TW201546496A - 光學透鏡及應用其之發光裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學透鏡及應用其之發光裝置。光學透鏡包括底面、出光面及全反射面。全反射面從底面往外且往出光面方向延伸。藉由全反射面，使被全反射面反射的光線的出光角度小於150度，以補充暗帶區域一光強。

Description

光學透鏡及應用其之發光裝置

本發明是有關於一種光學透鏡及應用其之發光裝置，且特別是有關於一種具有全反射面的光學透鏡及應用其之發光裝置。

傳統的光學透鏡用以擴大光線的出光角度，使出光光線的照射範圍擴大。然而，擴大角度的出光容易導致從小角度出光光線強度不足的問題，進而發生暗帶現象。

本發明係有關於一種光學透鏡及應用其之發光裝置，可補充暗帶區域的不足光強。

根據本發明之一實施例，提出一種光學透鏡。光學透鏡包括一底面、一出光面及一全反射面。全反射面從底面往外且往出光面方向延伸。其中，藉由全反射面，使被全反射面反射的光線的出光角度小於150度，以補充暗帶區域的不足光強。

根據本發明之另一實施例，提出一種發光裝置。發光裝置包括一電路板、一光學透鏡及一發光元件。光學透鏡設於 電路板上且包括一底面、一出光面及一全反射面。全反射面從底面往外且往出光面方向延伸。其中，藉由全反射面，使被全反射面反射的光線的出光角度小於150度，以補充暗帶區域的不足光強。發光元件設於光學透鏡內。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧發光裝置

110‧‧‧發光元件

120、320、420‧‧‧光學透鏡

121‧‧‧透鏡本體

121b‧‧‧底面

121r‧‧‧凹槽

121s1‧‧‧入光側面

121s2‧‧‧入光頂面

121s3‧‧‧入光平面

121u‧‧‧出光面

121u1‧‧‧內凹面

121u2‧‧‧弧面

122‧‧‧凹部

122s1‧‧‧全反射面

122s2‧‧‧內側面

122s3‧‧‧外邊界面

130‧‧‧反射片

130b‧‧‧反射底面

130s1‧‧‧第一反射側面

130s2‧‧‧第二反射側面

130r‧‧‧凹部

140‧‧‧電路板

240‧‧‧反射隔板

A1、A2‧‧‧出光角度

A3、A4、A5、A6、A7、A8‧‧‧夾角

C1‧‧‧中心線

C2、C3‧‧‧連線

DA1‧‧‧暗帶區域

L1‧‧‧第一光束

L2‧‧‧第二光束

P1‧‧‧第一交點

P2‧‧‧第二交點

P3‧‧‧發光點

S1、S2‧‧‧曲線

第1A圖繪示依照本發明一實施例之發光裝置的俯視圖。

第1B圖繪示第1A圖中沿方向1B-1B’的剖視圖。

第2圖繪示第1B圖之光線的出光角度與出光強度的關係圖。

第3圖繪示第1B圖之第二光束L2的場形圖。

第4圖繪示第1B圖中沿方向4-4’的剖視圖。

第5圖繪示依照本發明另一實施例之反射片的剖視圖。

第6圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的俯視圖。

第7圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

第8圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。

請參照第1A及1B圖，第1A圖繪示依照本發明一實施例之發光裝置的俯視圖，而第1B圖繪示第1A圖中沿方向1B-1B’的剖視圖。發光裝置100例如是直下式背光模組的一部分，其包括數個發光元件110、數個光學透鏡120、反射片130及電路板140。此外，本發明實 施例的光學透鏡120及反射片130不限於應用在直下式背光模組，其亦可應用側光式背光模組，或背光模組以外的其它照明裝置。

發光元件110例如是發光二極體。本實施例中，數個發光元件110設於電路板140上，且排列成陣列狀。另一實施例中，數個發光元件110可排列成任意形狀。發光元件110設於對應的光學透鏡120內，使發光元件110所發射光線可穿透光學透鏡120出光，進而產生對應的光學效果，如改變出光光線的出光角度。

如第1B圖所示，區域DA1的光強相對於周邊而言係不足，因此稱為暗帶。暗帶區域DA1的範圍可大於光學透鏡120的最大外徑，然亦可小於光學透鏡120的最大外徑。由於本發明實施例光學透鏡120的設計，使出光光線補充暗帶區域DA1不足的光強，可減少第1B圖所示之暗帶區域DA1的範圍或甚至消除整個暗帶區域DA1。

出光光線包括第一光束L1及第二光束L2，其中第一光束L1的出光角度A1小於+/-75度(或說是小於150度)。由於第一光束L1的出光範圍涵蓋整個暗帶區域DA1，因此可補充暗帶區域DA1的不足光強。一實施例中，第一光束L1的出光角度A1可介於+/-50度之間或+/-70度之間，該角度範圍大致上符合暗帶區域DA1的角度範圍，使得大部分或甚至全部的第一光束L1可補充暗帶區域DA1的不足光強。

第2圖繪示第1B圖之光線的出光角度與出光強度的關係圖。曲線S1表示發光元件110的發光光線透過第1B圖的光學透鏡120出光的出光角度與出光強度的關係曲線，而曲線S2 表示發光元件的發光光線透過習知光學透鏡出光的出光角度與出光強度的關係曲線。比較曲線S1及S2可知，由於全反射面122s1的設計，使第一光束L1補充暗帶區域DA1的不足光強。

如第1B圖所示，光學透鏡120更包括透鏡本體121及凹部122。透鏡本體121具有凹槽121r、底面121b及出光面121u。凹槽121r從底面121b往出光面121u方向延伸。凹部122從透鏡本體121的底面121b往出光面121u方向延伸，且包括全反射面122s1及內側面122s2。

藉由凹部122的全反射面122s1的設計，第一光束L1從凹槽121r的內側面122s2穿透透鏡本體121後入射至全反射面122s1，然後從全反射面122s1反射至出光面121u，再從出光面121u折射出光。進一步地說，由於全反射面122s1的設計，使自全反射面122s1反射的第一光束L1與中心線C1之間的出光角度A1小於+/-75度，以補充該角度範圍的出光強度，進而縮小或消除暗帶區域。此處的中心線C1係光學透鏡120的幾何中心線，光學透鏡120的結構可相對中心線C1呈對稱。此外，發光元件110的發射光線的光軸大致上可與中心線C1重合。

如第1B圖所示，本實施例中，全反射面122s1從底面121b往外且往出光面121u的方向延伸。全反射面122s1係一曲面，本實施例中，全反射面122s1的斜率從中心線C1往遠離中心線C1的方向漸小，使入射至全反射面122s1的光線可被全反射。其它實施例中，全反射面122s1可以由平面或平面與曲面的組合所建構。只要可以使入 射至全反射面122s1的光線被反射光線即可，本發明實施例並不限定全反射面122s1的輪廓。

此外，全反射面122s1與內側面122s2相交於一第一交點P1(以剖面來看是交於一點，實際上是相交於一線)。本實施例中，第一交點P1係全反射面122s1的頂點，內側面122s2從第一交點P1垂直地延伸至底面121b。凹槽121r包括入光側面121s1及入光頂面121s2，其中入光側面121s1與入光頂面121s2相交於第二交點P2(以剖面來看是交於一點，實際上是相交於一線)。中心線C1與底面121b相交於一發光點P3。發光點P3與第一交點P1的連線C2相對底面121b的夾角A3小於、等於或大於發光點P3與第二交點P2的連線C3相對底面121b的夾角A4。夾角A3與夾角A4的比例可依據暗帶所需要的光強而定。舉例來說，當暗帶區域DA1大於一預設範圍時，夾角A3可接近、等於或甚至可超過夾角A4，以反射較多的第一光束L1；當暗帶區域DA1小於一預設範圍時，夾角A3可小於夾角A4，以反射較少的第一光束L1。上述的預設範圍例如是暗帶區域DA1的直徑與光學透鏡120之外徑的比值，如介於0.8至1.5之間的任意數值。

本實施例中，凹槽121r的入光側面121s1連接於入光頂面121s2，且從底面121b往出光面121u的方向實質上垂直地延伸。另一實施例中，入光側面121s1可相對底面121b傾斜。

此外，凹槽121r更包括一入光平面121s3，入光平面121s3位於凹槽121r的最底端。中心線C1通過入光平面 121s3。由於光軸大致上與中心線C1重合，使沿光軸行進的光線可入射至入光平面121s3。此外，由於入光平面121s3的平面設計，使沿光軸行進的光線可通過入光平面121s3而穿透透鏡本體121，然後經由出光面121u出光。

如第1B圖所示，出光面121u包括內凹面121u1及弧面121u2，其中弧面121u2位於出光面121u的最底部，且連接於內凹面121u1。弧面121u2可提升出光面121u的成形性或製造性(相對於尖角而言)。此外，由於出光面121u的輪廓設計，使從出光面121u出光的第二光束L2的出光角度A2擴大，一實施例中，第二光束L2的出光角度A2大於+/-90度。就出光面121u的輪廓而言，出光面121u的斜率從中心線C1往遠離中心線C1的方向漸小，使從出光面121u折射的光線的出光角度可以擴大。此外，出光面121u可以由曲面、平面或其組合所建構。只要可以使折射光線的出光角度擴大即可，本發明實施例並不限定出光面121u的輪廓。

第3圖繪示第1B圖之第二光束L2的場形圖。由圖可知，第二光束L2的場形的最大光強相對光軸的夾角A2大於+/-90度，即第二光束L2出光角度大於180度。

第4圖繪示第1B圖中沿方向4-4’的剖視圖。反射片130具有凹部130r，發光元件110位於凹部130r內。凹部130r包括反射底面130b及第一反射側面130s1，其中第一反射側面130s1從反射底面130b往外傾斜地延伸。第二光束L2從光學透鏡120出光後射向反射片130的反射底面130b，然後從反射底面130b反射至反射片130的第一反射側面130s1，再 從第一反射側面130s1反射至導光板(未繪示)。由於第二光束L2的出光角度A2大於+/-90度，會使第二光束L2先入射至反射片130的反射底面130b，然後再反射至第一反射側面130s1，這樣可使從第一反射側面130s1反射的第二光束L2與中心線C1的夾角A5相對較小(相較於第二光束L2的出光角度A2等於或小於+/-90度而言)；如此一來，自第一反射側面130s1反射的第二光束L2可輔助補充暗帶區域DA1的不足光強，以消除部分暗帶區域DA1。

由於自第一反射側面130s1反射的第二光束L2可輔助補充暗帶區域DA1的不足光強，使光學透鏡120需要補充暗帶區域DA1不足光強的範圍縮小。進一步地說，由於第二光束L2的出光角度A2大於+/-90度，使自第一反射側面130s1反射的第二光束L2提供光強給暗帶區域DA1的一部分，進而使第1B圖的暗帶區域DA1的範圍縮小；如此一來，第一光束L1所需補充的暗帶區域DA1的範圍縮小，使第一光束L1的出光角度A1可以設計得較小。

此外，本實施例中，第一反射側面130s1與底面130b之間的夾角A6介於90度與180度之間，使從發光裝置100上方出光光線的出光角度較廣(相較於夾角A6接近45度或小於90度而言)。

第5圖繪示依照本發明另一實施例之反射片的剖視圖。本實施例之反射片130包括第一反射側面130s1及第二反射側面130s2，第一反射側面130s1從反射底面130b往外傾斜地延伸，而第二反射側面130s2從第一反射側面130s1往外傾斜地延伸。第一反射側面130s1與反射底面130b的之間夾一夾角A7，第二反射側面130s2與反射底面130b之間夾一夾角 A8，其中夾角A7與夾角A8相異。一實施例中，第一反射側面130s1與反射底面130b的之間夾角A7介於90度至170度之間，而第二反射側面130s2與反射底面130b之間的夾角A8介於100度至180度之間，使從光學透鏡120出光的光線L經過第一反射側面130s1及反射底面130b的多次反射，以提升從反射片130出光的均勻性。

第6圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的俯視圖。發光裝置200包括發光元件110(未繪示)、光學透鏡120、反射片130及至少一反射隔板240。由於反射隔板240具有反光特性，因此可反射發光元件110的出光光線。反射隔板240位於至少二光學透鏡120之間。相較於第1A圖的設計，本實施例之反射隔板240佔據第1A圖的至少一光學透鏡120及發光元件110的位置，如此可減少光學透鏡120及發光元件110的用量，進而減少光學透鏡120及發光元件110的成本。

第7圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發光裝置300包括發光元件110、光學透鏡320及反射片130。光學透鏡320包括透鏡本體121及凹部122，其中凹部122包括全反射面122s1及內側面122s2，其中全反射面122s1與內側面122s2相交於第一交點P1。與上述光學透鏡120不同的是，本實施例之內側面122s2從第一交點P1往下且往外傾斜地延伸至底面121b，使內側面122s2相對底面121b係傾斜。相似地，透過全反射面122s1的設計，使自全反射面122s1反射的第一光束L1可補充暗帶區域DA1的不足光強。

第8圖繪示依照本發明另一實施例之發光裝置的剖視圖。發 光裝置400包括發光元件110、光學透鏡420及反射片130。光學透鏡420包括透鏡本體121及凹部122，其中透鏡本體121包括凹槽121r、底面121b及出光面121u。凹槽121r包括入光側面121s1及入光頂面121s2，其中入光側面121s1從底面121b往出光面121u及往中心線C1的方向延伸。本實施例中，入光側面121s1與入光頂面121s2係相切，使入光側面121s1與入光頂面121s2係平滑地連接。

與上述光學透鏡120及320不同的是，本實施例的凹部122省略內側面122s2。此外，透鏡本體121具有一外邊界面122s3，全反射面122s1從底面121b往外且往出光面121u的方向延伸至外邊界面122s3，使全反射面122s1成為光學透鏡420的另一外邊界面。相似地，透過全反射面122s1的設計，使自全反射面122s1反射的第一光束L1可補充暗帶區域DA1的不足光強。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

110‧‧‧發光元件

120‧‧‧光學透鏡

121‧‧‧透鏡本體

121b‧‧‧底面

121r‧‧‧凹槽

121s1‧‧‧入光側面

121s2‧‧‧入光頂面

121s3‧‧‧入光平面

121u‧‧‧出光面

121u1‧‧‧內凹面

121u2‧‧‧弧面

122‧‧‧凹部

122s1‧‧‧全反射面

122s2‧‧‧內側面

122s3‧‧‧外邊界面

140‧‧‧電路板

A1、A2‧‧‧出光角度

A3、A4‧‧‧夾角

C1‧‧‧中心線

C2、C3‧‧‧連線

DA1‧‧‧暗帶區域

L1‧‧‧第一光束

L2‧‧‧第二光束

P1‧‧‧第一交點

P2‧‧‧第二交點

P3‧‧‧發光點

S1、S2‧‧‧曲線

Claims (10)

1. 一種光學透鏡，包括：一底面；一出光面；以及一全反射面，從該底面往外且往該出光面方向延伸；其中，藉由該全反射面，使被該全反射面反射的光線的出光角度小於150度，以補充暗帶區域的不足光強。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，更包括：一透鏡本體，具有一凹槽、該底面及該出光面，該凹槽從該底面往該出光面方向延伸；以及一凹部，從該透鏡本體的該底面往該出光面方向延伸，且包括該全反射面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該透鏡本體具有一中心線，該光學透鏡更包括：一入光平面，該中心線通過該入光平面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，更包括一中心線及一入光側面及一入光頂面，該凹部更包括一內側面，該全反射面與該內側面相交於一第一交點，該入光側面與該入光頂面相交於一第二交點，該中心線與該底面相交於一發光點，該發光點與 該第二交點的連線相對該底面的夾角大於該發光點與該第一交點的連線相對該底面的夾角。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，更包括一凹槽，該凹槽包括一入光頂面及一入光側面，該入光側面從該入光頂面垂直地延伸至該底面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，更包括一凹槽及一中心線，該凹槽包括一入光頂面及一入光側面，該入光側面從該入光頂面往遠離該中心線的方向延伸至該底面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該全反射面係該光學透鏡的外邊界面。
8. 一種發光裝置，包括：一電路板；一如申請專利範圍第1至7項中任一項所述之光學透鏡，設於該電路板上；以及一發光元件，設於該光學透鏡內。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，更包括：一反射片，具有一底面、一第一反射側面及一第二反射側 面，該第一反射側面相對該底面的夾角與該第二反射側面相對該底面的夾角係相異。
10. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，更包括：複數個該光學透鏡；複數個該發光元件，設於對應的該光學透鏡內；以及一反射隔板，隔離該些光學透鏡及該些發光元件。