燈泡或日光燈源，而成為照明設備中最重要之發光元件。
以發光二極體作為液晶顯示裝置之直下式背光源時，卻有其存在之問題。由於單一發光二極體所發出光線的角度約只有120度，亦即，發光二極體發出的光線指向性較高，散射角度不夠大，故一般會將發光二極體搭配二次透鏡(於此又稱背光透鏡，back light lens)來使用，以增加發光二極體的視角。
藉由良好設計的二次透鏡，才能有機會減少背光源中所需發光二極體的顆數，進而減少材料成本。
因此，如何提供一種具有可提供均勻光線透鏡之發光裝置，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種具有可提供均勻光線透鏡之發光裝置。
為達上述目的，依據本發明之一種發光裝置包括至少一發光單元以及一透鏡。透鏡具有一容置部。至少部分發光單元設置於容置部。其中，容置部之高度與發光單元之一邊長之比值係小於0.5。
在一實施例中，發光單元係為一發光二極體晶片或一表面黏著型發光二極體封裝體。
在一實施例中，透鏡更包含一第一透鏡部及一第二透鏡部。第一透鏡部與容置部對應設置。第二透鏡部連接第一透鏡部，且具有相互連接的一反射面以及一側壁。
在一實施例中，透鏡更包含一第一區、一第二區及一第三區。第一區與容置部對應設置。第二區連接第一區。第三區連接第二區。
在一實施例中，第一透鏡部具有一凹部。發光單元之一外圍部所發出的光線，係由第一透鏡部散射出透鏡。
在一實施例中，發光單元之一中心部所發出的光線，係由反射面反射，並由側壁出射透鏡。
在一實施例中，透鏡更包含一底面。容置部位於底面。
在一實施例中，透鏡更包含一倒角。倒角係位於底面與側壁之交界處。發光單元所發出之部分光線係經由倒角反射而由側壁折射或反射。
在一實施例中，底面具有一斜坡。斜坡與倒角相連接。
在一實施例中，第二透鏡部更具有一設置於反射面與 側壁之間的凸透鏡、凹透鏡或不規則之透鏡。
在一實施例中，側壁係為一經霧化的側壁。
在一實施例中，側壁係具有複數凹透鏡、複數凸透鏡、或其組合。
在一實施例中，容置部具有一入光面。入光面之形狀係包括曲面或平面。
在一實施例中，入光面之形狀係為一弧面。入光面之曲率半徑與發光單元之邊長之比值係大於0.5。
在一實施例中，入光面與發光單元最近的距離係介於0~0.5mm。
在一實施例中，透鏡發出的光線角度介於0~180度。
在一實施例中，透鏡之形狀為圓盤狀或條狀。
承上所述，本發明所提供之一種發光裝置，係具有一透鏡，透過將發光單元與透鏡的容置部近距離設置，使得容置部的高度與發光單元之一邊長的比值小於0.5之設計，使得發光單元被視為一面光源，而發光單元上不同區域所發出的光線則經由透鏡作不同角度的折射或反射，進而能形成大視角的發光裝置。如此一來，將發光裝置應用至直下式背光源或燈箱時，即可減少光條(light bar)的設置，進而能減少發光單元的用量，以節省材料成本。更重要地，可減少透鏡的厚度，甚至整體系統或背光模組的厚度，使得整個系統的厚度也隨著減少。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種發光裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1A為本發明較佳實施例之一種發光裝置的立體剖面示意圖，圖1B為圖1A之一種發光裝置的剖面示意圖。請同時參考圖1A及圖1B所示，發光裝置M包括至少一發光單元1及一透鏡2，透鏡2係覆蓋發光單元1。其中，於本實施例中，發光裝置M係包含一發光單元1，然此非限制性者，於實際運用上，發光裝置M可更包含二個或甚至更多的發光單元以增加整體之亮度，本發明於此不限。另外，本發明之發光裝置M係以應用於一直下式背光源為例，且發光裝置M係以一圓盤式之構造為例，然此非限制性者，於實際應用上，如圖1C所示，發光裝置M亦可為一長條狀之構造，並可作為一照明裝置或燈箱。以下將先針對發光裝置M之各結構特徵逐一說明之。
發光單元1係為一表面黏著型發光二極體(Surface Mount LED)封裝體，然於實際應用中，發光單元1亦可為一發光二極體晶片(die)，本發明於此不限。另外，於本實施例中，發光單元1係為具有單一發光二極體晶片之表面黏著型發光二極體封裝體，然發光二極體晶片之數量非限制性者，其可為二晶、三晶甚至是多晶片的封裝，端視應用其之發光裝置M所需之發光效果而使用。
透鏡2具有一容置部23，其係為一內凹之結構，其中，至少部分發光單元1設置於容置部23，於此係以發光單元 1完全設置於容置部23內為例。容置部23具有一入光面231亦即，透鏡2係以入光面231之一側設置於發光單元1，發光單元1所發出之光線則由入光面231入射透鏡2中。於本實施例中，容置部23係用以容納及設置發光單元1，而入光面231係為曲面之形狀，然此非限制性者，於實際應用上，入光面231亦可為弧面或平面，端視發光裝置M之構型所需做搭配，本發明於此不限。
呈上述，透過將發光單元1近距離設置於透鏡2之容置部23中，可改變發光單元1上不同區域所發出的光線之路徑。詳細而言，容置部23之高度H與發光單元之一邊長L之比值係小於0.5。其中，此處所指之容置部23之高度H係為發光單元1與入光面231的平均距離或是最遠的距離；而邊長L可為發光單元的平均邊長或是直徑。透過將發光單元1及透鏡2作此近場設計，可將發光單元1的發光區域更進一步區分為中心部11及外圍部12，以入射至透鏡2的不同部分，進而調整發光裝置M的出光均勻性及散射角度。此處所指之的中心部11及外圍部12係將發光單元1的剖面平均等分為三部分，中間部分為中心部11，而外圍之二部分則為外圍部12，然此非限制性者，於其他實施例中，例如但不限於當發光單元之發光二極體為雙晶、三晶、甚至多晶時，則可將發光單元以物理中心處往外圍等分成二部分以區分中心部及外圍部。
特別須說明的是，於本實施例中，當入光面231具有一曲度時，其曲率半徑與發光單元1之邊長L之比值係大 於0.5。然此數值之限制係配合發光單元1之尺寸、容置部之高度H及發光裝置M之發光需求進行調整。
透鏡2之主要功能係使來自發光單元1不同區域的光線經不同透鏡2的區域反射或折射後，再由透鏡2發射出去。詳細而言，本發明之發光裝置M更包含第一透鏡部21及第二透鏡部22。其中，第一透鏡部21與容置部23對應設置，例如是相對而設，而第二透鏡部22連接第一透鏡部21。以下，係針對透鏡2之各區域詳細說明。
圖1D為本發明較佳實施例之一種發光裝置中，發光單元的光線入射第一透鏡部的光路徑示意圖。請參考圖1D所示，第一透鏡部21係具有一凹部211，發光單元1之外圍部12所發出之光線係入射至第一透鏡部21。來自外圍部12之第一光線L1經過入光面231後產生折射，再經由第一透鏡部21的凹部211散射出去。詳細而言，第一光線L1經第一透鏡部21折射至透鏡2上方區域，係如圖1C中的虛線T1與T2所涵蓋的錐形區域。透過本區將發光單元1之光線進行折射，可利用發光單元1的外圍部12較為微弱的光線來滿足背光光源之中央角度所需要較微弱的光強度。
圖1E為本發明較佳實施例之一種發光裝置中，發光單元的光線入射第二透鏡部的光路徑示意圖。請參考圖1E所示，第二透鏡部22係連接於第一透鏡部21，且具有相互連結的一反射面221及一側壁222。來自發光單元1之中心部11的第二光線L2經過入光面231產生折射，經由 第二透鏡部22的反射面221而產生內部全反射，再經由側壁222折射出去。透過第二透鏡部22可將發光單元1之中心部11所發出的第二光線L2進行全反射處理，並往二側的方向射出，具有擴大發光單元1之光照角度的功效，進而發光裝置M可滿足產品規格需要大視角的需求。
另外，由於習知技術中，相鄰的發光裝置中，大角度區之光線交界處容易產生能量強度不均與黯淡區域的問題，為解決上述問題，請參考圖1F所示，其係為本發明較佳實施例之一種發光裝置之光路徑示意圖，透鏡2更具有一底面24及一倒角25。其中，容置部23係設置於底面24，而倒角25係位於底面24與側壁222之交界處。透過倒角25的設置，可將來自發光單元1所發出的大角度光線(第三光線L3)，經由倒角25進行內部全反射，再經由側壁222折射及/或反射出去，以補強相鄰發光裝置M交界處的亮度不足的問題。另外，底面24更可具有一斜坡241，以協助倒角25進行發光單元1所發出的大角度光線之反射。特別須說明的是，側壁222表面可作輕微霧化，以使光線散射更為均勻。透過斜坡241及倒角25之設計，可減少相鄰的發光裝置M於交界處的能量強度不均與亮暗線的問題。
根據上述說明可知，藉由本發明之透鏡2設計以及將發光單元1與透鏡2的近接設置，可產生如圖2的光形圖。如圖2所示，本發明之發光裝置M的光形分佈可達180度，而且大視角的光強度遠大於小視角的光強度。如此一 來，運用本發明之發光裝置M於相鄰設置時，可具有較大的間距，進而能減少單位面積中發光裝置M的使用量，進而能大幅減少運用發光裝置M之系統的成本。
圖3A為本發明另一實施例之一種發光裝置的立體剖面示意圖，請參考圖3A所示，於本實施例中，發光裝置M’具有前述實施例的發光裝置大致相同的結構與特徵，惟發光裝置M’係將透鏡2’區分為一第一區21’、一第二區22’及一第三區27’，其中，第一區21’與容置部23’對應設置第二區22’係連接第一區21’，而第三區27’則連接第二區22’設置。此處所指之第一區21’及第二區22’係分別與前述實施例之第一透鏡部21及第二透鏡部22具有相同之光路徑及作用，於此不再贅述。
圖3B為圖3A之一種發光裝置中，發光單元的光線入射第三區的光路徑示意圖。請參考圖3B所示，第三區27’之透鏡係具有光線發散之效果，透過此第三區27’的設置，可將來自發光單元1所發出的光線(第四光線L3’)，經由一側壁222’折射及/或反射出去。
圖4為本發明較佳實施例之一種發光裝置之中央頂端部之不同態樣的剖面示意圖。請參考圖2所示，於本實施例中，發光裝置M1具有前述實施例的發光裝置大致相同的結構與特徵，惟發光裝置M1之第一透鏡部21a之凹部211a係為曲線狀，透過此曲線狀之構型，可增加第一透鏡部21a之光能量，並且可進一步調整此區之光形。
圖5A至圖5C分別為本發明較佳實施例之一種發光裝 置之透鏡之不同態樣的剖面示意圖。請同時參考圖4A至圖4C所示，其皆具有前述實施例的發光裝置M大致相同的結構與特徵，惟此三發光裝置M2、M3及M4各自之透鏡2b、2c及2d的反射面221b、221c、221d與側壁222b、222c、222d的連接處稍作變化，其各自之連接處26b、26c、26d分別為一凸透鏡、一凹透鏡及一不規則之曲面透鏡。透過以上之設計可進一步協助大角度之光線提取，以減少相鄰發光裝置的交界處容易產生能量強度不均與暗淡區域的問題。
圖6A及圖6B分別為本發明較佳實施例之一種發光裝置之不同態樣的俯視圖。圖6A及圖6B之構造及元件大致上與前述實施例之發光裝置M相同，惟此處係特別將發光裝置之側壁結構上的變化作進一步的描述。請同時參考圖1F所示，發光裝置M之側壁222係為一平坦光滑之表面，而圖6A及圖6B所示之發光裝置M5之側壁222e具有複數連續之凹透鏡，圖6B所示之發光裝置M6之側壁222f則具有複數連續之凸透鏡，當然，發光裝置中的側壁也可同時具有凸透鏡及凹透鏡，而且凸透鏡及凹透鏡也可為間隔設置而非連續設置。
綜上所述，本發明所提供之一種發光裝置，係具有一透鏡，透過將發光單元與透鏡的容置部近距離設置，使得容置部的高度與發光單元之一邊長的比值小於0.5之設計，使得發光單元被視為一面光源，而發光單元上不同區域所發出的光線則經由透鏡作不同角度的折射或反射，進 而能形成大視角的發光裝置。如此一來，將發光裝置應用至直下式背光源時，即可減少光條的設置，進而能減少發光單元的用量，以節省材料成本。更重要地，可減少透鏡的厚度，甚至整體系統或背光模組的厚度，使得整個系統的厚度也隨著減少。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧發光單元
11‧‧‧中心部
12‧‧‧外圍部
2、2’‧‧‧透鏡
21、21a‧‧‧第一透鏡部
21’‧‧‧第一區
211、211a‧‧‧凹部
22‧‧‧第二透鏡部
22’‧‧‧第二區
221、221b、221c、221d‧‧‧反射面
222、222’、222b、222c、222d、222e、222f‧‧‧側壁
23、23’‧‧‧容置部
231‧‧‧入光面
24‧‧‧底面
241‧‧‧斜坡
25‧‧‧倒角
26b、26c、26d‧‧‧連接處
27’‧‧‧第三區
H‧‧‧高度
L‧‧‧邊長
L1‧‧‧第一光線
L2‧‧‧第二光線
L3‧‧‧第三光線
L3’‧‧‧第四光線
M、M’、M1、M2、M3、M4、M5、M6‧‧‧發光裝置
T1、T2‧‧‧虛線
圖1A為本發明較佳實施例之一種發光裝置的立體剖面示意圖；圖1B為圖1A之一種發光裝置的剖面示意圖；圖1C為本發明較佳實施例之一種發光裝置的不同態樣的立體剖面示意圖；圖1D為本發明較佳實施例之一種發光裝置中，發光單元的光線入射第一透鏡部的光路徑示意圖；圖1E為本發明較佳實施例之一種發光裝置中，發光單元的光線入射第二透鏡部的光路徑示意圖；圖1F為本發明較佳實施例之一種發光裝置之光路徑示意圖；圖2為本發明較佳實施例之一種發光裝置之光形圖；圖3A為本發明另一實施例之一種發光裝置的立體剖面示意圖； 圖3B為圖3A之一種發光裝置中，發光單元的光線入射第三區的光路徑示意圖；圖4為本發明較佳實施例之一種發光裝置之中央頂端部支不同態樣的剖面示意圖；圖5A至圖5C分別為本發明較佳實施例之一種發光裝置之透鏡之不同態樣的剖面示意圖；以及圖6A及圖6B分別為本發明較佳實施例之一種發光裝置之不同態樣的俯視圖。
1‧‧‧發光單元
11‧‧‧中心部
12‧‧‧外圍部
2‧‧‧透鏡
21‧‧‧第一透鏡部
22‧‧‧第二透鏡部
23‧‧‧容置部
231‧‧‧入光面
H‧‧‧高度
L‧‧‧邊長
M‧‧‧發光裝置

Claims (17)

  1. 一種發光裝置，包括：至少一發光單元；以及一透鏡，具有一容置部，至少部分該發光單元設置於該容置部，其中，該容置部之高度與該發光單元之一邊長之比值係小於0.5。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該發光單元係為一發光二極體晶片或一表面黏著型發光二極體封裝體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透鏡更包含：一第一透鏡部，與該容置部對應設置；及一第二透鏡部，連接該第一透鏡部，且具有相互連接的一反射面以及一側壁。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透鏡更包含：一第一區，與該容置部對應設置；一第二區，連接該第一區；及一第三區，連接該第二區。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該第一透鏡部具有一凹部，該發光單元之一外圍部所發出的光線，係由該第一透鏡部散射出該透鏡。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該發光單元之一中心部所發出的光線，係由該反射面反射， 並由該側壁出射該透鏡。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該透鏡更包含一底面，該容置部位於該底面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光裝置，其中該透鏡更包含一倒角，其係位於該底面與該側壁之交界處，該發光單元所發出之部分光線係經由該倒角反射而由該側壁折射或反射。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該底面具有一斜坡，該斜坡與該倒角相連接。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該第二透鏡部更具有一設置於該反射面與該側壁之間的凸透鏡、凹透鏡或不規則之透鏡。
  11. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該側壁係為一經霧化的側壁。
  12. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該側壁係具有複數凹透鏡、複數凸透鏡、或其組合。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該容置部具有一入光面，該入光面之形狀係包括曲面或平面。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中當該入光面之形狀係為一弧面，該入光面之曲率半徑與該發光單元之該邊長之比值係大於0.5。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該入光面與該發光單元最近的距離係介於0~0.5mm。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透鏡發出的光線角度介於0~180度。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該透鏡之形狀為圓盤狀或條狀。
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