TW201643471A - 光學透鏡、背光模組及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學透鏡、背光模組及顯示裝置。光學透鏡包含本體、入光面、反射面以及出光面。本體具有頂部及底部。入光面係凹入本體之底部。反射面係凹入本體之頂部，並相對入光面。出光面連接頂部與底部。出光面具有複數個微結構，每一個微結構具有一法線，且這些法線的延伸方向彼此不同。藉此，光線可從入光面進入本體中，且該反射面反射後，再分別經由這些微結構出光。

Description

光學透鏡、背光模組及顯示裝置

本發明是有關於一種光學元件，且特別是有關於一種光學透鏡、背光模組及顯示裝置。

為滿足直下式背光模組之輕薄化的需求，一般做法是直接縮小直下式背光模組中的二次透鏡的混光距離或是減少發光二極體的設置數量。

二次透鏡主要包含折射式透鏡以及反射式透鏡。折射式透鏡的出光角度只有約75度，故當發光二極體間的間距(LED pitch)過大時，將導致出光均勻度不佳的問題。雖然反射式透鏡之出光角大於90度，但此種反射式透鏡的入光面與出光面必須設計成複雜的曲面。由於複雜的曲面所需的成型精度較高，故導致成本較高。此外，反射式透鏡本身也容易因為製造困難導致成型精度不佳，進而影響出光效果。

因此，本發明之一目的是在提供一種光學透 鏡、背光模組及顯示裝置，其具有容易加工以及出光均勻之優點。

根據本發明之上述目的，提出一種光學透鏡。 此光學透鏡包含本體、入光面、反射面以及出光面。本體具有頂部及底部。入光面係凹入本體之底部。反射面係凹入本體之頂部，並相對入光面。出光面連接頂部與底部。出光面具有複數個微結構，每一個微結構具有一法線，且這些法線的延伸方向彼此不同。藉此，光線可從入光面進入本體中，且反射面反射後，再分別經由這些微結構出光。

依據本發明之一實施例，上述之微結構中之任 相鄰二者的邊互相接合。

依據本發明之再一實施例，上述之出光面是由 微結構相互接合而成。

依據本發明之再一實施例，上述之出光面還具 有至少一光學面單元。而且，出光面是由微結構與光學面單元相互接合而成。

依據本發明之再一實施例，上述之光學面單元 具有固定斜率。

依據本發明之另一實施例，上述之 本體具有一中心線。微結構係圍繞中心線排列而形成複數個微結構列。

依據本發明之又一實施例，上述之微結構列係 呈環狀、半環狀或弧狀。

依據本發明之再一實施例，上述之本體具有中 心線。微結構排列而形成複數個微結構列，且微結構列係相對中心線呈放射狀排列。

依據本發明之再一實施例，上述之每一個微結 構列連接頂部及/或底部。

依據本發明之再一實施例，上述之每一個微結 構的兩端均不與頂部及底部連接。

依據本發明之再一實施例，上述之反射面為多 重曲率面。

依據本發明之再一實施例，上述之反射面具有 固定斜率。

依據本發明之再一實施例，上述之入光面具有 固定斜率。

根據本發明之上述目的，提出一種背光模組。 此背光模組包含背板、反射片、光學板、至少一光源以及至少一前述之光學透鏡。反射片設置在背板上。光學板設置在反射片上方。光源設置在背板上，且用以提供光線。光學透鏡設置在光源上方。其中，光線係從光學透鏡之入光面進入本體中，並經反射面反射後，由出光面出光，再從光學板射出。

依據本發明之一實施例，上述之反射片具有至 少一穿孔，光學透鏡係對應嵌設在穿孔中。光源包含電路板以及至少一發光單元設置在電路板上，其中電路板設置在背板上，發光單元係設置在光學透鏡之下方。

依據本發明之另一實施例，上述之本體更包含 入光空間。入光面為入光空間之內表面，且發光單元係設置在入光空間的下方。

依據本發明之又一實施例，上述之本體之底部 設有至少一接腳。光學透鏡係透過接腳設置在電路板上，以在光學透鏡與電路板之間形成容置空間。

根據本發明之上述目的，另提出一種顯示裝 置。此顯示裝置包含背板、反射片、光學板、至少一光源、至少一前述之光學透鏡以及顯示面板。反射片設置在背板上。光學板設置在反射片上方。光源設置在背板上，且用以提供光線。光學透鏡設置在光源上方。其中，光源提供之光線係從光學透鏡之入光面進入本體中，並經反射面反射後，由出光面出光，再光學板射出。顯示面板設置在光學板上方。

由上述可知，本發明之光學透鏡係利用具有不 同法線延伸方向的微結構相互接合以作為出光面，可調整光線從光學透鏡射出之行徑方向，以達到控制出光角度之目的。此外，透過改變各微結構的排列方式、尺寸或形狀，亦可達到局部調整光線之行徑方向之目的。藉此，可減少光學透鏡應用在背光模組與顯示裝置中之數量以及整體厚度，並可提升背光模組與顯示裝置之出光均勻度。另一方面，本發明之入光面與反射面可設計成具有固定斜率之斜面，故可簡化光學透鏡之製造難度，進而可提升光學透鏡之成型精度。

100‧‧‧光學透鏡

110‧‧‧本體

110a‧‧‧中心線

111‧‧‧頂部

113‧‧‧底部

113a‧‧‧入光空間

120‧‧‧入光面

130‧‧‧反射面

140‧‧‧出光面

141‧‧‧微結構

141a‧‧‧法線

150‧‧‧微結構列

160‧‧‧光源

200‧‧‧光學透鏡

240‧‧‧出光面

250‧‧‧微結構列

253‧‧‧光學面單元

300‧‧‧光學透鏡

340‧‧‧出光面

350‧‧‧微結構列

353‧‧‧光學面單元

400‧‧‧光學透鏡

440‧‧‧出光面

450‧‧‧微結構列

500‧‧‧光學透鏡

540‧‧‧出光面

550‧‧‧微結構列

553‧‧‧光學面單元

600‧‧‧光學透鏡

610‧‧‧本體

613a‧‧‧入光空間

620‧‧‧入光面

630‧‧‧反射面

640‧‧‧出光面

650‧‧‧微結構列

653‧‧‧光學面單元

660‧‧‧光源

670‧‧‧接腳

670a‧‧‧容置空間

700‧‧‧背光模組

710‧‧‧背板

720‧‧‧反射片

720a‧‧‧穿孔

730‧‧‧光學板

730a‧‧‧第一面

730b‧‧‧第二面

740‧‧‧光源

740a‧‧‧電路板

740b‧‧‧發光單元

800‧‧‧顯示裝置

810‧‧‧顯示面板

S1‧‧‧第一區段

S2‧‧‧第二區段

S3‧‧‧第三區段

S4‧‧‧第四區段

為了更完整了解實施例及其優點，現參照結合所附圖式所做之下列描述，其中：〔圖1A〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡之立體示意圖；〔圖1B〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖1C〕係繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡之光學路徑示意圖；〔圖2〕係繪示依照本發明之第二實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖3〕係繪示依照本發明之第三實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖4〕係繪示依照本發明之第四實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖5〕係繪示依照本發明之第五實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖6A〕係繪示依照本發明之第六實施方式之一種光學透鏡之側視圖；〔圖6B〕係繪示依照本發明之第六實施方式之一種光學透鏡之光學路徑示意圖；〔圖7〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖；以及 〔圖8〕係繪示依照本發明之一實施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。

請參照圖1A及圖1B，其係分別繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡之立體示意圖以及側視圖。本實施方式之光學透鏡100可用在背光模組中，以加大並調整背光模組中之發光二極體的出光角度，並增加光照範圍，進而提高背光模組的出光均勻度。

請繼續參照圖1A及圖1B，光學透鏡100主要包含本體110、入光面120、反射面130以及出光面140。本體110具有相對之頂部111及底部113。入光面120係凹入本體110之底部113，而形成入光空間113a。也就是說，入光面120可定義在入光空間113a的內表面。請一併參照圖1C，其繪示依照本發明之第一實施方式之一種光學透鏡之光學路徑示意圖。欲陳明者，為清楚表示光學透鏡之光學路徑，圖1C的光學透鏡已省略微結構141的部分。如圖1C所示，光源160係設置在本體110的入光空間113a下方，且光源160所產生之光線可從入光面120進入本體110中。在一實施例中，入光面120可具有固定斜率，故在加工上較容易。

如圖1A至圖1C所示，反射面130係凹入本體110之頂部111。而且，反射面130係相對入光面120。藉此，從入光面120進入本體110而射向反射面130的光線，可被反射面130反射，進而從出光面140出光。在一些實施例中， 反射面130具有固定斜率。在其他實施例中，反射面130亦可為多重曲率面，以符合不同的使用需求。

請繼續參照圖1A至圖1C，出光面140具有複數 個微結構141，這些微結構141中之任相鄰二者的邊互相接合。也就是說，這些微結構141互相拼接而形成出光面140。 在本實施例中，每一個微結構141具有法線141a。而且，這些法線141a的延伸方向彼此不同。也就是說，這些微結構141彼此為不同之斜面或曲面。欲陳明者，在此所指的「法線」係指垂直於各微結構141的線。而且，具有不同斜度或不同曲率的微結構141的法線141a的延伸方向均不相同。藉此，當光線在經過這些微結構141而出光時，這些不同斜度或不同曲率的微結構141可分別折射光線，進而使光線在出光時可具有不同的行徑方向，以達到增加光照範圍以及均勻化光線的目的。

如圖1A至圖1C所示，本體110具有中心線 110a，且此中心線110a係垂直貫穿本體110的頂部111及底部113。在本實施例中，微結構141係圍繞中心線110a排列而形成複數個微結構列150。在一例子中，如圖1A至圖1C所示，這些微結構列150為環狀。而且，出光面140係由這些微結構列150互相接合而成。在其他例子中，這些微結構列150亦可依據需求而設計成半環狀或弧狀。

欲陳明者，圖1A至圖1C所示實施例之光學透 鏡100之出光面140係由微結構列150所拼接而成。在其他實施例中，出光面140亦可有不同的結構設計。請參照圖2， 其係繪示依照本發明之第二實施方式之一種光學透鏡之側視圖。圖2所示之光學透鏡200之結構與前述之光學透鏡100的結構大致上相同，差異僅在於光學透鏡200之出光面240係由數個環狀的微結構列250以及光學面單元253所接合而成。也就是說，在出光面240中，微結構列250係局部地設置，而未設置微結構列250的部分即為光學面單元253，藉此微結構列250與光學面253單元可達到分層控制光線之行徑路線的目的。

欲陳明者，圖2所示之微結構列250係設置在靠 近本體110之頂部111的位置並非用以限制本發明。在其他實施例中，微結構列250亦可依據需求設置在靠近底部113的位置、或是設置在頂部111與底部113之間的任何位置。 此外，在一些實施例中，光學面單元253可具有固定斜率，但不以此為限。

請參照圖3，其係繪示依照本發明之第三實施方 式之一種光學透鏡之立體示意圖以及上視圖。圖3所示之光學透鏡300之結構與前述之光學透鏡200的結構大致上相同，且光學透鏡300之出光面340同樣係由微結構列350以及光學面單元353所拼接而成，差異僅在於光學透鏡300之微結構列350為半環狀，藉此同樣可達到局部控制光線之行徑路線的目的。

欲陳明者，圖3所示之微結構列350的形狀、設 置位置及數量並非用以限制本發明。在一些實施例中，微結構列350亦可為弧狀。在其他實施例中，微結構列350可依 據需求設置在本體110靠近頂部111或底部113的位置、或設置在頂部111與底部113之間的位置。

另請參照圖4，其係繪示依照本發明之第四實施 方式之一種光學透鏡之側視圖。圖4所示之光學透鏡400之結構與前述之光學透鏡100的結構大致上相同，差異在於光學透鏡400之微結構列450為條狀。在本實施例中，微結構列450係相對中心線110a呈放射狀排列，且每一微結構列450係從本體110的頂部111延伸至底部113。而且，光學透鏡400的出光面440係由這些條狀的微結構列450互相接合而成，藉此可達到控制光線之行徑路線的目的。

欲陳明者，圖4所示實施例之光學透鏡400之出 光面440係由微結構列450所拼接而成。在其他實施例中，出光面440亦可有不同的結構設計。請參照圖5，其係繪示依照本發明之第五實施方式之一種光學透鏡之側視圖。圖5所示之光學透鏡500之結構與前述之光學透鏡400的結構大致上相同，差異僅在於光學透鏡500之出光面540係由數個條狀的微結構列550以及光學面單元553所接合而成。也就是說，在出光面540中，微結構列550係局部地設置，而未設置微結構列550的部分即為光學面單元553，藉此出光面540可達到局部控制光線之行徑路線的目的。

欲陳明者，在圖5所示的實施例中，光學透鏡 500的微結構列550的兩端係分別連接本體110之頂部111及底部113。在其他實施例中，光學透鏡500的微結構列550的兩端可不與頂部111及底部113連接。或在一些實施例 中，微結構列550的一端可連接頂部111，另一端不與底部113連接。同樣地，在其他實施例中，微結構列550的一端可連接底部113，另一端則不與頂部111連接。

另請參照圖6A，其係繪示依照本發明之第六實 施方式之一種光學透鏡之側視圖。光學透鏡600同樣包含本體610、入光面620、反射面630以及出光面640。在本實施例中，本體610為一階梯狀結構，其具有第一區段S1、第二區段S2、第三區段S3以及第四區段S4。出光面640係由數個環狀的微結構列650以及光學面單元653所接合而成，藉此可達到分層控制光線之目的。

在圖6A所示實施例中，光學面單元653係設置 在第一區段S1，微結構列650係分別設置在第二區段S2、第三區段S3以及第四區段S4。而且，微結構列650的尺寸以及形狀可分別依據第二區段S2、第三區段S3以及第四區段S4的尺寸來設計。欲陳明者，本實施例之微結構列650為環狀並非用以限制本發明，在其他實施例中，微結構列650的形狀可依據需求而設計成半環狀、弧狀或條狀。此外，本體610的形狀、各區段的數量或是微結構列650與光學面單元653的設置位置均可依據需求而調整。

請同時參照圖6A及圖6B，圖6B係繪示依照本 發明之第六實施方式之一種光學透鏡之光學路徑示意圖。欲陳明者，為清楚表示光學透鏡之光學路徑，圖6B的光學透鏡600已將微結構列650的細節簡化。如圖6B所示，光源660主要是設置在本體610的入光空間613a的下方。藉此，光源 660所產生之光線可從入光面620進入本體610中而可被反射面630反射，進而從出光面640出光。當光線在經過這些微結構列650以及光學面單元653而出光時，這些微結構列650以及光學面單元653可分別折射光線，進而使光線在出光時可具有不同的行徑方向，以達到增加光照範圍以及均勻化光線的目的。

請同時參照圖6B及圖7，圖7係繪示依照本發明 之一實施方式之一種背光模組之裝置示意圖。本實施方式之背光模組700包含背板710、反射片720、光學板730、至少一光源740以及至少一光學透鏡600。欲陳明者，本實施方式係以光學透鏡600作為示例，其他實施方式的光學透鏡亦可應用在此背光模組700中。在一些實施例中，背光模組700可為直下式背光模組，且前述之光學板730可為擴散板。在其他實施例中，背光模組700亦可為側入光式背光模組，前述之光學板730則為導光板。

請繼續參照圖7，光源740設置在背板710上， 且光源740包含電路板740a以及至少一發光單元740b設置在電路板740a上。光學透鏡600的數量與發光單元740b的數量相對應，且光學透鏡600係對應地設置在發光單元740b上方。在一些實施例中，光學透鏡600的底部可設有接腳670。因此，光學透鏡600可透過接腳670設置在電路板740a上，並在光學透鏡600與電路板740a之間形成容置空間670a。藉此，發光單元740b可設置在此容置空間670a中，並且位於光學透鏡600之入光面620的下方。

如圖7所示，反射片720具有複數個穿孔720a。 因此，反射片720可透過穿孔720a而套設在光學透鏡600上。光學板730設置在反射片720的上方，且具有第一面730a與第二面730b。其中，第一面730a為入光面，第二面730b為出光面。藉此，光源740提供之光線從光學透鏡600之入光面620進入本體610中，並經反射面630反射後，由出光面640出光。當光線從光學透鏡600的出光面640出光後，一部分的光線可直接從光學板730的第一面730a進入光學板730，而由第二面730b射出，另一部分的光線則係先經由反射片720反射後再從光學板730射出。根據前述可知，光線在經過光學透鏡600反射及折射後，可產生較大的出光角。因此，當光源740的數量減少而使兩相鄰之光源740的間距加大時，光源740所產生的光線仍可在其間的區域混光，藉此可減小背光模組700的厚度以及重量，並且維持背光模組700的出光均勻度。

另請同時參照圖8，其係繪示依照本發明之一實 施方式之一種顯示裝置之裝置示意圖。本實施方式之顯示裝置800包含背光模組700以及顯示面板810。如圖8所示，顯示面板810係設置在背光模組700之光學板730上方，且經由光學板730之第二面730b出光之光線可射入顯示面板810中，並可達到與前述相同之目的。

由上述本發明實施方式可知，本發明之光學透 鏡係利用具有不同法線延伸方向的微結構相互接合以作為出光面，可調整光線從光學透鏡射出之行徑方向，以達到控 制出光角度之目的。此外，透過改變各微結構的排列方式、尺寸或形狀，亦可達到局部調整光線之行徑方向之目的。藉此，可減少光學透鏡應用在背光模組與顯示裝置中之數量以及整體厚度，並可提升背光模組與顯示裝置之出光均勻度。 另一方面，本發明之入光面與反射面可設計成具有固定斜率之斜面，故可簡化光學透鏡之製造難度，進而可提升光學透鏡之成型精度。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。

100‧‧‧光學透鏡

110‧‧‧本體

110a‧‧‧中心線

111‧‧‧頂部

113‧‧‧底部

113a‧‧‧入光空間

120‧‧‧入光面

130‧‧‧反射面

140‧‧‧出光面

150‧‧‧微結構列

Claims (18)

1. 一種光學透鏡，包含：一本體，具有一頂部及一底部；一入光面，凹入該本體之該底部；一反射面，凹入該本體之該頂部，並相對該入光面；以及一出光面，連接該頂部與該底部，其中該出光面具有複數個微結構，每一該些微結構具有一法線，且該些法線的延伸方向彼此不同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該些微結構中之任相鄰二者的邊互相接合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該出光面是由該些微結構相互接合而成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該出光面還具有至少一光學面單元，該出光面是由該些微結構與該至少一光學面單元相互接合而成。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學透鏡，其中該至少一光學面單元具有一固定斜率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該本體具有一中心線；以及該些微結構係圍繞該中心線排列而形成複數個微結構列。
7. 如申請專利範圍第6項所述之光學透鏡，其中每一該些微結構列係呈環狀、半環狀或弧狀。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該本體具有一中心線；以及該些微結構排列而形成複數個微結構列，且該些微結構列係相對該中心線呈放射狀排列。
9. 如申請專利範圍第8項所述之光學透鏡，其中每一該些微結構列連接該頂部及/或該底部。
10. 如申請專利範圍第8項所述之光學透鏡，其中每一該些微結構的兩端均不與該頂部及該底部連接。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該反射面為一多重曲率面。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該反射面具有一固定斜率。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該入光面具有一固定斜率。
14. 一種背光模組，包含：一背板；一反射片，設置在該背板上；一光學板，設置在該反射片上方；至少一光源，設置在該背板上，且用以提供光線；以及至少一根據申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述之光學透鏡，設置在該光源上方；其中該至少一光源提供之光線係從該光學透鏡之該入光面進入該本體中，並經該反射面反射後，由該出光面出光，再從該光學板射出。
15. 如申請專利範圍第14項所述之背光模組，其中該反射片具有至少一穿孔，該光學透鏡係對應嵌設在該穿孔中；該光源包含一電路板以及至少一發光單元設置在該電路板上，其中該電路板設置在該背板上，該發光單元係設置在該光學透鏡之下方。
16. 如申請專利範圍第15項所述之背光模組，其中該本體更包含一入光空間，該入光面為該入光空間之內表面，且該發光單元係設置在該入光空間的下方。
17. 如申請專利範圍第15項所述之背光模組，其中該本體之該底部設有至少一接腳，且該光學透鏡係透過該接腳設置在該電路板上，以在該光學透鏡與該電路板之間形成一容置空間。
18. 一種顯示裝置，包含：一背板；一反射片，設置在該背板上；一光學板，設置在該反射片上方，且具有一第一面與一第二面；至少一光源，設置在該背板上，且用以提供光線；至少一根據申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述之光學透鏡，設置在該光源上方；其中該至少一光源提供之光線係從該光學透鏡之該入光面進入該本體中，並經該反射面反射後，由該出光面出光，再從該光學板射出；以及一顯示面板，設置在該光學板上方。