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光源模塊.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510492279.4

申請日:

2012.06.26

公開號:

CN105065942A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移 IPC(主分類):F21S 2/00登記生效日:20190121變更事項:專利權人變更前權利人:揚升照明股份有限公司變更后權利人:中強光電股份有限公司變更事項:地址變更前權利人:中國臺灣新竹科學工業園區變更后權利人:中國臺灣新竹科學工業園區|||授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F21S 2/00申請日:20120626|||公開
IPC分類號: F21S2/00; F21V5/04; F21V7/10; F21V8/00 主分類號: F21S2/00
申請人: 揚升照明股份有限公司
發明人: 廖建中; 劉宏威
地址: 中國臺灣新竹科學工業園區
優先權:
專利代理機構: 永新專利商標代理有限公司72002 代理人: 劉佳斐
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510492279.4

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2019.02.12|||2017.09.26|||2015.12.16|||2015.11.18

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種光源模塊包括至少一發光單元和至少一導光元件。發光單元包括光源和透鏡結構。光源用于發出光束。透鏡結構具有底面、相對于底面的頂面、以及連接底面與頂面的第一表面。底面具有第一凹陷以及連接第一凹陷與第一表面的第二凹陷。頂面具有第三凹陷。導光元件具有至少一開口以及配置于開口旁的多個第一光學微結構。發光單元配置于開口中。光束經過透鏡結構,由開口進入導光元件中。

權利要求書

1.一種光源模塊,包括:
至少一發光單元,上述發光單元包括:
一光源,用于發出一光束且具有一光軸;
一透鏡結構,具有一底面、相對于上述底面的一頂面、以及連接
上述底面與上述頂面的一第一表面,其中上述底面朝向上述光源,上述
底面具有一第一凹陷以及連接上述第一凹陷與上述第一表面的一第二
凹陷,上述頂面具有一第三凹陷,上述光源的上述光軸穿過上述第一凹
陷與上述第三凹陷,上述第一表面相對于上述光軸傾斜;
至少一導光元件,具有至少一開口以及配置于上述開口旁的多個第一
光學微結構,上述發光單元配置于上述開口中,上述光束經過上述透鏡結
構,由上述開口進入上述導光元件中;以及
一反射片,上述導光元件具有相對的一底面以及一頂面,上述些第一
光學微結構以及上述開口配置于上述導光元件的上述底面上,而上述反射
片配置于上述底面旁。
2.根據權利要求1所述的光源模塊,其中上述光束自上述第一凹陷
進入上述透鏡結構中。
3.根據權利要求2所述的光源模塊,其中部分的上述光束被上述第
一凹陷折射至上述第三凹陷,傳遞至上述第三凹陷的上述部分的光束被上
述第三凹陷反射往上述第一表面,由上述第一表面離開上述透鏡結構。
4.根據權利要求3所述的光源模塊,其中上述部分的光束在未進入
上述透鏡結構前與上述光軸夾一第一角度,上述第一角度介于0度至25度。
5.根據權利要求2所述的光源模塊,其中部分的上述光束被上述第
一凹陷折射至上述第三凹陷,傳遞至上述第三凹陷的上述部分的光束被上
述第三凹陷反射至上述第一表面,傳遞至上述第一表面的上述部分的光束
被上述第一表面反射至上述第二凹陷,傳遞至上述第二凹陷的上述部分的
光束被上述第二凹陷反射,離開上述透鏡結構。
6.根據權利要求5所述的光源模塊,其中上述透鏡結構更具有:一
第二表面,連接上述底面的上述第二凹陷與上述第一表面,上述部分的光
束被上述第二凹陷反射后傳遞至上述第二表面,由上述第二表面離開上述
透鏡結構。
7.根據權利要求6所述的光源模塊,其中上述光軸位于一參考平面
上,上述第二表面被上述參考平面所截出的截線包括二線段,上述些線段
大致上與上述光軸平行。
8.根據權利要求5所述的光源模塊,其中上述第二凹陷具有相對于
上述光軸傾斜的一側壁。
9.根據權利要求8所述的光源模塊,其中部分的上述光束被上述第
一凹陷折射至上述第三凹陷,傳遞至上述第三凹陷的上述部分的光束被上
述第三凹陷反射至上述第一表面,傳遞至上述第一表面的上述部分的光束
被上述第一表面反射至上述第二凹陷的上述側壁,傳遞至上述第二凹陷的
上述側壁的上述部分的光束被上述第二凹陷的側壁反射,離開上述透鏡結
構。
10.根據權利要求5所述的光源模塊,其中上述部分的光束在未進入
上述透鏡結構前與上述光軸夾一第二角度,上述第二角度介于25度至40
度。
11.根據權利要求2所述的光源模塊,其中部分的上述光束被上述第
一凹陷折射至上述第一表面,直接地由上述第一表面離開上述透鏡結構。
12.根據權利要求11所述的光源模塊,其中上述部分的光束在未進
入上述透鏡結構前與上述光軸夾一第三角度,上述第三角度介于40度至60
度。
13.根據權利要求1所述的光源模塊,其中上述透鏡結構更具有一連
接上述第三凹陷與上述第一表面的一第三表面,其中上述光軸位于一參考
平面上,上述第三凹陷被上述參考平面所截得的截線為一第一截線,上述
第三表面被上述參考平面所截得的截線為一第二截線,上述第一截線與上
述第二截線的交點與上述光源的連線和上述光軸的夾角大于25度。
14.根據權利要求13所述的光源模塊,其中,上述第一表面被上述
參考平面所截得的截線為一第三截線,上述第二截線與上述第三截線的交
點與上述光源的連線和上述光軸的夾角大于40度。
15.根據權利要求1所述的光源模塊,其中上述透鏡結構更具有一連
接上述第一表面與上述第二凹陷的一第二表面,上述光軸位于一參考平面
上,上述第一表面被上述參考平面所截得的截線為一第三截線,上述第二
表面被上述參考平面所截得的截線為一第四截線,上述第三截線與上述第
四截線的交點與上述光源的連線和上述光軸的夾角大于60度。
16.根據權利要求1所述的光源模塊,其中上述第二凹陷環繞上述第
一凹陷。
17.根據權利要求1所述的光源模塊,其中各上述第一光學微結構具
有一環狀凹槽,上述環狀凹槽具有一斜面與一鉛垂面,各上述環狀凹槽的
上述斜面位于上述鉛垂面的外圍。
18.根據權利要求1所述的光源模塊,其中各上述第一光學微結構具
有一環狀凹槽,上述環狀凹槽具有一斜面與一鉛垂面,各上述環狀凹槽的
上述鉛垂面位于上述斜面的外圍。
19.根據權利要求18所述的光源模塊,其中上述些第一光學微結構的
上述環狀凹槽的深度隨著遠離上述光軸的方向先遞增,然后再遞減。
20.根據權利要求18所述的光源模塊,其中上述些第一光學微結構的
上述環狀凹槽的上述些斜面的斜率隨著遠離上述光軸的方向先遞增,然后
再遞減。
21.根據權利要求1所述的光源模塊,其中上述開口具有連接上述導
光元件的上述底面以及上述導光元件的上述頂面的一第一側壁,上述開口
的上述第一側壁環繞上述光軸且具有一口徑漸縮的塔形頂部。
22.根據權利要求21所述的光源模塊,其中上述開口更具有連接上述
導光元件的上述頂面與上述開口的上述第一側壁的一第二側壁,上述開口
的上述第二側壁環繞上述光軸且形成一口徑漸擴的塔形。
23.根據權利要求1所述的光源模塊,其中上述至少一導光元件的數
量為多個,多個上述導光元件彼此相鄰且位于同一平面。
24.根據權利要求23所述的光源模塊,其中各導光元件具有連接上述
底面與上述頂面的一側面,上述底面具有一凹陷平臺,上述凹陷平臺連接
這些第一光學微結構與上述導光元件的上述側面。
25.根據權利要求24所述的光源模塊,各上述導光元件更具有多個第
二光學微結構配置于上述凹陷平臺上。
26.根據權利要求23所述的光源模塊,其中各導光元件具有連接上述
底面以及上述頂面的一側面,各上述導光元件具有多個第二光學微結構,
這些第二光學微結構配置于上述頂面的邊緣區域上。

說明書

光源模塊

本申請是申請日為2012年6月26日、申請號為201210212860.2、
發明名稱為“光源模塊”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明關于一種光學裝置,且特別是關于一種光源模塊。

背景技術

在現代,由多個點光源形成面光源的光源模塊廣泛的應用在許多
顯示裝置上。其中,包括發光二極體的光源模塊可應用的多種產品中,
從攜帶式電子產品,如手機、相機、MP3等小型尺寸,到數位相框、
個人熒幕、車用電視的熒幕、液晶電視等中大型尺寸都可見到其應用。

對于光源模塊而言,最重要的性質就是其均勻度與亮度。在現有
技術中,為實現良好的均勻度,將點光源所發出的光線個別進行擴散
處理。一般而言,點光源會透過透鏡結構將光束展開。然而,透過透
鏡結構所展開的光束的發散角勢必很大,而人眼無法完整地接收到此
發散角過大的光線,造成視覺上亮度降低的問題。因此,在現有技術
中,多在透鏡結構前設置擴散板以將發散角過大的光線導正,進而使
人眼可有效地接收到點光源所發出的光線。但是,點光源所發出的光
線經過擴散板導正后,有許多的光線會被擴散板中的散射粒子散射,
而使得仍有部分光線無法朝向人眼的正視方向傳遞。如此一來,光源
模塊便有光利用效率偏低的問題。

在此舉例一些相關的技術。美國專利第US7866844號、美國專利
第US7572036號以及美國專利公開第US20090052192號揭露了發光源
以及透鏡。美國專利第US6598998號揭露一面光源裝置,其包括置放
在光導中的發光二極體晶片及透鏡。美國專利公開第US20020015297
號揭露了發光單元,其包括陰極管以及光學波導。中國臺灣專利第
TWM319426號揭露背光模塊,其包括了光源、導光板以及反射片。日
本專利第JP2000-214460號揭露背光模塊,其包括了導光體和反射板。
美國專利第US7470042號以及第US7399108號揭露照明光源,其包括
發光元件與反射元件。

發明內容

本發明提供一種光源模塊,具有高光利用效率。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特征中得到
進一步的了解。

為了實現上述的一或部分或全部目的或是其他目的,本發明的實
施例提出一種光源模塊。光源模塊包括至少一發光單元和至少一導光
元件。發光單元包括光源和透鏡結構。光源用于發出光束且具有光軸。
透鏡結構具有底面、相對于底面的頂面、以及連接底面與頂面的第一
表面。底面朝向光源而且具有第一凹陷以及連接第一凹陷與第一表面
的第二凹陷。頂面具有第三凹陷。光源的光軸穿過第一凹陷與第三凹
陷,第一表面相對于光軸傾斜。導光元件具有至少一開口以及配置于
開口旁的多個第一光學微結構。發光單元配置于開口中。光束經過透
鏡結構且由開口進入導光元件中。

在本發明的實施例中,上述的光束自第一凹陷進入透鏡結構中。

在本發明的實施例中,上述的光束中的部分的光束被第一凹陷折
射至第三凹陷,傳遞至第三凹陷的上述部分的光束被第三凹陷反射往
第一表面,且由第一表面離開透鏡結構。

在本發明的實施例中,上述的部分的光束在未進入透鏡結構前與
光軸夾第一角度,第一角度介于0度至25度。

在本發明的實施例中,上述光束的部分的光束被第一凹陷折射至
第三凹陷,傳遞至第三凹陷的上述部分的光束被第三凹陷反射至第一
表面,傳遞至第一表面的上述部分的光束被第一表面反射至第二凹陷,
傳遞至第二凹陷的上述部分的光束被第二凹陷反射而離開透鏡結構。

在本發明的實施例中,上述的部分的光束在未進入透鏡結構前與
光軸夾第二角度,第二角度介于25度至40度。

在本發明的實施例中,上述的透鏡結構更具有連接底面的第二凹
陷與第一表面的第二表面,上述部分的光束被第二凹陷反射后傳遞至
第二表面,而由第二表面離開透鏡結構。

在本發明的實施例中,上述的光軸位于參考平面上。第二表面被
此參考平面所截出的截線包括二線段。此二線段大致上與光軸平行。

在本發明的實施例中,上述的第二凹陷具有相對于光軸傾斜的側
壁。

在本發明的實施例中,上述光束的部分的光束被第一凹陷折射至
第三凹陷,傳遞至第三凹陷的上述部分的光束被第三凹陷反射至第一
表面,傳遞至第一表面的上述部分的光束被第一表面反射至第二凹陷
的側壁,傳遞至第二凹陷的側壁的上述部分光束被第二凹陷的側壁反
射而離開透鏡結構。

在本發明的實施例中,上述的側壁為曲面。

在本發明的實施例中,上述光束的部分的光束被第一凹陷折射至
第一表面而直接地由第一表面離開透鏡結構。

在本發明的實施例中,上述的部分的光束在未進入透鏡結構前與
光軸夾第三角度,第三角度介于40度至60度。

在本發明的實施例中,上述的透鏡結構更具有連接第三凹陷與第
一表面的一第三表面。其中第三表面為朝向遠離光源的方向凸起的曲
面。

在本發明的實施例中,上述的光軸位于參考平面上,第三凹陷被
考平面所截得的截線為第一截線,第三表面被參考平面所截得的截線
為第二截線,第一截線與第二截線的交點與光源的連線和光軸的夾角
大于25度。

在本發明的實施例中,上述的光軸位于參考平面上,第三表面被
參考平面所截得的截線為第二截線,第一表面被參考平面所截得的截
線為一第三截線,第二截線與第三截線的交點與光源的連線和光軸的
夾角大于40度。

在本發明的實施例中,上述的透鏡結構更具有連接第一表面與第
二凹陷的第二表面,光軸位于參考平面上,第一表面被參考平面所截
得的截線為第三截線,第二表面被參考平面所截得的截線為第四截線,
第三截線與第四截線的交點與光源的連線和光軸的夾角大于60度。

在本發明的實施例中,上述的光軸穿過第一凹陷的中心以及第三
凹陷的中心。

在本發明的實施例中,上述的第一凹陷、第二凹陷、第三凹陷或
第一表面對光軸呈圓對稱。

在本發明的實施例中,上述的第一凹陷為曲面。

在本發明的實施例中,上述的第一凹陷為朝遠離光源的方向凹陷
的弧面。

在本發明的實施例中,上述的第二凹陷環繞第一凹陷。

在本發明的實施例中,上述的光軸位于參考平面,透鏡結構的第
三凹陷被參考平面所截的一截線包括相交的兩弧線,弧線從透鏡結構
本體向外凸起。

在本發明的實施例中,上述的第三凹陷為錐狀凹陷。

在本發明的實施例中,上述的第一表面環繞光軸。

在本發明的實施例中,上述的第一表面為曲面。

在本發明的實施例中,上述的透鏡結構與導光元件為一體成型。

在本發明的實施例中,上述的各第一光學微結構具有環狀凹槽,
環狀凹槽具有一斜面與鉛垂面,各環狀凹槽的斜面位于鉛垂面的外圍。

在本發明的實施例中,上述的各第一光學微結構具有環狀凹槽,
環狀凹槽具有一斜面與鉛垂面,各環狀凹槽第一光學微結構的鉛垂面
位于斜面的外圍朝向光軸傾斜。

在本發明的實施例中,上述的那些第一光學微結構的環狀凹槽的
深度隨著遠離光軸的方向先遞增,然后再遞減。

在本發明的實施例中,上述的那些第一光學微結構的環狀凹槽的
那些斜面的斜率隨著遠離光軸的方向先遞增,然后再遞減。

在本發明的實施例中,上述的那些第一光學微結構為環繞光軸的
多個環狀凹槽。

在本發明的實施例中,上述的那些第一光學微結構為多個散射結
構。

在本發明的實施例中,光源模塊還包括反射片,導光元件具有相
對的一底面以及一頂面,那些第一光學微結構以及開口配置于導光元
件的底面上,且反射片配置于底面旁。

在本發明的實施例中,上述的導光元件具有相對的底面以及頂面,
那些第一光學微結構以及開口配置于導光元件的底面上,開口具有連
接導光元件的底面以及導光元件的頂面的第一側壁,開口的第一側壁
環繞光軸且具有一口徑漸縮的塔形頂部。

在本發明的實施例中,上述的開口更具有連接導光元件的頂面與
開口的第一側壁的第二側壁,開口的第二側壁環繞光軸且形成一口徑
漸擴的塔形。

在本發明的實施例中,上述至少一導光元件的數量為多個,多個導
光元件彼此相鄰且位于同一平面。

在本發明的實施例中,上述的導光元件具有底面、相對于底面的
頂面以及連接底面與頂面的側面,各導光元件的那些第一光學微結構
以及開口配置于導光元件的底面上,底面具有凹陷平臺,凹陷平臺連
接那些第一光學微結構與導光元件的側面。

在本發明的實施例中,上述的各導光元件更具有多個第二光學微
結構配置于凹陷平臺上。

在本發明的實施例中,上述的各導光元件具有底面、相對于底面
的頂面以及連接底面以及頂面的側面,各導光元件具有多個第二光學
微結構,各導光元件的那些第二光學微結構配置于頂面的邊緣區域上。

基于上述,本發明實施例的光源模塊透過透鏡結構與導光元件的
搭配,光源所發出的光束可均勻地自導光元件的出光面出射且往正視
方向(即光軸延伸方向)集中。如此一來,本發明實施例的光源模塊便
可不過度地依賴現有技術中所述的擴散板將光束導正,且可具有高光
利用效率與均勻性。

為了讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂,下文特舉多個實
施例,并配合附圖作如下詳細說明。

附圖說明

圖1A為本發明第一實施例的光源模塊示意圖。

圖1B為圖1A的光源模塊的立體示意圖。

圖1C為圖1A中發光單元的放大示意圖。

圖1D是光束在圖1A的透鏡結構中的傳播路徑示意圖。

圖1E示出圖1A的發光單元的光分布情形。

圖2為本發明第二實施例的光源模塊示意圖。

圖3為本發明第三實施例的光源模塊示意圖。

圖4為本發明第四實施例的光源模塊示意圖。

圖5為本發明第五實施例的光源模塊示意圖。

圖6為本發明第六實施例的光源模塊示意圖。

圖7為本發明第七實施例的光源模塊示意圖。

圖8為本發明第八實施例的光源模塊示意圖。

圖9為本發明第九實施例的光源模塊示意圖。

圖10為比較例的光源模塊示意圖。

圖11為本發明第十實施例的光源模塊示意圖。

圖12為本發明第十一實施例的光源模塊示意圖。

具體實施方式

有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效,在以下配合附
圖的優選實施例的詳細說明中,將可清楚的呈現。以下實施例中所提
到的方向用語,例如:上、下、左、右、前或后等,僅是參考附圖的
方向。因此,使用的方向用語是用來說明,且并非用來限制本發明。

第一實施例

圖1A為本發明第一實施例的光源模塊示意圖。請參照圖1A,光
源模塊1000包括至少一發光單元1100和至少一導光元件1200。發光
單元1100包括光源1120和透鏡結構1140。光源1120用于發出光束L
且具有光軸Z。透鏡結構1140具有底面1141、相對于底面1141的頂
面1142、以及連接底面1141與頂面1142的第一表面1143。底面1141
朝向光源1120而且具有第一凹陷1141a以及連接第一凹陷1141a與第
一表面1143的第二凹陷1141b。頂面1142具有第三凹陷1142a。光源
1120的光軸Z穿過第一凹陷1141a與第三凹陷1142a。第一表面1143
相對于光軸Z傾斜。導光元件1200具有至少一開口1220以及配置于
開口1220旁的多個第一光學微結構1240。發光單元1100配置于開口
1220中。光束L經過透鏡結構1140且由開口1220進入導光元件1200
中。

在本實施例中,發光單元1100中的光源1120可為發光二極體或
者是其他合適的發光元件。此外,光源1120的位置不限于需完全地設
置在開口1220中。在其他的實施例中,光源1120也可以配置在開口
1220外,且透過環境介質或其他導光元件將其所發出的光束L傳遞至
位于開口1220中的透鏡結構1140。

為了清楚地說明本實施例的光源模塊1000,圖1A中定義出參考
平面。參考平面為光軸Z與X軸所在的平面(即紙面),其中光軸Z與
X軸大致上互相垂直。請參照圖1A,在本實施例中,光源模塊1000的
導光元件1200可為導光板。此外,導光元件1200中的多個第一光學
微結構1240可為呈鋸齒狀的凹陷結構。請同時參照圖1B,更進一步
地說,每一第一光學微結構1240可具有環狀凹槽1241,環狀凹槽1241
具有斜面1242與鉛垂面1243。環狀凹槽1241的鉛垂面1243位于斜
面1242的外圍。值得注意的是,第一光學微結構1240的環狀凹槽1241
的深度h可隨著遠離光軸Z的方向遞增,然后再遞減。詳細來說,在
本實施例中,導光元件1200在沿著遠離光軸Z的方向上大致可分成內
部區域P1、中間區域P2與外側區域P3。在內部區域P1的環狀凹槽
1241的深度h、在中間區域P2的環狀凹槽1241的深度h與在外側區
域P3的環狀凹槽1241的深度h的比率例如是2:x:3,其中x可介
于3至4之間。

另外,在本實施例中,環狀凹槽1241的斜面1242的斜率可隨著
遠離光軸Z的方向先遞增,然后再遞減。換言之,斜面1242與X軸之
間的夾角若為θ(未繪示),則tanθ為斜面1242的斜率。當斜面1242
的斜率(即tanθ)隨著遠離光軸Z的方向先遞增然后再遞減時,斜面
1242與X軸之間的夾角θ(未繪示)也隨著遠離光軸Z的方向先遞增然
后再遞減。具體而言,在本實施例中,位在內部區域P1的環狀凹槽
1241的斜面1242與X軸的夾角可為33度,位在中間區域P2的環狀
凹槽1241的斜面1242與X軸的夾角可介于38度至40度,位在外側
區域P3的環狀凹槽1241的斜面1242與X軸的夾角可介于30度至32
度。

圖1B為圖1A的光源模塊的立體示意圖。特別是,圖1A是對應于
圖1B的剖線A-A’。請參照圖1B,在本實施例中,多個第一光學微結
構1240可相對于光軸Z呈圓對稱。如圖1B所示,多個第一光學微結
構1240可為環繞光軸Z的多個環狀凹槽1241。如圖1A所示,來自發
光單元1100的光束L可透過第一光學微結構1240改變其行進方向。
具體而言,透過第一光學微結構1240,光束L的行進方向可由遠離光
軸Z的方向轉變為與光軸Z平行的方向。換言之,透過發光單元1100
與第一光學微結構1240的搭配,光源1120所發出的光束L可均勻地
自導光元件1200的出光面1200a(頂面)出射且集中在正視方向(即與
光軸Z平行的方向)上。如此一來,本實施例的光源模塊1000便可不
過度地依賴現有技術中所述的擴散板將光束導正,進而具有高光利用
效率與均勻性。

圖1C為圖1A中發光單元1100的放大示意圖。請參照圖1C,光
源1120具有光軸Z。光源1120所發出的光分布對稱于光軸Z。在本實
施例中,光軸Z可通過透鏡結構1140的第一凹陷1141a的中心以及第
三凹陷1142a的中心。類似地,為了清楚地說明透鏡結構1140,圖1C
中定義出參考平面。參考平面為光軸Z與X軸所在的平面(即紙面),
其中光軸Z與X軸大致上互相垂直。本實施例的發光單元1100的截面
繪示在參考平面上,其中光源1120位在光軸Z與X軸交會的原點O上。

以下將配合圖1C更詳細地描述本實施例的透鏡結構1140。本實
施例的透鏡結構1140更具有連接第二凹陷1141b與第一表面1143的
第二表面1144。在本實施例中,第二表面1144可環繞光軸Z且不與
光軸Z相交。更進一步地說,第二表面1144被參考平面(即紙面)所截
出的截線包括二直線。此二直線大致上可與光軸Z平行。此外,本實
施例的透鏡結構1140更具有連接第三凹陷1142a與第一表面1143的
第三表面1145。在本實施例中,第三表面1145可為朝著遠離光源1120
方向凸起的曲面。第二凹陷1141b可具有相對于光軸Z傾斜的側壁
1141c。側壁1141c可為曲面。此外,第二凹陷1141b還具有連接第二
凹陷1141b的側壁1141c與第一凹陷1141a的第四表面1141d。

請繼續參照圖1C,透鏡結構1140的第一凹陷1141a可為曲面。
更進一步地說,第一凹陷1141a可為朝著遠離光源1120的方向凹陷的
弧面。透鏡結構1140的第三凹陷1142a也可為曲面。進一步而言,透
鏡結構1140的第三凹陷1142a被參考平面(即紙面)所截的截線可為相
交的兩弧線,且此弧線可各別從透鏡結構1140本體向外凸起(且例如
為向上凸起,圖未示)。

請同時參照圖1B和圖1C,以本實施例的透鏡結構1140的外觀來
說,第一凹陷1141a、第二凹陷1141b、第三凹陷1142a、第一表面1143、
第二表面1144以及第三表面1145相對于光軸Z可呈圓對稱。第一凹
陷1141a、第二凹陷1141b、第三凹陷1142a可為朝透鏡結構1140本
體內部的凹陷。第三凹陷1142a可為錐狀凹陷。此外,第一表面1143、
第二表面1144以及第三表面1145可環繞光軸Z,且第二凹陷1141b
可環繞第一凹陷1141a。

為了使本領域技術人員能了解本實施例的透鏡結構1140的光學
特性,以下將詳細說明光束L在透鏡結構1140的傳播情形。

圖1D是光束在圖1A的透鏡結構中的傳播路徑示意圖。與圖1C類
似地,圖1D中定義出參考平面,即光軸Z與X軸所在的平面(即紙面)。
因本實施例的透鏡結構1140可對光軸Z呈圓對稱,所以光線在透鏡結
構1140內的傳播路徑也可對光軸Z呈圓對稱。故在圖1D中僅繪示位
于光軸Z其中一側的光束L的傳播路徑作代表。

請參照圖1D,未進入透鏡結構1140前的光束L與光軸Z所夾的
角度與光束L在透鏡結構1140內部的傳遞路徑有關。詳細來說,與光
軸Z夾第一角度(約0~25度)的光束L1進入透鏡結構1140內部以
后,光束L1可經過一次折射、一次內全反射與一次折射后離開透鏡結
構1140。更進一步地說,因第一凹陷1141a的曲面設計,光束L1進
入透鏡結構1140時,第一凹陷1141a可將光束L1折射往第三凹陷
1142a。接著,光束L1可被第三凹陷1142a全反射至第一表面1143。
然后,光束L1被第一表面1143折射后離開透鏡結構1140。請同時參
照圖1A與圖1D,光束L1離開透鏡結構1140后,光束L1入射至內部
區域P1的第一光學微結構1240的環狀凹槽1241的斜面1242上。斜
面1242再將光束L1反射,且使光束L1以較平行于光軸Z的方向離開
導光元件1200。

請參照圖1D,在本實施例中,與光軸Z夾第二角度(約25~40
度)的光束L2進入透鏡結構1140內部以后,光束L2可經過一次折射、
三次內全反射及一次折射進而離開透鏡結構1140。詳細來說,光束L2
進入透鏡結構1140時,第一凹陷1141a將光束L2折射至第三凹陷
1142a。然后,第三凹陷1142a可將光束L2全反射至第一表面1143。
接著,光束L2被第一表面1143全反射后傳遞至第二凹陷1141b的側
壁1141c。第二凹陷1141b的側壁1141c再反射光束L2至第二表面
1144。最后,光束L2由第二表面1144折射后離開透鏡結構1140。請
同時參照圖1A與圖1D,光束L2離開透鏡結構1140后,光束L2入射
至中間區域P2的第一光學微結構1240的環狀凹槽1241的斜面1242
上。斜面1242再將光束L2反射,使光束L2以較平行于光軸Z的方向
離開導光元件1200。

請參照圖1D,在本實施例中,與光軸Z夾第三角度(約40~60
度)的光束L3進入透鏡結構1140內部以后,光束L3可經過多次的折
射后離開透鏡結構1140。具體而言,光束L3進入透鏡結構1140時,
第一凹陷1141a可將光束L3折射至第一表面1143。光束L3在第一表
面1143發生折射后可離開透鏡結構1140。請同時參照圖1A與圖1D,
光束L3離開透鏡結構1140后,光束L3入射至外側區域P3的第一光
學微結構1240的環狀凹槽1241的斜面1242上。斜面1242再將光束
L3反射,使光束L3以較平行光軸Z的方向離開導光元件1200。

在本實施例的透鏡結構1140中,可將透鏡結構1140劃分出多個
區域以更清楚地說明透鏡結構1140的外形。請繼續參照圖1D,在透
鏡結構1140中,第三凹陷1142a被參考平面(即紙面)所截得的截線為
第一截線G1。第三表面1145被參考平面所截得的截線為第二截線G2。
第一截線G1與第二截線G2交于交點A1。交點A1與光源1120的連線
和光軸Z所夾的銳角可大于25度。此外,第一表面1143被參考平面
所截得的截線為第三截線G3。第二截線G2與第三截線G3交于交點A2。
交點A2與光源1120的連線和光軸Z所夾的銳角可大于40度。再者,
第二表面1144被參考平面所截得的截線為第四截線G4。第三截線G3
與第四截線G4交于交點A3。交點A3與光源的連線和光軸Z的所夾的
銳角可大于60度。

圖1E為圖1A的發光單元1100的光分布情形。由圖1E可知,光
源1120所發出的光束L在離開透鏡結構1140后光束大致集中在與光
軸約夾45度附近區域中。換言之,光源1120所發出的光束L進入透
鏡結構1140后大部分可由第一表面1143或第二表面1144離開透鏡結
構1140。少部分的光束L集中在約與光軸夾0度的區域中。換言之,
少部分的光束L進入透鏡結構1140后可由第三凹陷1142a離開透鏡結
構1140。值得注意的是,在本實施例中,有少部分的光束L集中在約
與光軸夾90度與135度的區域中。

第二實施例

圖2為本發明第二實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000A與第一實施例的光源模塊1000類似,因此相同的元件以相同
的標號表示。二者主要差異的地方在于:在本實施例中,光源模塊1000A
的透鏡結構1140A可與導光元件1200一體成型。以下就此相異處做說
明,二者相同的地方便不再重述。

請參照圖2,本實施例的透鏡結構1140A可與導光元件1200一體
成型。換言之,本實施例的透鏡結構1140A可進一步包括連接導光元
件1200的開口1220與第二表面1144的連接部2142。在本實施例中,
導光元件1200與透鏡結構1140的材質是相同的。此外,本實施例的
光源模塊1000A與第一實施例的光源模塊1000具有類似的功效及優
點,于此便不再重述,透鏡結構1140A與導光元件1200一體成型可便
于制造與定位。

第三實施例

圖3為本發明第三實施例的光源模塊示意圖。在本實施例的光源
模塊1000B與第一實施例的光源模塊1000類似,因此相同的元件以相
同的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實施例的第一光學微結
構1240B與第一實施例的第一光學微結構1240不同。以下就此相異處
做說明,二者相同的地方便不再重述。

本實施例的第一光學微結構1240B可為多個散射結構。散射結構
例如為印刷網點。此外,本實施例的光源模塊1000B與第一實施例的
光源模塊1000具有類似的功效及優點,于此便不再重述,印刷網點則
有便于制造的優點。

第四實施例

圖4為本發明第四實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000C與第一實施例的光源模塊1000類似,因此相同的元件以相同
的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實施例的開口4220的形狀
與第一實施例的開口1220的形狀不同。以下就此相異處做說明,二者
相同的地方便不再重述。

在本實施例中,光源模塊1000C的導光元件4200具有相對的底面
4202以及頂面4204。多個第一光學微結構1240以及開口4220可配置
于導光元件4200的底面4202上。本實施例的開口4220具有連接底面
4202的第一側壁4226以及連接頂面4204與第一側壁4226的塔形頂
部4222。第一側壁4226環繞光軸Z,且第一側壁4226的延伸方向可
與光軸Z平行。塔形頂部4222環繞光軸Z且口徑漸縮。換言之,塔形
頂部4222以及第一側壁4226可對光軸Z呈圓對稱。從整體外觀而言,
開口4220具有錐狀頂部開口,而發光單元1100設置在此開口4220中。

值得一提的是,由于塔形頂部4222可相對于光軸Z傾斜,因此行
進方向與光軸夾角較小的光束L可透過塔形頂部4222進入導光元件
4200中。詳細來說,當光源1120所發出的光束L離開透鏡結構1140
后,部分光束L在塔形頂部4222產生折射,進入導光元件4200。進
入導光元件4200的部分光束L可傳往頂面4204,被頂面4204所全反
射。被頂面4204全反射的部分光束L可被位于底面4202的第一光學
微結構1240引導至頂面4204出光。如此一來,透過相對于光軸Z傾
斜的塔形頂部4222,行進方向與光軸Z夾角較小的光束L便不易自開
口4220直接地離開導光元件4200,且可自塔形頂部4222進入導光元
件4200中,進而提高光源模塊1000C的光利用效率。另一方面,利用
塔形頂部4222的設計,光束L可更容易進入導光元件4200,因此導
光元件4200的厚度可設計地較薄,使本實施例的光源模塊1000C易于
薄型化。此外,本實施例的光源模塊1000C與第一實施例的光源模塊
1000具有類似的功效及優點,于此便不再重述。

第五實施例

圖5為本發明第五實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000D與第四實施例的光源模塊1000C類似,因此相同的元件以相
同的的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實施例的光源模塊
1000D更可以包括反射片5300。以下就此相異處做說明,二者相同的
地方便不再重述。

在本實施例中,反射片5300可配置在多個第一光學微結構1240
的一側且與第一光學微結構1240的斜面1242相鄰。更進一步地說,
本實施例的反射片5300可以是鋸齒的形狀并且吻合于多個第一光學
微結構1240的形狀,使得反射片5300可以和第一光學微結構1240靠
近。然而本發明不限于此,在其他實施例中,反射片5300也可以是平
面狀(未繪示)的。

當光束L從透鏡結構1140進入導光元件4200后,部分光束L會
透過第一光學微結構1240折射出導光元件4200。折射出導光元件4200
的光束L透過反射片5300可反射至第一光學微結構1240的斜面1242。
傳遞至斜面1242的光束L可被第一光學微結構1240的斜面1242折射,
進入導光元件4200中。如此一來,原本可能會自第一光學微結構離開
導光元件4200的光束,透過反射片5300便可再度回到導光元件4200
中,進而提高光源模塊1000D的光利用效率。此外,本實施例的光源
模塊1000D與第四實施例的光源模塊1000C具有類似的功效及優點,
于此便不再重述。

第六實施例

圖6為本發明第六實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000E與第四實施例的光源模塊1000C類似,因此相同的元件以相
同的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實施例的開口6220的形
狀與第四實施例的開口4220的形狀略有差異。以下就此相異處做說
明,二者相同的地方便不再重述。

在本實施例中,導光元件6200的開口6220更具有連接頂面6204
與第一側壁6226的塔形頂部6222與第二側壁6224。第二側壁6224
環繞光軸Z且形成一口徑漸擴的塔形。塔形頂部6222與第二側壁6224
相對于光軸Z具有圓對稱,發光單元1100設置在開口6220中。當光
源1120所發出的光束L經過透鏡結構1140的導向,傳遞至塔形頂部
6222時,傳遞至塔形頂部6222的光束L產生折射而射向第二側壁
6224。第二側壁6224再將部分光束L全反射至導光元件6200的頂面
6204。然后,部分光束L在導光元件6200的頂面6204產生全反射再
反射至底面6202上的多個第一光學微結構1240。由于本實施的導光
元件6200具有塔形頂部6222以及第二側壁6224,所以離開透鏡結構
1140且與光軸Z夾角較小的部分光束L可更容易進入導光元件6200,
更進一步地提升光源模塊1000E的光利用效率。導光元件6200的厚度
可設計更薄,使本實施例的光源模塊1000E更易于薄型化。此外,本
實施例的光源模塊1000E與第四實施例的光源模塊1000C具有類似的
功效及優點,于此便不再重述。

第七實施例

圖7為本發明第七實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000F與第四實施例的光源模塊1000C類似,因此相同的元件以相
同的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實施例的第一光學微結
構7240與第四實施例的第一光學微結構1240不同。以下就此相異處
做說明,二者相同的地方便不再重述。

詳細來說,在本實施例中,各第一光學微結構7240具有環狀凹槽
7241,環狀凹槽7241具有斜面7242及鉛垂面7243,各環狀凹槽7241
的斜面7242位于鉛垂面7243的外圍。此外,本實施例的光源模塊1000C
可進一步包括反射片7300。反射片7300可配置在多個第一光學微結
構7240的一側且相鄰于環狀凹槽7241的斜面7242。當光束L從透鏡
結構1140進入導光元件7200后,光束L會透過第一光學微結構7240
的鉛垂面7243折射出導光元件7200。折射出導光元件7200的光束L
透過反射片7300可反射至環狀凹槽7241的斜面7242。傳遞至斜面
7242的光束L可被環狀凹槽7241的斜面7242折射,進入導光元件4200
中。如此一來,原本可能會自第一光學微結構7240離開導光元件7200
的光束,透過反射片7300便可再度回到導光元件7200中,進而提高
光源模塊1000F的光利用效率。此外,本實施例的光源模塊1000F與
第四實施例的光源模塊1000C具有類似的功效及優點,于此便不再重
述。

第八實施例

圖8為本發明第八實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000G與第一實施例的光源模塊1000類似,因此相同的元件以相同
的標號表示。二者主要差異的地方在于:在本實施例揭露光源模塊
1000G包括多個發光單元1100及多個導光元件1200的組合例示。

請參照圖8,本實施例的光源模塊1000G可包括排列成陣列的多
個導光元件1200。多個導光元件1200分別具有多個開口1220。發光
單元1100分別設置在這些開口1220中,而且多個導光元件1200彼此
相鄰且位于同一平面上。透過多個導光元件1200及多個發光單元1100
的組合可形成較大面積的面光源,進而供不同的應用使用(例如大尺寸
電視的背光源)。此外,發光單元1100的數量與導光元件1200的數量
皆可視實際的需求做適當的調整。發光單元1100的數量與導光元件
1200的數量并不限于圖8中所繪的數量。

第九實施例

圖9為本發明第九實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000H與第八實施例的光源模塊1000G類似,因此相同的元件以相
同的的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實施例的導光元件9200
的結構與第八實施例的導光元件1200的結構有所不同。以下就此相異
處做說明,二者相同的地方便不再重述。

在本實施例中,導光元件9200具有底面9202、相對于底面9202
的頂面9204以及連接底面9202與頂面9204的側面9206。導光元件
9200的第一光學微結構9240以及開口9220配置于導光元件9200的
底面9202上。底面9202可具有凹陷平臺9202a。凹陷平臺9202a連
接第一光學微結構9240與導光元件9200的側面9206。

值得一提的是,上述的凹陷平臺9202a的設計可以應用于包括多
個導光元件和多個發光單元的光源模塊,使光源模塊所產生的面光源
的均勻度更佳。圖10為比較例的光源模塊示意圖。圖10的光源模塊
與本實施例的光源模塊差異只在于比較例的導光元件1200不具凹陷
平臺。請參照圖10,從光源1120所發出的光束L經由透鏡結構1140
進入導光元件1200后,光束L的分布在靠近于導光元件1200的側面
1206處較稀疏。換言之,在多個導光元件1200的組合下,光束L的
分布于各導光元件1200的鄰接處會出現較弱的情形,影響光源模塊的
均勻性。請參照圖9,然而,在本實施例中,由于導光元件9200的底
面9202具有凹陷平臺9202a。凹陷平臺9202a可使得靠近各導光元件
9200的側面9206的光束L以較大的出射角自頂面9204離開導光元件
9200。如此一來,靠近各導光元件9200的側面9206的光束便可彼此
交錯,進而改善光束L的分布在各導光元件9200的鄰接處弱化的情形。

第十實施例

圖11為本發明第十實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源模
塊1000I與第九實施例的光源模塊1000H類似,因此相同的元件以相
同的標號表示。二者主要差異的地方在于:導光元件10200更具有多
個第二光學微結構10260。以下就此相異處做說明,二者相同的地方
便不再重述。

本實施例的導光元件10200可進一步包括多個第二光學微結構
10260。第二光學微結構10260配置于凹陷平臺10202a上。值得一提
的是,上述的凹陷平臺10202a上配置第二光學微結構10260的設計,
可更進一步地改善光束L的分布在各導光元件10200的鄰接處弱化的
問題。詳細而言,導光元件10200的凹陷平臺10202a上的多個第二光
學微結構10260能夠使得靠近各導光元件10200的側面10206的光束
L以更大的出射角自頂面10204出光。如此一來,由靠近側面10206
的光束L所形成的交錯區的范圍便可更廣,使光束L的分布在各導光
元件10200鄰接處弱化的問題可獲得更進一步地改善。

第十一實施例

圖12為本發明第十一實施例的光源模塊示意圖。本實施例的光源
模塊1000J與第十實施例的光源模塊1000I類似,因此相同的元件以
相同的標號表示。二者主要差異的地方在于:本實例的導光元件11200
的底面11202上不具有凹陷平臺,且第二光學微結構10260配置的位
置與在第十實施例中不同。以下就此相異處做說明,二者相同的地方
便不再重述。

在本實施例中,導光元件11200具有底面11202、相對于底面11202
的頂面11204以及連接底面11202以及頂面11204的側面11206。導
光元件11200具有多個第二光學微結構10260。這些第二光學微結構
10260配置于導光元件11200的頂面11204的邊緣區域P4上。類似地,
第二光學微結構10260可使光束L以較大的出射角自頂面11204出光。
透過第二光學微結構10260也可改善光束L的分布在各導光元件11200
鄰接處弱化的問題。

綜上所述,本發明實施例的光源模塊透過透鏡結構與導光元件的
搭配,光源所發出的光束可均勻地自導光元件的出光面出射且往正視
方向(即光軸延伸方向)集中。如此一來,本發明實施例的光源模塊便
可不過度地依賴現有技術中所述的擴散板將光束導正,可具有高光利
用效率與均勻性。

以上所述,僅為本發明的優選實施例而已,不能以此限定本發明
實施的范圍,即所有依本發明權利要求書及說明書內容所作的簡單的
等效變化與修飾,皆仍屬于本發明專利覆蓋的范圍內。另外本發明的
任一實施例或權利要求不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特
點。此外,摘要和發明名稱僅是用來輔助專利文件檢索之用,并非用
來限制本發明的權利范圍。此外,本說明書或權利要求書中提及的“第
一”、“第二”等用語僅用以命名元件(element)的名稱或區別不同實
施例或范圍,并非用來限制元件數量上的上限或下限。

附圖標記列表

1000、1000A、1000B、1000C、1000D、1000E、1000F、1000G、1000H、
1000I、1000J:光源模塊

1100:發光單元

1120:光源

1140、1140A:透鏡結構

1141:透鏡結構的底面

1142:透鏡結構的頂面

1143:第一表面

1144:第二表面

1145:第三表面

1200、4200、6200、7200、9200、10200、11200:導光元件

4202、6202、9202、11202:底面

4204、6204、9204、10204、11204:頂面

1220、4220、6220、9220:開口

1240、7240、9240、1240B:第一光學微結構

1241、7241:環狀凹槽

1243、7243:鉛垂面

1242、7242:斜面

2142:連接部

5300、7300:反射片

4222、6222:第一側壁

6224:第二側壁

4226、6226:第三側壁

9206、10206、11206:側面

10260:第二光學微結構

1200a:出光面

1141a:第一凹陷

1141b:第二凹陷

1141c:側壁

1141d:第四表面

1142a:第三凹陷

9202a、10202a:凹陷平臺

A1、A2、A3:交點

G1:第一截線

G2:第二截線

G3:第三截線

L1、L2、L3:部分光束

P1:內部區域

P2:中間區域

P3:外側區域

P4:邊緣區域

h:深度

L:光束

O:原點

X:軸

Z:光軸

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光源 模塊
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