TW201426006A - 光學透鏡 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種光學透鏡，供引導一發光二極體之光線而產生一類橢圓光形，而該光學透鏡係具有一透鏡本體，其包含一出光面及一入光面。該出光面係為一曲面，且該出光面之投射面係呈一類橢圓形而具有一長軸及一短軸，該長軸之長度為a，該短軸之長度為b。該入光面係具有一內曲面及一底面，且該透鏡本體具有一透鏡高度為c。其中，該長軸之長度a、該短軸之長度b及該透鏡高度c係符合下列關係式：1＜a/b≦1.67；及2≦a/c≦6。藉此達到適用性極高且可減少發光二極體使用顆數並增加照射均勻度之發光二極體背光源或一般照明。

Description

光學透鏡

本發明係與照明領域相關，特別是指一種引導發光二極體之光線照射出類橢圓光形的光學透鏡，可應用於背光模組或廣告看板。

發光二極體(Light Emitting Diode，LED)因具有低耗電、高效能及壽命長等特性，因此近年來已廣泛應用於照明燈具或背光模組等技術領域中。然而，發光二極體與傳統光源相比發光二極體之光線發散角度較小，因而若應用於照明燈具時，則需增加發光二極體之數量。

例如在背光模組方面，係將發光二極體設置在發光條上為點光源發光，然而，發光二極體出光範圍具有指向性，故須根據其出光調整至所需之範圍，以適用於背光模組上。因此，如何有效針對該LED光源之投射強度、投射範圍，以及其照射均勻度進行改善，係為本領域相關從業者極欲改善之課題。

以需求來說，設計一個可以引導一發光二極體之光線而產生一類橢圓光形之光學透鏡，可於各種不同之使用條件下，皆能提供最佳之照射狀態，已成市場應用上之一個刻不容緩的議題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的係提供一種引導發光二極體光線以照射出類橢圓光形，可適用於背光模組以減少其光條數量的光學透鏡，來解決習知技術之問題。

根據本發明之目的，提出一種光學透鏡，供引導一發光二極體之光線而產生一類橢圓光形，而該光學透鏡係具有一透鏡本體，係包含一出光面及一入光面。該出光面係為一曲面，且該出光面之投射面係呈一類橢圓形而具有一長軸及一短軸，該長軸之長度為a，該短軸之長度為b，該短軸係垂直於該長軸，又該出光面之中心位置具有一頂點。另外該入光面係具有一內曲面及一底面，該內曲面係供以容置該發光二極體，且該入光面係與該出光面連接形成該透鏡本體之外表面。又該透鏡本體具有一透鏡高度為c。其中，該長軸之長度a、該短軸之長度b及該透鏡高度c係符合下列關係式：1<a/b≦1.67；及2≦a/c≦6。

另外，為了調整出光之不同地類橢圓效果，其中該底面係可設有一鋸齒狀結構、一網點結構、一霧化結構或其組合，藉此提升不同使用狀態或環境下之適用性。

在本發明中，該透鏡本體之該入光面處內凹形成具有該內曲面之一容置室，用以容置該發光二極 體，而該內曲面之邊緣係圍閉形成一圓形開口或一類橢圓形開口，由於不同之開口形狀會決定光源進入該透鏡本體之距離與角度，進而改變出光後之路徑表現。藉此皆可進一步調整不同之出光效果以及均勻度呈現。

另外，本發明之光學透鏡更包含一外壁，該外壁係圍繞設置於該透鏡本體上，且該外壁表面設有一網點結構或一霧化結構。而光學透鏡更包含複數個柱腳，且該些柱腳係設置於該外壁底部。對此在與發光二極體相互安裝過程中，例如背光模組之組裝製程工序上，係可快速實現部分終端產品之裝載。

較佳地，本發明之光學透鏡之該出光面之中央表面係為平坦之一平面、一凹弧面或一凸弧面其中之一者。透過該等不同結構之調整，可使該發光二極體光源於該出光面之總體呈現大致發散或聚焦之不同光源照射效果。

另外，在本發明中，該內曲面之一中心點位置伴隨該出光面之該頂點位置在一維空間座標下為相同方向之變化。藉此在改變該光學透鏡之尺寸設計或些微結構變化下，仍能避免光線軌跡於透鏡本體中之傳遞路徑過於分散影響目標照射區域之強度表現。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖 式，作詳細說明如下。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之光學透鏡之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請一併參閱第1A圖、第1B及1C圖，其係為本發明之光學透鏡之第一實施例立體示意圖、上視示意圖及剖面示意圖。本發明之光學透鏡1係具有一透鏡本體10，其可供以引導一發光二極體(圖未顯示)之光線而產生一類橢圓光形，而該光學透鏡1包含一出光面11及一入光面12。該出光面11係為一曲面，且該出光面11之投射面係呈一類橢圓形而具有一長軸111及一短軸112，該長軸111長度為a1，該短軸112長度為b1，該短軸112係垂直於該長軸111且該出光面之中心位置具有一頂點P，該頂點P位於該出光面11之表面。該入光面12係具有一內曲面121及一底面122，且該入光面12係與該出光面11連接形成該透鏡本體10之外表面。又該透鏡本體10具有一透鏡高度為c。

其中本發明之該長軸長度a、該短軸長度b及該透鏡高度c較佳可符合下列關係式：1<a/b≦1.67；及2≦a/c≦6。其中a與b之關係係為有效維持類橢圓形光形之實現以及不同環境下之適用性；至於 a與c之關係係為控制該類橢圓形光形的整體照射均勻度，藉此實現一均勻度極高且呈類橢圓形光形之照射效果。

在本實施例中，該長軸長度a、該短軸長度b及該透鏡高度c係由下列比例所製成該光學透鏡1：a：b：c=2.2：2：1.1。如此比例係可有效呈現類橢圓形光形照射效果，並透過鄰接複數個類橢圓形光形可減少光形重疊或照射區域效率不佳之情況。對此除可提升照射面積區域範圍，且關於整體之發光二極體使用量亦可大幅降低進而減少終端產品成本。

請再一併參閱第2A、2B及2C圖，係分別為本發明光學透鏡之第二實施例立體圖、上視圖及剖面示意圖。為了滿足在不同使用狀態或環境下之適用性，該底面122係可設有一鋸齒狀結構、一網點結構、一霧化結構或其組合，然在本實施例中，係於該底面122設置該鋸齒狀結構作為示例，但不以此為限。

如圖所示，該入光面12處內凹形成一容置室120，且該容置室120具有一內曲面121，可容置發光二極體，且該內曲面121之邊緣圍閉形成一開口1201，而該開口1201可為一圓形開口或一類橢圓開口。由於不同之開口形狀會決定光源進入該透鏡本體之距離與角度，進而改變出光後之路徑表現。藉 此皆可進一步調整不同之出光效果以及均勻度呈現。例如當發光二極體發出光源，光源可從該入光面12射入該透鏡本體10內，經該內曲面121及該底面122之一鋸齒狀結構產生折射調整不同之光線軌跡與方向，再由該出光面11射出形成類橢圓形光形。

附帶一提的是，該出光面11之中央表面係為平坦之一平面、一凹弧面或一凸弧面其中之一者。透過該等不同結構之調整，可使該發光二極體光源於該出光面之總體呈現大致發散或聚焦之不同光源照射效果。本實施例係以平面為適例且本發明之光學透鏡1係可進一步包含一外壁13及複數個柱腳14，該外壁13係圍繞設置於該透鏡本體10上，且該外壁13表面設有一網點結構或一霧化結構，而該些柱腳14則是設置於該外壁13底部。對此在與發光二極體相互安裝過程中，例如背光模組之組裝製程工序上，係可快速實現部分終端產品之裝載。

接著，依據第一、二實施例，本發明更提出第三實施例作更進一步之舉例說明。

請續以一併參閱第3A圖、第3B圖及第3C圖，其係為本發明之光學透鏡之第三實施例立體示意圖、上視示意圖及剖面示意圖。該光學透鏡2具有一透鏡本體20並包含一出光面21及一入光面22。 該出光面21為一曲面，且該出光面21之投射面係 呈一類橢圓形而具有一長軸211及一短軸212，該長軸211長度為a2、該短軸212長度為b2，該短軸212係垂直於該長軸211，又該出光面之中心位置具有一頂點P，該頂點P位於該出光面21之表面。該入光面22具有一內曲面221及一底面222，該內曲面221係供以容置該發光二極體，該透鏡本體20具有一透鏡高度為c。且該入光面22與該出光面21連接形成該透鏡本體20之外表面。

在本發明中，該長軸長度a、該短軸長度b及該透鏡高度c較佳係符合下列關係式：1<a/b≦1.67；及2≦a/c≦6。其中a與b之關係係為有效維持類橢圓形光形之實現以及不同環境下之適用性；至於a與c之關係係為控制該類橢圓形光形的整體照射均勻度。藉此實現一均勻度極高且呈類橢圓形光形之照射效果。

而在本實施例中，該長軸長度a、該短軸長度b及該透鏡高度c係由下列關係式製成該光學透鏡2：a：b：c=10.02：6：1.67。該比例相較於前述實施例係更進一步調整類橢圓形之變化效果。亦即長短軸之比例差異較大。值得一提的是，雖然本實施例與前述實施例類橢圓比例不同，但該內曲面221之一中心點Q位置係伴隨該出光面21之該頂點P位置在一維空間座標下為相同方向之變化。具體 來說，該出光面21及該內曲面221係具有相互的關係。當出光面21之高度越高，則可形成越聚集之光形；若該內曲面221之開口大小不變，而該內曲面221之高度越高，則可取得越發散之光形。若本發明之光學透鏡應用於背光光源，則需考量照射範圍之大小，因此為克服習知技術之問題，以該底面222為基準面，該出光面21之高度與該內曲面221之高度係互為正比，以取得較佳之類橢圓光形。

又本實施例之該透鏡本體20之該入光面22處內凹形成具有該內曲面221之一容置室220，用以容置發光二極體，而發光二極體設置的位置及高度可以根據不同的需求來調整，在此並不侷限。

另外，該內曲面221所形成之容置室220可以通過該頂點P之鉛直線為中心軸呈軸對稱設置，則該內曲面221之邊緣係圍閉形成一圓形開口2201，或以非對稱方式設置，則該內曲面221之邊緣係圍閉形成一類橢圓開口2201。

如此一來，藉由本發明之光學透鏡2可引導發光二極體之光線而照射出類橢圓光形，因此若將本發明應用於背光模組時，由於該背光模組之發光條上的發光二極體發光光形為類橢圓形，光形分佈較習知圓形光形來的更廣，進而可以減少背光模組的發光條數量，換句話說亦可減少材料成本及製程上之時間成本。

請再一併參閱第4A及4B圖，係分別為本發明光學透鏡之第四實施例仰視示意圖及剖面示意圖。為了滿足在不同使用狀態或環境下之適用性，如圖所示，該底面322係可設有一網點結構、一霧化結構或其組合，而在本實施例中，係於該底面322設置該網點結構作為示例，但不以此為限。

惟，以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明實施之範圍，此等熟習此技術所作出等效或輕易的變化者，在不脫離本發明之精神與範圍下所作之均等變化與修飾，皆應涵蓋於本發明之專利範圍內。

1、2、3‧‧‧光學透鏡

10、20、30‧‧‧透鏡本體

11、21、31‧‧‧出光面

111、211、311‧‧‧長軸

112、212、312‧‧‧短軸

12、22、32‧‧‧入光面

120、220、320‧‧‧容置室

1201、2201‧‧‧開口

121、221、321‧‧‧內曲面

122、222、322‧‧‧底面

13、23、33‧‧‧外壁

14、24‧‧‧柱腳

P‧‧‧頂點

Q‧‧‧中心點

a‧‧‧長軸長度

b‧‧‧短軸長度

c‧‧‧透鏡高度

第1A圖，係為本發明之光學透鏡之第一實施例立體示意圖。

第1B圖，係為本發明之光學透鏡之第一實施例上視示意圖。

第1C圖，係為本發明之光學透鏡之第一實施例剖面示意圖。

第2A圖，係為本發明之光學透鏡之第二實施例立體示意圖。

第2B圖，係為本發明之光學透鏡之第二實施例上視示意圖。

第2C圖，係為本發明之光學透鏡之第二實施例剖面示意圖。

第3A圖，係為本發明之光學透鏡之第三實施例立體示意圖。

第3B圖，係為本發明之光學透鏡之第三實施例上視示意圖。

第3C圖，係為本發明之光學透鏡之第三實施例剖面示意圖。

第4A圖，係為本發明之光學透鏡之第四實施例仰視示意圖。

第4B圖，係為本發明之光學透鏡之第四實施例剖面示意圖。

1‧‧‧光學透鏡

11‧‧‧出光面

111‧‧‧長軸

112‧‧‧短軸

13‧‧‧外壁

P‧‧‧頂點

a‧‧‧長軸長度

b‧‧‧短軸長度

Claims (7)

1. 一種光學透鏡，供引導一發光二極體之光線而產生一類橢圓光形，而該光學透鏡係具有一透鏡本體，其包含：一出光面，係為一曲面，且該出光面之投射面係呈一類橢圓形而具有一長軸及一短軸，該長軸之長度為a，該短軸之長度為b，該短軸係垂直於該長軸；又該出光面之中心位置具有一頂點P；以及一入光面，係與該出光面連接形成該透鏡本體之外表面，該入光面係具有一內曲面及一底面，該內曲面係供以容置該發光二極體；其中該透鏡本體具有一透鏡高度為c，且該長軸之長度a、該短軸之長度b及該透鏡高度c係符合下列關係式：1<a/b≦1.67；及2≦a/c≦6。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中，該底面係設有一鋸齒狀結構、一網點結構、一霧化結構或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中，該內曲面之邊緣係圍閉形成一圓形開口或一類橢圓開口。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，更 包含一外壁，該外壁係圍繞設置於該透鏡本體上，且該外壁表面設有一網點結構或一霧化結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學透鏡，更包含複數個柱腳，且該些柱腳係設置於該外壁底部。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中，該出光面之中央表面係為一平面、一凹弧面或一凸弧面其中之一者。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中，該內曲面之一中心點位置伴隨該出光面之該頂點位置在一維空間座標下為相同方向之變化。