CN105318274B - 透镜及背光模块 - Google Patents

Abstract

一种透镜，包括中央部分以及周围部分。中央部分具有第一光学面与第二光学面。周围部分围绕中央部分且具有内折射壁与外折射壁。外折射壁包括第一外表面及第二外表面。第一外表面连接第二光学面，且第二外表面连接第一外表面。以中央部分的对称轴为中心，内折射壁连接第一光学面处距离对称轴具有第一半径R1。第一外表面连接第二光学面处距离对称轴具有第二半径R2。第二外表面连接第一外表面处距离对称轴具有第三半径R3。第三半径R3大于第二半径R2，且第二半径R2大于第一半径R1。另外，一种包括上述透镜的背光模块也被提出。本发明提供的透镜及背光模块，可在薄的光腔厚度中提供均匀的光亮度分布。

Description

透镜及背光模块

技术领域

本发明关于一种透镜及背光模块，且特别是关于一种可提供均匀光亮度的透镜及背光模块。

背景技术

一般而言，若将发光二极管以一预定距离配置于背光模块的扩散板下，观察者容易在扩散板上观察到不均匀的亮度分布。所述预定距离即光腔厚度(optical distance，OD)。目前可通过增加光腔厚度或增加发光二极管的数量以缩短发光二极管之间排列的间隔距离来解决亮度不均匀的问题。然而增加光腔厚度会增加背光模块整体的厚度，不利于现在薄形化的趋势，而增加发光二极管的数量会提高成本，不合效益。另外，目前也可在发光二极管上配置二次光学透镜使得背光模块在减少发光二极管的数量或是降低光腔厚度时，可解决亮度不均匀的问题。然而现有二次光学透镜在使用上仍有一定光腔厚度的限制，现有二次光学透镜仅能用于大约是25毫米的光腔厚度中。当光腔厚度变小时，请参照图1的背光模块亮度分布示意图，现有二次光学透镜使光线均导向远离发光二极管C(具有二次光学透镜)外的区域A，造成靠近发光二极管C(具有二次光学透镜)附近的区域B的光线不足，形成暗环，成为另一种亮度不均的问题。

在薄形化的趋势下，现有的二次光学透镜在降低光腔厚度会有上述亮度不均的问题，无法有效降低光腔厚度，因此，如何降低光腔厚度，且兼顾亮度均匀度和品味，实为目前需改善的问题。

美国专利文献第7549781B2号公开发光二极管模块包括发光二极管晶片、晶片基板及透镜。美国专利文献第8128260B2号公开透镜具有多个表面及折射部。美国专利文献第7347590B2号公开透镜具有多个透镜部。美国专利文献第6674096B2号公开发光二极管封装的半球状透光密封材料(transparent encapsulant)具有相对于发光二极管晶片的凹陷。

发明内容

本发明提供一种透镜及背光模块，可在薄的光腔厚度中提供均匀的光亮度分布。

本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。

为达上述之一或部分或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提出一种透镜，包括一中央部分以及一周围部分。中央部分具有一第一光学面与一相对于第一光学面的第二光学面。周围部分以中央部分的一对称轴为中心，围绕中央部分。周围部分具有一内折射壁与一相对于内折射壁的外折射壁。内折射壁连接第一光学面，以形成一凹陷。凹陷用以设置一发光二极管。外折射壁包括一第一外表面及一第二外表面。第一外表面连接第二光学面，且第二外表面连接第一外表面。以对称轴为中心，内折射壁连接第一光学面处距离对称轴具有一第一半径R1。第一外表面连接第二光学面处距离对称轴具有一第二半径R2。第二外表面连接第一外表面处距离对称轴具有一第三半径R3。第三半径R3大于第二半径R2，且第二半径R2大于或等于第一半径R1。

在本发明的一实施例中，上述的周围部分还具有一底面，底面连接第二外表面与内折射壁。

在本发明的一实施例中，以对称轴为中心，上述的底面连接第二外表面处距离对称轴具有一第四半径R4。第四半径R4大于第三半径R3。

在本发明的一实施例中，上述的第一半径R1、第二半径R2、第三半径R3及第四半径R4符合以下条件：0.75<R3/R4<0.9，0.6<R2/R4<0.75，0.4<R1/R4<0.6。

在本发明的一实施例中，上述的底面连接内折射壁处距离对称轴具有一第五半径R5。第五半径R5大于或等于第一半径R1，且第二半径R2大于或等于第五半径R5。

在本发明的一实施例中，内折射壁连接第一光学面处相对底面的一第一垂直高度为H1。第一外表面连接第二光学面处相对底面的一第二垂直高度为H2。第二外表面连接第一外表面处相对底面的一第三垂直高度为H3。第二垂直高度H2大于第三垂直高度H3，第三垂直高度H3大于或等于第一垂直高度H1。

在本发明的一实施例中，上述的第一垂直高度H1、第二垂直高度H2及第三垂直高度H3符合以下条件：0.4<H3/H2<0.7，0.2<H1/H2<0.4。

在本发明的一实施例中，内折射壁与底面的一法线向量的一夹角为θ1。夹角θ1小于或等于10度，大于或等于0度。

在本发明的一实施例中，第一外表面与底面的一法线向量的一夹角为θ2，第二外表面与底面的一法线向量的一夹角为θ3。夹角θ2与夹角θ3不相等。

在本发明的一实施例中，上述的夹角θ2与夹角θ3大于夹角θ1。

在本发明的一实施例中，上述的夹角θ2小于或等于45度，大于0度。

在本发明的一实施例中，上述的夹角θ3小于或等于45度，大于0度。

在本发明的一实施例中，在上述的透镜的一剖面图中，第一外表面为一直线或一曲线，第二外表面为一直线或一曲线。

在本发明的一实施例中，上述的底面包括多个光学微结构。

在本发明的一实施例中，上述的各光学微结构是一相对于底面向外凸的立体锥体。各立体锥体在透镜的一剖面图中呈现一三角形。各三角形邻近底面的两个夹角各小于45度，大于0度。

在本发明的一实施例中，上述的各光学微结构是一相对于底面向外凸的立体球凸。各立体球凸在透镜的一剖面图中的一外型轮廓为一劣弧。

在本发明的一实施例中，上述的底面为一雾面。

在本发明的一实施例中，上述的中央部分的第一光学面与第二光学面为非球面。

在本发明的一实施例中，上述的中央部分与周围部分相对对称轴旋转对称。

在本发明的一实施例中，外折射壁还包括至少一第三外表面，第三外表面分别连接接第一外表面与第二外表面，第三外表面与底面的一法线向量的一夹角为θ5，其中夹角θ5小于或等于45度，且大于或等于0度。

本发明的一实施例提出一种背光模块，用以提供一显示模块一背光源。背光模块包括一扩散板以及多个发光单元。发光单元以一阵列方式排列，设置于一基板上。发光单元在一方向上以一间隔距离排列，基板与扩散板间隔一光腔厚度。各发光单元包括一发光二极管以及一透镜。透镜包括一中央部分以及一周围部分。中央部分具有一第一光学面与一相对于第一光学面的第二光学面。周围部分以中央部分的一对称轴为中心，围绕中央部分。周围部分具有一内折射壁与一相对于内折射壁的外折射壁。内折射壁连接第一光学面，以形成一凹陷。凹陷用以设置一发光二极管。外折射壁包括一第一外表面及一第二外表面。第一外表面连接第二光学面，且第二外表面连接第一外表面。以对称轴为中心，内折射壁连接第一光学面处距离对称轴具有一第一半径R1。第一外表面连接第二光学面处距离对称轴具有一第二半径R2。第二外表面连接第一外表面处距离对称轴具有一第三半径R3。第三半径R3大于第二半径R2，且第二半径R2大于或等于第一半径R1。光腔厚度与间隔距离的比值小于或等于0.13。

在本发明的一实施例中，上述的光腔厚度大于0毫米，且小于或等于10毫米。

在本发明的一实施例中，上述的光腔厚度等于10毫米，且间隔距离等于80毫米。

在本发明的一实施例中，上述的周围部分还具有一底面。底面连接第二外表面与内折射壁。

在本发明的一实施例中，以对称轴为中心，上述的底面连接第二外表面处距离对称轴具有一第四半径R4。第四半径R4大于第三半径R3。

在本发明的一实施例中，上述的第一半径R1、第二半径R2、第三半径R3及第四半径R4符合以下条件：0.75<R3/R4<0.9，0.6<R2/R4<0.75，0.4<R1/R4<0.6。

在本发明的一实施例中，上述的底面连接内折射壁处距离对称轴具有一第五半径R5。第五半径R5大于或等于第一半径R1，且第二半径R2大于或等于第五半径R5。

在本发明的一实施例中，内折射壁连接第一光学面处相对底面的一第一垂直高度为H1。第一外表面连接第二光学面处相对底面的一第二垂直高度为H2。第二外表面连接第一外表面处相对底面的一第三垂直高度为H3。第二垂直高度H2大于第三垂直高度H3，第三垂直高度H3大于或等于第一垂直高度H1。

在本发明的一实施例中，上述的第一垂直高度H1、第二垂直高度H2及第三垂直高度H3符合以下条件：0.4<H3/H2<0.7，0.2<H1/H2<0.4。

在本发明的一实施例中，内折射壁与底面的一法线向量的一夹角为θ1。夹角θ1小于或等于10度，大于或等于0度。

在本发明的一实施例中，第一外表面与底面的一法线向量的一夹角为θ2，第二外表面与底面的一法线向量的一夹角为θ3。夹角θ2与夹角θ3不相等。

在本发明的一实施例中，上述的夹角θ2与夹角θ3大于夹角θ1。

在本发明的一实施例中，上述的夹角θ2小于或等于45度，大于0度。

在本发明的一实施例中，上述的夹角θ3小于或等于45度，大于0度。

在本发明的一实施例中，在上述的透镜的一剖面图中，第一外表面为一直线或一曲线，第二外表面为一直线或一曲线。

在本发明的一实施例中，上述的底面包括多个光学微结构。

在本发明的一实施例中，上述的各光学微结构是一相对于底面向外凸的立体锥体。各立体锥体在透镜的一剖面图中呈现一三角形。各三角形邻近底面的两个夹角各小于45度，大于0度。

在本发明的一实施例中，上述的各光学微结构是一相对于底面向外凸的立体球凸。各立体球凸在透镜的一剖面图中的一外型轮廓为一劣弧。

在本发明的一实施例中，上述的底面为一雾面。

在本发明的一实施例中，上述的中央部分的第一光学面与第二光学面为非球面。

在本发明的一实施例中，上述的中央部分与周围部分相对对称轴旋转对称。

在本发明的一实施例中，外折射壁还包括至少一第三外表面，第三外表面分别连接接第一外表面与第二外表面，第三外表面与底面的一法线向量的一夹角为θ5，其中夹角θ5小于或等于45度，且大于或等于0度。

基于上述，在本发明的上述实施例中，背光模块包括上述结构设计的透镜，其光腔厚度与发光二极管之间的排列间隔距离的比值小，可提供均匀的光亮度分布。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。

附图说明

图1示出现有技术的背光模块亮度分布示意图。

图2A示出本发明一实施例的一种透镜的剖面示意图。

图2B示出图2A的透镜的俯视示意图。

图3示出光线在图1的透镜中的传递路径的剖面示意图。

图4示出本发明另一实施例的一种透镜的剖面示意图。

图5示出图4的光学微结构的局部放大示意图。

图6示出本发明另一实施例的一种透镜的剖面示意图。

图7示出图6的光学微结构的局部放大示意图。

图8A示出本发明另一实施例的一种透镜的剖面示意图。

图8B示出图8A的外折射壁的局部放大示意图。

图9示出本发明一实施例的一种背光模块的局部剖面示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。

图2A示出本发明一实施例的一种透镜的剖面示意图。图2B示出图2A的透镜的俯视示意图。请参考图2A及图2B，本实施例的透镜100包括一中央部分110以及一周围部分120。中央部分110具有一第一光学面S112与一相对于第一光学面S112的第二光学面S114。在本实施例中，第一光学面S112与第二光学面S114例如为非球面。透镜材质例如是玻璃(glass)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)…等具透光性的材质。其中，第一光学面S112与第二光学面S114例如为抛光的透光表面。

在本实施例中，周围部分120具有一内折射壁S122、一相对于内折射壁S122的外折射壁S124与一底面S126。内折射壁S122连接中央部分110的第一光学面S112，两者形成一凹陷。此凹陷用以设置一发光二极管200。外折射壁S124包括一第一外表面S123及一第二外表面S125。第一外表面S123连接中央部分110的第二光学面S114，且第二外表面S125连接第一外表面S123。从图2A透镜100的剖面示意图来看，在本实施例中，第一外表面S123为一直线，第二外表面S125为一直线，但本发明并不加以限制。在其它实施例中，第一外表面S123也可以是一曲线，第二外表面S125也可以是一曲线，或是第一外表面S123是一曲线，第二外表面S125是一直线，或是第一外表面S123是一直线，第二外表面S125是一曲线，视使用者需求而设计。底面S126连接第二外表面S125与内折射壁S122。在本实施例中，发光二极管200与透镜100的比例关系仅用以例示说明，并不用以限定本发明。

从图2B透镜100的俯视示意图来看，在本实施例中，周围部分120以中央部分110的一对称轴Y为中心，围绕中央部分110。中央部分110例如作为透镜100的本体，周围部分120例如作为透镜100的环形支撑脚。中央部分110与周围部分120相对对称轴Y为旋转对称。在本实施例中，以对称轴Y为中心，内折射壁S122连接第一光学面S112处Pa距离对称轴Y具有一第一半径R1。第一外表面S123连接第二光学面S114处Pb距离对称轴Y具有一第二半径R2。第二外表面S125连接第一外表面S123处Pc距离对称轴Y具有一第三半径R3。底面S126连接第二外表面S125处Pd距离对称轴Y具有一第四半径R4。底面S126连接内折射壁S122处Pe距离对称轴Y具有一第五半径R5。

在本实施例中，第三半径R3大于第二半径R2，且第二半径R2大于或等于第一半径R1。第四半径R4大于第三半径R3。第五半径R5大于或等于第一半径R1，且第二半径R2大于或等于第五半径R5。第一半径R1、第二半径R2、第三半径R3及第四半径R4符合以下条件：0.75<R3/R4<0.9，0.6<R2/R4<0.75，0.4<R1/R4<0.6。在一实施例中，第一半径R1例如为大于3.8毫米且小于5.7毫米，第二半径R2例如为大于5.7毫米且小于7.2毫米，第三半径R3例如为大于7.2毫米且小于8.6毫米，第四半径R4例如为9.5毫米。

请参考图2A，在本实施例中，底面S126例如设置于背光模块的基板的一表面(未示出)。在本实施例中，内折射壁S122连接第一光学面S112处Pa相对底面S126的一第一垂直高度为H1。第一外表面S123连接第二光学面S114处Pb相对底面S126的一第二垂直高度为H2。第二外表面S125连接第一外表面S123处Pc相对底面S126的一第三垂直高度为H3。在其它实施例中，底面S126可能包括多个光学微结构或为雾面，但此种态样的所述光学微结构及所述雾面并不影响第一垂直高度为H1、第二垂直高度为H2及第三垂直高度为H3的定义。

在本实施例中，第二垂直高度H2大于第三垂直高度H3，第三垂直高度H3大于或等于第一垂直高度H1。第一垂直高度H1、第二垂直高度H2及第三垂直高度H3符合以下条件：0.4<H3/H2<0.7，0.2<H1/H2<0.4。在一实施例中，第一垂直高度H1例如为大于1.5毫米且小于3毫米，第二垂直高度H2例如为7.5毫米，第三垂直高度H3例如为大于3毫米且小于5.3毫米。

请参考图2A，在本实施例中，内折射壁S122与底面S126的一法线向量N的一夹角为θ1。第一外表面S123与底面S126的法线向量N的一夹角为θ2，第二外表面S125与底面S126的法线向量N的一夹角为θ3。

在本实施例中，夹角θ1小于或等于10度，且大于或等于0度。夹角θ2小于或等于45度，且大于0度。夹角θ3小于或等于45度，且大于0度。其中夹角θ2与夹角θ3不相等，且夹角θ2与夹角θ3都大于夹角θ1。调整夹角θ1、夹角θ2与夹角θ3的设定可有效改善背光模块的光亮度的均匀性。

在本发明的实施例中，透镜结构并不仅限于图2A及图2B所例示者。透镜100的各光学面、各折射壁、各外表面及底面的轮廓外形当可依据结构参数来进行设计与调整，以制造出各种不脱离本发明设计精神的透镜结构。所述结构参数包括但不限于半径、垂直高度及夹角。

图3示出光线在图2A的透镜中的传递路径的剖面示意图。请参考图3，在本实施例中，透镜100利用不同的光学面、内折射壁、外表面及底面对发光二极管200从不同角度发射的光线L1、L2、L3进行处理。举例而言，中央部分110的第一光学面S112是朝向发光二极管200凸出的非球面，中央部分110的第二光学面S114是朝向发光二极管200凹陷的非球面。第一光学面S112导入部分发光二极管200所发射的光线L1、L2。除此之外，发光二极管200所发射的其它光线L3可经由周围部分120折射出去。

在本实施例中，第一光学面S112是朝向发光二极管200凸出的非球面，以让部分发光二极管200所发射的小角度光线L1、L2(例如与对称轴Y夹角约60度范围内的光线)能够折射进入中央部分110，从而控制进入中央部分110的光线角度。然而，现有技术的第一光学面S112大部分是凹陷面或平面，这样会让发光二极管200所发射的大角度光线(例如与对称轴Y夹角超过60度范围的光线)由第一光学面S112进入透镜100的中央部分110，导致透镜的第四半径R4须增大以控制进入中央部分110的大角度光线，而使透镜尺寸变大，进而提高成本。因此，本实施例并不让大角度光线进入透镜100的中央部分110，而是通过周围部分120来控制(折射)大角度光线，以缩小透镜的第四半径R4，进而缩小透镜尺寸。接着，小角度光线L1、L2在进入第一光学面S112后，光线L1、L2经由第二光学面S114全反射。之后，光线L1、L2再分别由周围部分120的第一外表面S123及第二外表面S125折射出透镜100。第一外表面S123包括但不限于控制照射离透镜100较远区域的光线。第二外表面S125包括但不限于控制照射离透镜100较近区域的光线。

进一步而言，请参考图1、图2A与图3，由于第一外表面S123与底面S126的法线向量N具有夹角θ2，且第一外表面S123为朝向对称轴Y倾斜，因此可使光线L1经第一外表面S123向下偏折射出，若应用在背光模块中，光线L1可再经一反射片(图1至图3未示出，可参考图9，反射片例如是设置于表面S932上)反射，所以第一外表面S123可使光线L1照射离透镜100较远的区域A，且光线L1经由反射片反射出光可进一步提高光均匀效果。另外，由于第二外表面S125与底面S126的法线向量N具有夹角θ3，且第二外表面S125为朝向对称轴Y倾斜，因此可使光线L2经第二外表面S125向下偏折射出，若应用在背光模块中，光线L2可再经反射片反射，所以第二外表面S125可使光线L2照射离透镜100较近的区域B，且光线L2经由反射片反射出光可进一步提高光均匀效果。因此，透镜100的第一外表面S123、第二外表面S125可使光线L1、L2同时照射离透镜100较远的区域A及离透镜100较近的区域B，可解决现有技术中离透镜100较近的区域B的光线不足的暗环问题，实现光亮度分布均匀的效果。总言之，透镜100的外折射壁S124的设计(从透镜顶端到透镜底部)为多个朝向对称轴Y倾斜的倾斜面或垂直面组成，从剖面图来看并不是锯齿状(斜率一正一负的斜面所组成)，因锯齿状设计容易将光线朝上而直接导向扩散板(请参考图9)，尤其在薄型光腔厚度的需求下，很容易产生亮环。因此，本实施例的透镜100可调整光线的分布，在薄型光腔厚度下兼顾到背光模块的光亮度的均匀性。

此外，本实施例的透镜100可用于裸装的发光二极管(package freeLED)。裸装发光二极管发出的大角度光线，或是发光二极管侧边所发出的光线，例如光线L3，会经由周围部分120的内折射壁S122折射，再由第一外表面S123或第二外表面S125向下折射出透镜100。如同上述，透镜100的第一外表面S123、第二外表面S125可使光线L3照射离透镜100较远的区域A或离透镜100较近的区域B。因此，此种透镜的结构设计可有效提升背光模块的光亮度的均匀性。

在本发明的实施例中，透镜100的周围部分120的底面S126可包括多个光学微结构或为雾面。所述雾面例如是不光滑的表面或是具有微小凸起的表面。

图4示出本发明另一实施例的一种透镜的剖面示意图。图5示出图4的光学微结构的局部放大示意图。请参考图2A、图4及图5，本实施例的透镜400类似于图2A实施例的透镜100，两者之间主要的差异例如在于透镜400的周围部分420的底面S426还包括多个光学微结构427。在本实施例中，各光学微结构427例如是一相对于底面S426向外凸的立体锥体。从图4及图5的剖面示意图来看，各立体锥体是呈现一三角形。各三角形邻近底面S426的两个夹角θ4各小于45度，大于0度，且两个夹角θ4的角度可相同或不同。在本实施例中，光学微结构427可打散经底面S426折射或反射的光线L4，以有效提升背光模块的光亮度的均匀性。

图6示出本发明另一实施例的一种透镜的剖面示意图。图7示出图6的光学微结构的局部放大示意图。请参考图4至图7，本实施例的透镜600类似于图4实施例的透镜400，两者之间主要的差异例如在于底面S626的各光学微结构627例如是一相对于底面S626向外凸的立体球凸。从图6及图7的剖面示意图来看，各立体球凸的一外型轮廓为一劣弧。

图8A示出本发明另一实施例的一种透镜的剖面示意图。图8B示出图8A的外折射壁的局部放大示意图。请参考图2A、8A与图8B，本实施例的透镜800类似于图2A实施例的透镜100，两者之间主要的差异例如在于外折射壁S824还包括至少一第三外表面S828，且第三外表面S828分别连接第一外表面S823与第二外表面S825。第三外表面S828可进一步调整光线的分布，且可提供第一外表面S823与第二外表面S825之间的缓冲，避免第一外表面S823与第二外表面S825的转折过大，造成制作上的困难。进一步而言，第三外表面S828例如是大致上平行对称轴Y、或是与底面S826的法线向量N具有夹角θ5，且如图8B所示朝向对称轴Y倾斜，因此，如同先前图1、图2A与图3的实施例所述，可使光线经第三外表面S828后向下偏折射出，再经反射片(图未示出)反射，进一步实现光亮度分布均匀的效果。其中，夹角θ5小于或等于45度，且大于或等于0度。

图9示出本发明一实施例的一种背光模块的局部剖面示意图。请参考图9，本实施例的背光模块900例如是一直下式背光模块，可用以提供一显示模块(未示出)一背光源。背光模块900包括一扩散板910以及多个发光单元920。这些发光单元920以一阵列方式排列，设置于基板930的表面S932上。这些发光单元920在一方向D1上以间隔距离P排列。基板930与扩散板910在一方向D2上间隔一光腔厚度OD，其中方向D2垂直方向D1。在本实施例中，各发光单元920包括一发光二极管922以及一透镜924。各发光单元920所包括的发光二极管922及透镜924的组合例如包括但不限于图2A、图4、图6或图8A实施例中任一发光二极管以及透镜的组合。在本实施例中，发光单元920与背光模块900的比例关系仅用以例示说明，并不用以限定本发明。

经过光学模拟测试，在本实施例中，搭配图2A、图4、图6或图8A实施例中任一透镜的结构设计，光腔厚度OD与间隔距离P的比值都小于或等于0.13而仍能维持背光模块900的亮度均匀。在本实施例中，光腔厚度大于0毫米，且小于或等于10毫米。例如在本实施例中，光腔厚度等于10毫米，且间隔距离等于80毫米，但本发明并不加以限制。进一步而言，光腔厚度OD与间隔距离P的比值越小，表示同样的光腔厚度OD下，透镜的间隔距离P可拉长，节省发光二极管与透镜的数量，进而降低成本，或是在同样的间隔距离P下，光腔厚度OD可以缩减，实现薄形化。进一步与现有技术比较，假设间隔距离P均为80毫米的情况下，由于现有二次光学透镜仅能用于25毫米的光腔厚度OD中，其光腔厚度OD与间隔距离P的比值为0.31，而图2A、图4、图6或图8A实施例中任一透镜可用于10毫米的光腔厚度OD中，其光腔厚度OD与间隔距离P的比值为0.13，其明显小于现有二次光学透镜。因此，搭配图2A、图4、图6或图8A实施例中任一透镜的结构设计，本实施例的背光模块900可具有低的光腔厚度OD与间隔距离P的比值，在背光模块900较薄的厚度下可同时可提供良好的光亮度均匀性。

综上所述，本发明的实施例可实现下列优点或功效的至少其中之一。在本发明的实施例中，背光模块包括上述结构设计的透镜，其光腔厚度与发光二极管之间的排列间隔距离的比值小，可提供均匀的光亮度分布。在一实施例中，透镜与背光模块基板接触的表面也可包括光学微结构，以进一步提升光亮度的均匀性。

以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利覆盖的范围。另外本发明的任一实施例或权利要求不须实现本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。

【符号说明】

100、400、600、800、924：透镜

110、410、610、810：中央部分

120、420、620、820：周围部分

200、922、C：发光二极管

427、627：光学微结构

900：背光模块

910：扩散板

920：发光单元

930：基板

932：表面

A、B：区域

S112、S412、S612、S812：第一光学面

S114、S414、S614、S814：第二光学面

S122、S422、S622、S822：内折射壁

S123、S423、S623、S823：第一外表面

S124、S424、S624、S824：外折射壁

S125、S425、S625、S825：第二外表面

S126、S426、S626、S826：底面

S828：第三外表面

R1：第一半径

R2：第二半径

R3：第三半径

R4：第四半径

R5：第五半径

Pa：内折射壁连接第一光学面处

Pb：第一外表面连接第二光学面处

Pc：第二外表面连接第一外表面处

Pd：底面连接第二外表面处

Pe：底面连接内折射壁处

H1：第一垂直高度

H2：第二垂直高度

H3：第三垂直高度

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5：夹角

D1、D2：方向

L1、L2、L3、L4：光线

Y：对称轴

N：法线向量

OD：光腔厚度

P：发光二极管的间隔距离

Claims (32)

1.一种透镜，包括一中央部分以及一周围部分，

所述中央部分具有一第一光学面与一相对于所述第一光学面的第二光学面，

所述周围部分以所述中央部分的一对称轴为中心，围绕所述中央部分，并且具有一内折射壁与一相对于所述内折射壁的外折射壁，所述内折射壁连接所述第一光学面，以形成一凹陷，用以设置一发光二极管，所述外折射壁包括一第一外表面及一第二外表面，所述第一外表面连接所述第二光学面，且所述第二外表面连接所述第一外表面，所述周围部分还具有一底面，所述底面连接所述第二外表面与所述内折射壁，所述第一外表面与所述底面的一法线向量的一夹角为θ2，所述第二外表面与所述底面的一法线向量的一夹角为θ3，其中所述夹角θ2与所述夹角θ3不相等，所述夹角θ2小于或等于45度且大于0度，所述夹角θ3小于或等于45度且大于0度，

其中以所述对称轴为中心，所述内折射壁连接所述第一光学面处距离所述对称轴具有一第一半径R1，所述第一外表面连接所述第二光学面处距离所述对称轴具有一第二半径R2，所述第二外表面连接所述第一外表面处距离所述对称轴具有一第三半径R3，其中所述第三半径R3大于所述第二半径R2，且所述第二半径R2大于或等于所述第一半径R1，

所述第一外表面使所述发光二极管发出的光线照射离所述透镜较远的区域，同时所述第二外表面使所述发光二极管发出的光线照射离所述透镜较近的区域，从所述透镜的顶端到底部，所述透镜的外折射壁被设计为由多个朝向所述对称轴倾斜的倾斜面或垂直面组成。

2.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，以所述对称轴为中心，所述底面连接所述第二外表面处距离所述对称轴具有一第四半径R4，其中所述第四半径R4大于所述第三半径R3。

3.如权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述第一半径R1、所述第二半径R2、所述第三半径R3及所述第四半径R4符合以下条件：0.75<R3/R4<0.9，0.6<R2/R4<0.75，0.4<R1/R4<0.6。

4.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述底面连接所述内折射壁处距离所述对称轴具有一第五半径R5，其中所述第五半径R5大于或等于所述第一半径R1，且所述第二半径R2大于或等于所述第五半径R5。

5.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述内折射壁连接所述第一光学面处相对所述底面的一第一垂直高度为H1，所述第一外表面连接所述第二光学面处相对所述底面的一第二垂直高度为H2，所述第二外表面连接所述第一外表面处相对所述底面的一第三垂直高度为H3，且所述第二垂直高度H2大于所述第三垂直高度H3，所述第三垂直高度H3大于或等于所述第一垂直高度H1。

6.如权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述第一垂直高度H1、所述第二垂直高度H2及所述第三垂直高度H3符合以下条件：0.4<H3/H2<0.7，0.2<H1/H2<0.4。

7.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述内折射壁与所述底面的一法线向量的一夹角为θ1，其中所述夹角θ1小于或等于10度，大于或等于0度。

8.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述内折射壁与所述底面的一法线向量的一夹角为θ1，所述夹角θ2与所述夹角θ3均大于所述夹角θ1。

9.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述底面包括多个光学微结构。

10.如权利要求9所述的透镜，其特征在于，各所述光学微结构是一相对于所述底面向外凸的立体锥体，各所述立体锥体在所述透镜的一剖面图中呈现一三角形，各所述三角形邻近所述底面的两个夹角各小于45度，大于0度。

11.如权利要求9所述的透镜，其特征在于，各所述光学微结构是一相对于所述底面向外凸的立体球凸，各所述立体球凸在所述透镜的一剖面图中的一外型轮廓为一劣弧。

12.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述底面为一雾面。

13.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述中央部分的所述第一光学面与所述第二光学面为非球面。

14.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述中央部分与所述周围部分相对所述对称轴旋转对称。

15.如权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述外折射壁还包括至少一第三外表面，所述第二外表面藉由所述第三外表面连接所述第一外表面，所述第三外表面与所述底面的一法线向量的一夹角为θ5，其中所述夹角θ5小于或等于45度，且大于或等于0度。

16.一种背光模块，用以提供一显示模块一背光源，所述背光模块包括一扩散板以及多个发光单元，

所述多个发光单元以一阵列方式排列，设置于一基板上，其中所述多个发光单元在一方向上以一间隔距离排列，所述基板与所述扩散板间隔一光腔厚度，其中各所述发光单元包括一发光二极管以及一透镜，所述透镜包括一中央部分以及一周围部分，

所述中央部分具有一第一光学面与一相对于所述第一光学面的第二光学面，

所述周围部分以所述中央部分的一对称轴为中心，围绕所述中央部分，并且具有一内折射壁与一相对于所述内折射壁的外折射壁，所述内折射壁连接所述第一光学面，以形成一凹陷，用以设置所述发光二极管，所述外折射壁包括一第一外表面及一第二外表面，所述第一外表面连接所述第二光学面，所述第二外表面连接所述第一外表面，所述周围部分还具有一底面，所述底面连接所述第二外表面与所述内折射壁，所述第一外表面与所述底面的一法线向量的一夹角为θ2，所述第二外表面与所述底面的一法线向量的一夹角为θ3，其中所述夹角θ2与所述夹角θ3不相等，所述夹角θ2小于或等于45度且大于0度，所述夹角θ3小于或等于45度且大于0度，其中以所述对称轴为中心，所述内折射壁连接所述第一光学面处距离所述对称轴具有一第一半径R1，所述第一外表面连接所述第二光学面处距离所述对称轴具有一第二半径R2，所述第二外表面连接所述第一外表面处距离所述对称轴具有一第三半径R3，其中所述第三半径R3大于所述第二半径R2，且所述第二半径R2大于或等于所述第一半径R1，所述第一外表面使所述发光二极管发出的光线照射离所述透镜较远的区域，同时所述第二外表面使所述发光二极管发出的光线照射离所述透镜较近的区域，从所述透镜的顶端到底部，所述透镜的外折射壁被设计为由多个朝向所述对称轴倾斜的倾斜面或垂直面组成，

其中所述光腔厚度与所述间隔距离的比值小于或等于0.13。

17.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述光腔厚度大于0毫米，且小于或等于10毫米。

18.如权利要求17所述的背光模块，其特征在于，所述光腔厚度等于10毫米，且所述间隔距离等于80毫米。

19.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，以所述对称轴为中心，所述底面连接所述第二外表面处距离所述对称轴具有一第四半径R4，其中所述第四半径R4大于所述第三半径R3。

20.如权利要求19所述的背光模块，其特征在于，所述第一半径R1、所述第二半径R2、所述第三半径R3及所述第四半径R4符合以下条件：0.75<R3/R4<0.9，0.6<R2/R4<0.75，0.4<R1/R4<0.6。

21.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述底面连接所述内折射壁处距离所述对称轴具有一第五半径R5，其中所述第五半径R5大于或等于所述第一半径R1，且所述第二半径R2大于或等于所述第五半径R5。

22.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述内折射壁连接所述第一光学面处相对所述底面的一第一垂直高度为H1，所述第一外表面连接所述第二光学面处相对所述底面的一第二垂直高度为H2，所述第二外表面连接所述第一外表面处相对所述底面的一第三垂直高度为H3，且所述第二垂直高度H2大于所述第三垂直高度H3，所述第三垂直高度H3大于或等于所述第一垂直高度H1。

23.如权利要求22所述的背光模块，其特征在于，所述第一垂直高度H1、所述第二垂直高度H2及所述第三垂直高度H3符合以下条件：0.4<H3/H2<0.7，0.2<H1/H2<0.4。

24.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述内折射壁与所述底面的一法线向量的一夹角为θ1，其中所述夹角θ1小于或等于10度，大于或等于0度。

25.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述内折射壁与所述底面的一法线向量的一夹角为θ1，所述夹角θ2与所述夹角θ3均大于所述夹角θ1。

26.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述底面包括多个光学微结构。

27.如权利要求26所述的背光模块，其特征在于，各所述光学微结构是一相对于所述底面向外凸的立体锥体，各所述立体锥体在所述透镜的一剖面图中呈现一三角形，各所述三角形邻近所述底面的两个夹角各小于45度，大于0度。

28.如权利要求26所述的背光模块，其特征在于，各所述光学微结构是一相对于所述底面向外凸的立体球凸，各所述立体球凸在所述透镜的一剖面图中的一外型轮廓为一劣弧。

29.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述底面为一雾面。

30.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述中央部分的所述第一光学面与所述第二光学面为非球面。

31.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述中央部分与所述周围部分相对所述对称轴旋转对称。

32.如权利要求16所述的背光模块，其特征在于，所述外折射壁还包括至少一第三外表面，所述第二外表面藉由所述第三外表面连接所述第一外表面，所述第三外表面与所述底面的一法线向量的一夹角为θ5，其中所述夹角θ5小于或等于45度，且大于或等于0度。

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