TWI458916B - 透鏡 - Google Patents

Description

透鏡

本發明涉及光學系統領域，尤其涉及一種用於側光式發光二極體的透鏡。

目前，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)因具有功耗低、壽命長、體積小及亮度高等特性已經被廣泛應用到很多領域。在此，一種新型發光二極體可參見Daniel A.Steigerwald等人在文獻IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.8,No.2,March/April 1102中的Illumination With Solid State Lighting Technology一文。

發光二極體光源模組按其發光元件LED的分佈位置的不同可分為直下式和側光式兩種。由於直下式的模組較厚，不符合輕薄短小的趨勢。因此，目前多以側光式為主。對於側光式發光二極體光源模組，通常係將半導體發光元件LED設置於導光板的一側，導光板藉由其底面的擴散點破壞光線的反射條件使光由導光板正面射出，使導光板均勻發光。為配合側光式發光二極體光源模組，通常可於LED的上方設置微透鏡，藉由微透鏡將LED發出的光導向兩側而進入導光板，提高光線利用率，但易造成LED的出射光線不均勻。

有鑒於此，有必要提供一種均勻出光的用於側光式發光二極體的透鏡。

一種透鏡，包括第一導光體及第二導光體。該第一導光體具有光入射面、與光入射面相對的菲涅爾透鏡面以及位於光入射面與菲涅爾透鏡面之間的第一側面。該光入射面用於接收來自發光二極體的光線，進入第一導光體內部的光線經由該菲涅爾透鏡面或第一側面入射至該第二導光體。該第二導光體呈柱狀，其包括底面、與底面相對的頂面以及位於頂面與底面之間的第二側面。該底面具有向第二導光體內部凹陷的收容部，該收容部的結構與第一導光體的外表形狀相對應，以收容該第一導光體。該頂面為向第二導光體內部凹陷的圓錐側面，該圓錐側面為光反射面。該第二側面包括靠近頂面的第一出光面和靠近底面的第二出光面，該第二出光面為向第二導光體外部凸起的曲面，經由該菲涅爾透鏡面入射至該第二導光體內的光線被該頂面反射後經由該第一出光面平行出射，經由該第一側面入射至該第二導光體內的光線經由該第二出光面平行出射。

相較於先前技術，該透鏡利用第一導光體的菲涅爾透鏡面將發光二極體發出的光折射為平行光線並從該第二導光體的第一出光面射出，同時利用第一導光體的第一側面以及第二導光體的第二出光面的形狀配合，可改變光線的角度使其平行出射至透鏡外部，形成側光式光源，達到均勻出光。

10‧‧‧透鏡

11‧‧‧第一導光體

12‧‧‧第二導光體

110、120‧‧‧底面

112‧‧‧菲涅爾透鏡面

114‧‧‧第一側面

1102‧‧‧容置部

1120‧‧‧球面鋸齒

122‧‧‧頂面

124‧‧‧第二側面

1202‧‧‧收容部

1204‧‧‧凹陷

1242‧‧‧第一出光面

1244‧‧‧第二出光面

20‧‧‧發光二極體

圖1係本發明實施例的透鏡的立體結構示意圖。

圖2係圖1所示透鏡沿II-II方向的剖面結構示意圖。

圖3係圖2所示透鏡的第一導光體的結構示意圖。

圖4係圖2所示透鏡的第二導光體的結構示意圖。

圖5係圖2所示透鏡配以發光二極體晶片後的光路圖。

下面將結合附圖，對本發明實施例作進一步的詳細說明。

參見圖1及圖2，本發明第一實施例提供了一種用於側光式發光二極體的透鏡10。該透鏡10包括一第一導光體11及一第二導光體12。該第一導光體11的折射率大於第二導光體12的折射率。

參見圖3，該第一導光體11呈柱狀，其包括位於柱體底部的底面110、與底面110相對的菲涅爾透鏡面112，以及位於底面110與菲涅爾透鏡面112之間的第一側面114。該菲涅爾透鏡面112及第一側面114均用於折射經由第一導光體11內部出射至第二導光體12內部的光線。

該底面110向第一導光體11內部凹陷形成一個容置部1102，該容置部1102用於收容發光二極體(圖未示)。該容置部1102的側壁及底面為光入射面，從而自發光二極體發出的光線可經由該光入射面進入第一導光體11的內部。

該菲涅爾透鏡面112與容置部1102的底面相對。該菲涅爾透鏡面112包括複數個朝遠離第一導光體11方向凸起的球面鋸齒1120，所述容置部1102的位置位於菲涅爾透鏡面的焦點處或焦點附近，從而收容於容置部1102內部的發光二極管近似位於菲涅爾透鏡面的焦點處，該菲涅爾透鏡面112可將由第一導光體11內部入射至其上的光線折射為平行光線並輸出至第二導光體12內部。

該第一側面114為柱體側面，其與容置部1102的側壁相對，並位於底面110與菲涅爾透鏡面112之間，用於將入射至其上的光線進行折射後輸出至第二導光體12內部。

參見圖4，該第二導光體12呈柱狀，其包括底面120、與底面120相對的頂面122以及位於頂面122與底面120之間的第二側面124。

該底面120向第二導光體12內部凹陷形成收容部1202以收容該第一導光體11，並包覆第一導光體11的菲涅爾透鏡面112和第一側面114，以接收經由第一導光體11內部出射並被菲涅爾透鏡面112以及第一側面114折射的光線。該收容部1202的內部結構與第一導光體11的外表形狀相對應，以收容該第一導光體11，從而該第二導光體12包覆第一導光體11。本實施例中，該收容部1202的底部具有與菲涅爾透鏡面112的球面鋸齒1120相配合的凹陷1204，以收容球面鋸齒1120，從而第二導光體12可與第一導光體11之間形成緊密接觸，減少光損耗。

該頂面122為向第二導光體12內部凹陷的圓錐側面，該圓錐側面為光反射面且其半徑沿其向第二導光體12內部延伸的方向逐漸變小。優選地，該頂面122的表面可設置一光反射層(圖未示)，其可防止光直接從頂面122出射。

該第二側面124包括靠近頂面122的第一出光面1242、與靠近底面120的第二出光面1244，該第二出光面1244向第二導光體12外部凸起。本實施例中，該第一出光面1242為柱體側面，該第二出光面1244向第二導光體12外部凸起的部分為圓弧形凸起，該凸起方向與該光線的出射方向一致。從而該第二出光面1244為向第二導光體12外部凸起的圓弧面。

一併參見圖5，發光二極體20被收容於第一導光體11的容置部1102內部形成一個發光單元。發光二極體20發出的光經由容置部1102的側壁及底面入射至第一導光體11的內部，並分作兩部分分別入射至第一導光體11的菲涅爾透鏡面112和第一側面114。

該菲涅爾透鏡面112將入射至其上的光線折射為平行光線並使折射後的平行光線入射至第二導光體12的頂面122，該頂面122將入射至其上的平行光線反射向第二側面124的第一出光面1242，以使其經由第一出光面1242相互平行地出射至透鏡10外部。

該第一側面114將入射至其上的光線折射向第二側面124的第二出光面1244，該第二出光面1244折射入射至其上的光線，以使其經由第二出光面1244相互平行地出射至透鏡10外部。

相較於先前技術，該透鏡10利用第一導光體11的菲涅爾透鏡面112將發光二極體20發出的光折射為平行光線並從該第二導光體12的第一出光面1242射出，同時利用第一導光體11的第一側面114與第二導光體12的第二出光面1244的形狀配合，可改變光線的角度使其平行出射至透鏡10外部，形成側光式光源，達到均勻出光。

另外，本領域技術人員還可以在本發明精神內做其他變化，可以理解地，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之 精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧透鏡

11‧‧‧第一導光體

12‧‧‧第二導光體

Claims (4)

1. 一種透鏡，包括第一導光體及第二導光體，其中：該第一導光體具有菲涅爾透鏡面以及與該菲涅爾透鏡面相對的底面，該底面向第一導光體內部凹陷形成一容置部，該容置部位於該菲涅爾透鏡面的焦點處並用於收容發光二極體，該容置部的底面及側面為該第一導光體的光入射面，該第一導光體還具有位於光入射面與菲涅爾透鏡面之間的第一側面，該光入射面用於接收來自該發光二極體的光線，進入第一導光體內部的光線經由該菲涅爾透鏡面或第一側面入射至該第二導光體；該第二導光體呈柱狀，其包括底面、與底面相對的頂面以及位於頂面與底面之間的第二側面；該底面具有向第二導光體內部凹陷的收容部，該收容部的結構與第一導光體的外表形狀相對應，以收容該第一導光體；該頂面為向第二導光體內部凹陷的圓錐側面，該圓錐側面為光反射面；該第二側面包括靠近頂面的第一出光面和靠近底面的第二出光面，該第二出光面為向第二導光體外部凸起的曲面，經由該菲涅爾透鏡面入射至該第二導光體內的光線被該頂面反射後經由該第一出光面平行出射，經由該第一側面入射至該第二導光體內的光線經由該第二出光面平行出射。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該第二出光面為圓弧面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該第一導光體的折射率大於第二導光體的折射率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中，該第一導光體、第二導光體均為圓柱狀。