CN105629567A - 光源模块与光源单元 - Google Patents

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Abstract

一种光源模块，包括至少一光学膜片以及光源单元。光源单元设置于至少一光学膜片下，且与至少一光学膜片围设出一空间。光源单元包括多个发光元件以及多个二次透镜。发光元件沿一平行于至少一光学膜片的方向排列。二次透镜对应地配置于发光元件上，且各二次透镜具有一图案化反射层。各二次透镜具有一开光孔半径R，图案化反射层的分布范围与各二次透镜底部的距离为H，且图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<3/2R。本发明的实施例可以达到薄型化的效果。

Description

光源模块与光源单元
技术领域
本发明是有关于一种光源模块与光源单元，且特别是有关于一种具有二次透镜的光源模块与光源单元。
背景技术
一般而言，发光二极管(LightEmittingDiode，LED)可应用于日常生活中的各式照明装置以及各种平面显示器，例如液晶显示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)的光源上。
以发光二极管在液晶显示器领域的应用方面为例，液晶显示器的背光模块即属于一种面光源，其基本原理是把线光源或点光源的有效光转化成高亮度且均匀度良好的面光源。一般而言，以光源位置作为区别，背光模块可分为侧入式(sideincidenttype)与直下式(directtype)两种，其中因为直下式背光模块的结构简易，且可采用多组光源，而可提供较高的亮度及辉度，因此常应用于大尺寸液晶显示器的电子产品中。
有些直下式背光模块会通过二次光学透镜(secondlens)的配置，以减少发光二极管的数量或是降低光腔高度，但二次光学透镜的扩散光束能力、发光二极管的数量或是光腔高度都会影响产品成本的考量。举例而言，一般的直下式背光模块所搭配的二次透镜若为折射式二次透镜，其开光角度为±80°，且光腔(opticalcavity)深度(h，参考图1)与发光二极管间距(p，参考图1)的距离比(即h/pratio)约0.25，也就是当光腔为25毫米时，发光二极管的间距约需要100毫米。当光腔深度与发光二极管间距的距离比越低时，则二次透镜的扩散光束能力则需越佳。因此，在使用上述的二次透镜，并将直下式背光模块更薄型化时，为维持相同的光腔深度与发光二极管间距的距离比，就必须缩小发光二极管之间的间距，如此一来，发光二极管的数量、二次透镜与表面粘着的加工的成本也会相应增加。因此，如何使直下式背光模块具有良好的均匀度和品味，并兼顾产品成本，实为目前需改善的问题。
本“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”中所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域的技术人员所知道的公知技术。此外，在“背景技术”中所揭露的内容并不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域的技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种光源模块，其具有低成本、薄光腔以及高均匀度的优点。
本发明提供一种光源单元，其具有高均匀度的优点。
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光源模块。光源模块包括至少一光学膜片以及一光源单元。光源单元设置于至少一光学膜片下，且与至少一光学膜片围设出一空间。光源单元包括多个发光元件以及多个二次透镜。发光元件沿一平行于至少一光学膜片的方向排列。二次透镜对应地配置于发光元件上，且各二次透镜具有一图案化反射层。各二次透镜具有一开光孔半径R，图案化反射层的分布范围与各二次透镜底部的距离为H，且图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<3/2R。
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光源单元，包括一发光元件以及一二次透镜。二次透镜对应地配置于发光元件上，且二次透镜具有一图案化反射层，其中二次透镜具有一开光孔半径R，图案化反射层的分布范围与二次透镜底部的距离为H，且图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<3/2R。
在本发明的一实施例中，上述的各二次透镜为折射式二次透镜，且图案化反射层设置在各二次透镜的上表面的周围。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<R。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的分布范围与各二次透镜中心的距离为X，且图案化反射层的分布范围符合4/5R<X<R。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的形状为环状。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层具有多个开孔。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层具有多个不规则图案，且这些不规则图案以环绕二次透镜中心的方式排列。
在本发明的一实施例中，上述的各二次透镜为反射式二次透镜，且图案化反射层覆盖各二次透镜的上表面。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的分布范围符合1/2R<H<3/2R。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层分布在距离各二次透镜中心为2R处的范围内。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层具有可挠性。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层具有至少一开孔，且至少一开孔的面积与图案化反射层的表面积的比值落在20％至90％之间。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的至少一开孔的数量为多个，这些开孔的排列方式呈圆对称。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的至少一开孔的数量为多个，这些开孔呈不规则排列。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层的反射率介于50％～100％。
在本发明的一实施例中，上述的图案化反射层为白反射层、银反射层、蒸镀反射金属或喷墨反射材料。
在本发明的一实施例中，上述的光源模块还包括一扩散板，位于至少一光学膜片与光源单元之间。
基于上述，本发明的实施例可达到下列优点或功效的至少其中之一。本发明的实施例的光源模块与光源单元将可通过二次透镜及图案化反射层的配置来达到光型分布的补偿与提升出光的均匀度，并可缩减光腔的所需深度，以达到薄型化的效果。此外，由于光源模块具有薄型化的体积，因此可以降低机构件的成本，而且，在改善出光面均匀度的同时，对于光学膜、扩散板、发光元件等各项部材选用的自由度也随之增加，而有助于进行相关光学设计时的弹性。
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是本发明一实施例的一种光源模块的剖面示意图。
图2A是图1的一种光源单元的剖面示意图。
图2B是图1的一种光源模块的不同二次透镜的配光曲线的数据模拟图。
图3A至图3C是图1的不同图案化反射层的俯视示意图。
图4是本发明另一实施例的一种光源模块的剖面示意图。
图5是图4的一种光源单元的剖面示意图。
图6A至图6B是图4的不同图案化反射层的俯视示意图。
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，在以下配合参考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1是本发明一实施例的一种光源模块的剖面示意图。请参照图1，本实施例的光源模块100包括至少一光学膜片110(图1示出三片光学膜片110为例)、一光源单元120、一扩散板130以及一反射单元140。光源单元120包括多个发光元件121以及多个二次透镜122。在其它实施例中，光源单元120可包括一个发光元件121以及一个二次透镜122，本发明不限于此。在本实施例中，光源模块100例如是直下式背光模块，发光元件121例如是发光二极管(LED)，反射单元140例如为一白色反射片。
具体而言，如图1所示，在本实施例中，发光元件121设置于光源模块100的底部，且发光元件121例如设置于一基板(未标示)上，基板例如为电路板，二次透镜122对应地配置于发光元件121上，而反射单元140设置于基板上。发光元件121沿一平行于至少一光学膜片110的方向D1排列。反射单元140沿平行于方向D1上也具有多个孔洞HO，多个孔洞HO的位置乃是对应各发光元件121与各二次透镜122，以露出各发光元件121与各二次透镜122。在本实施例中，各二次透镜122为折射式二次透镜。一般而言，折射式二次透镜可使入射光束二次折射产生大角度变化的出射光束，因而可以增加光束的散射程度。换言之，折射式二次透镜一般在开光角度±75°～±80°有出光极大值，即在开光角度±75°～±80°有最大亮度。其中开光角度定义为垂直方向D1的方向为0°，平行方向D1的方向为±90°。然而，现有的折射式二次透镜为了争取到更高的开光角度，而将光束往大角度拓展的同时，也会将中心亮度压抑住，而容易使得当光源模块100具有较低的光腔时，光束的混光距离不足产生了中心暗点的问题。以下将搭配图2A，进一步的说明本实施例的光源模块100如何通过配置在二次透镜122的上表面122a的图案化反射层PR，来达到光形补偿的手段。
图2A是图1的一种光源单元的剖面示意图。请参照图2A，具体而言，在本实施例中，各二次透镜122具有一图案化反射层PR，且图案化反射层PR设置在各二次透镜122的上表面122a的周围。举例而言，在本实施例中，图案化反射层PR例如为白反射层、银反射层。在本实施例中，白反射层的材料可为二氧化钛(TiO2)或硫酸钡(BaSO4)，但本发明不限于此。在其它实施例中，图案化反射层PR的材料也可为银、铝等蒸镀反射金属，或是喷墨反射材料，而可通过黏贴、蒸镀、喷墨或印刷等制程形成于各二次透镜122的上表面122a。此外，在本实施例中，图案化反射层PR的反射率介于50％～100％。此处的数值范围都仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
如图2A所示，在本实施例中，各二次透镜122具有一开光孔半径R，在此，开光孔半径R的定义为二次透镜122的上表面122a(出光面)的半径，即上表面122a投影在光学膜片110(参照图1)且平行方向D1上的长度的一半。图案化反射层PR的分布范围与各二次透镜122底部122b的距离为H，且图案化反射层PR的分布范围符合1/3R<H<3/2R。在一实施例中，图案化反射层PR的分布范围分布在距离H1与距离H2之间，其中距离H1例如等于1/3R、距离H2例如等于R，因此图案化反射层PR的分布范围符合1/3R<H<R。图案化反射层PR的分布范围与各二次透镜122中心M的距离为X，且图案化反射层PR的分布范围符合4/5R<X<R。如图2A所示，在本实施例中，图案化反射层PR的分布范围分布在距离X1与距离X2之间，其中距离X1例如等于4/5R、距离X2例如等于R，因此图案化反射层PR的分布范围符合4/5R<X<R。在本实施例中，开光孔半径R的大小例如是落在7毫米至8.5毫米之间，图案化反射层PR的分布范围与各二次透镜122底部122b距离H的大小例如是落在6毫米至8毫米之间。此处的数值范围都仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
如此一来，接近二次透镜122边缘处的部分大角度的光束将可经由图案化反射层PR反射，并且因此可被回收至二次透镜122的中心M后出光，而可有效达到光分布的补偿，解决中心暗点的问题。举例而言，以采用同一二次透镜122的32吋的光源模块100为例，在未设置本实施例的图案化反射层PR时，其所采用的二次透镜122的扩散光束能力可使光腔深度h与发光元件121间距p的距离比(h/pratio)约0.25，也就是说当发光元件121间距p为85毫米的条件下，合理的光腔深度h应为21.25毫米。但在设置本实施例的图案化反射层PR时，光腔深度h可缩减为18毫米，也就是说二次透镜122的扩散光束能力可通过设置图案化反射层PR而提升，并使光腔深度h与发光元件121间距p的距离比缩减为0.21。此处的数值范围都仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
如图2B所示，配光曲线C1表示可使光腔深度h与发光元件121间距p的距离比约0.25的未设有图案化反射层PR的二次透镜122，配光曲线C2表示可使光腔深度h与发光元件121间距p的距离比约0.25的设有图案化反射层PR的二次透镜122，配光曲线C3表示可使光腔深度h与发光元件121间距p的距离比约0.30的未设有图案化反射层PR的另一种二次透镜。相较于未设有图案化反射层PR的二次透镜122的配光曲线C1，设有图案化反射层PR的二次透镜122的配光曲线C2，具有较高的中心亮度，而可有效达到光分布的补偿。并且，相较于可使光腔深度h与发光元件121间距p的距离比约0.3的未设有图案化反射层PR的另一种二次透镜的配光曲线C3而言，设有图案化反射层PR的二次透镜122的配光曲线C2在大角度范围的光分布仍可维持锐利的曲线，而可使大部分光束往大角度出射。此处的数值范围都仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
请再次参照图1，光源单元120设置于至少一光学膜片110下，且与至少一光学膜片110以及反射单元140围设出一空间，而形成了光源模块100的光腔。此外，扩散板130位于至少一光学膜片110与光源单元120之间。
请参照图1，在本实施例中，反射单元140及扩散板130配置于来自光源单元120的光束的传递路径上，且光源单元120分布于扩散板130的一侧。当光束自二次透镜122出光后，光束会传递至扩散板130。当光束被传递至扩散板130处时，光源模块100将可通过扩散板130使光束分布均匀化，并通过光学膜片110来修正出光方向，以提升光源模块100的正向辉度。
如此一来，本实施例的光源模块100将可通过二次透镜122及图案化反射层PR的配置来达到光型分布的补偿与提升出光的均匀度，并可缩减光腔的所需深度，以达到薄型化的效果。此外，由于光源模块100具有薄型化的体积，因此可以降低机构件的成本，而且，在改善出光面均匀度的同时，对于光学膜片110、扩散板130、发光元件121等各项部材选用的自由度也随之增加，而有助于进行相关光学设计时的弹性。
以下将搭配图3A至图3C，针对图案化反射层PR的形状的可能形态进行进一步地解说。
图3A至图3C是图1的不同图案化反射层的俯视示意图。举例而言，如图3A所示，在本实施例中，图案化反射层PR的形状可为环状。在其它实施例中，图案化反射层PR也可具有多个开孔CA(如图3B所示)，或是具有多个不规则图案RP，且这些不规则图案RP以环绕二次透镜122中心的方式排列(如图3C所示)，但本发明不限于此。本领域技术人员当可依制程简便等实际需求来采用适当图案的图案化反射层PR，以使光形最佳化，在此就不再赘述。
图4是本发明另一实施例的一种光源模块的剖面示意图。图5是图4的一种光源单元的剖面示意图。请参照图4与图5，本实施例的光源模块400与二次透镜422与图1的光源模块100与二次透镜122类似，而差异如下所述。在本实施例中，光源单元420的各二次透镜422为反射式二次透镜。一般而言，反射式二次透镜是运用入射光束在其内发生的全反射来实现扩散出射光束角度的目的。反射式二次透镜一般在开光角度±80°～±100°有出光极大值，且特别在开光角度±90°仍有超过50％的亮度。然而，由于其出射光束中的一部分光束以较大角度从二次透镜的水平侧面出射，因此当杂散光束被反射回二次透镜422的中央时，也容易在二次透镜的中央处产生亮点现象。以下将针对本实施例的光源模块400如何通过配置在二次透镜422的上表面422a的图案化反射层PR来达到光形补偿的手段进行进一步的说明。
如图5所示，图案化反射层PR覆盖各二次透镜422的上表面422a，并且，图案化反射层PR具有可挠性，因此图案化反射层PR的侧边S可向下弯折或向上弯折。由于发光元件121经二次透镜422所反射的光形可能在水平或垂直方向的分布并不一致，因此通过调整图案化反射层PR的侧边S来反射不同方向的光束，而可针对水平或垂直方向的光形进行修整，进而可获得所需的光形。
如图5所示，在本实施例中，图案化反射层PR的分布范围与各二次透镜422底部422b的距离为H，而图案化反射层PR的分布范围符合1/3R<H<3/2R。在一实施例中，图案化反射层PR的分布范围分布在距离H3与距离H4之间，其中距离H3例如等于1/2R、距离H4例如等于3/2R，因此图案化反射层PR的分布范围符合1/2R<H<3/2R。并且，图案化反射层PR分布在距离各二次透镜422中心M为2R处的范围内。在本实施例中，开光孔半径R的大小例如是落在6毫米至8.5毫米之间，图案化反射层PR的分布范围与各二次透镜422底部距离H的大小例如是落在6毫米至8毫米之间。此处的数值范围都仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
如此，将可有效提升出光的均匀度，并可缩减光腔的所需深度，以达到薄型化的效果。举例而言，以采用光腔深度为15毫米的反射式透镜422的光源模块400为例，当将光腔深度缩减到12.5毫米时，将不可避免地会存在亮点，而配置了本实施例的图案化反射层PR之后，将可有效提升出光的均匀度，而可消除亮点。
图6A至图6B是图4的不同图案化反射层的俯视示意图。在本实施例中，图案化反射层PR具有至少一开孔CA，且至少一开孔CA的面积与图案化反射层PR的表面积的比值落在20％至90％之间。如图6A所示，在本实施例中，图案化反射层PR的至少一开孔CA的数量为多个(图6A示出两个开孔CA为例)，这些开孔CA的排列方式呈圆对称，但本发明不限于此。在其它实施例中，图案化反射层PR的开孔CA也可呈不规则排列(如图6B所示)。本领域技术人员当可依制程简便等实际需求来采用适当图案的图案化反射层PR，以使光形最佳化，在此就不再赘述。此外，在本实施例中，图案化反射层PR除可使用蒸镀、镀膜或印刷等制程形成在二次透镜422上外，也可将图案化反射层PR制作为一立体结构，解决在二次透镜422表面处理仍无法改良画面的问题。
由于光源模块400具有薄型化的体积，因此可以降低机构件的成本，而且，在改善出光面均匀度的同时，对于光学膜片110、扩散板130、发光元件121等各项部材选用的自由度也随之增加，而有助于进行相关光学设计时的弹性。此外，光源模块400也可通过扩散板130以及光学膜片110的设置，来提升光源模块400出光的均匀度以及正向辉度。因此，也可使得光源模块400达到与光源模块100类似的功效及优点，在此就不予赘述。
综上所述，本发明之实施例可达到下列优点或功效的至少其一。本发明的实施例的光源模块与光源单元可通过二次透镜及图案化反射层的配置来达到光型分布的补偿与提升出光的均匀度，并可缩减光腔的所需深度，以达到薄型化的效果。此外，由于光源模块具有薄型化的体积，因此可以降低机构件的成本，而且，在改善出光面均匀度的同时，对于光学膜片、扩散板、发光元件等各项部材选用的自由度也随之增加，而有助于进行相关光学设计时的弹性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当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等效变化与修改，都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需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。另外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(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：光源模块
110：光学膜片
120、420：光源单元
121：发光元件
122、422：二次透镜
122a、422a：上表面
122b、422b：底部
130：扩散板
140：反射单元
C1、C2、C3：配光曲线
CA：开孔
D1：方向
h：光腔深度
H、H1、H2、H3、H4、X、X1、X2：距离
HO：孔洞
M：二次透镜中心
p：间距
PR：图案化反射层
R：开光孔半径
RP：不规则图案
S：侧边

Claims (18)

1.一种光源模块，包括至少一光学膜片以及一光源单元，
所述光源单元设置于所述至少一光学膜片下，且与所述至少一光学膜片围设出一空间，所述光源单元包括多个发光元件以及多个二次透镜，
所述多个发光元件沿一平行于所述至少一光学膜片的方向排列，
所述多个二次透镜对应地配置于所述多个发光元件上，且各所述二次透镜具有一图案化反射层，其中各所述二次透镜具有一开光孔半径R，所述图案化反射层的分布范围与各所述二次透镜底部的距离为H，且所述图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<3/2R。
2.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述二次透镜为折射式二次透镜，且所述图案化反射层设置在各所述二次透镜的上表面的周围。
3.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<R。
4.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的分布范围与各所述二次透镜中心的距离为X，且所述图案化反射层的分布范围符合4/5R<X<R。
5.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的形状为环状。
6.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层具有多个开孔。
7.如权利要求2所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层具有多个不规则图案，且所述多个不规则图案以环绕所述二次透镜中心的方式排列。
8.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，各所述二次透镜为反射式二次透镜，且所述图案化反射层覆盖各所述二次透镜的上表面。
9.如权利要求8所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的分布范围符合1/2R<H<3/2R。
10.如权利要求8所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层分布在距离各所述二次透镜中心为2R处的范围内。
11.如权利要求8所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层具有可挠性。
12.如权利要求8所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层具有至少一开孔，且所述至少一开孔的面积与所述图案化反射层的表面积的比值落在20%至90%之间。
13.如权利要求12所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的所述至少一开孔的数量为多个，所述多个开孔的排列方式呈圆对称。
14.如权利要求12所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的所述至少一开孔的数量为多个，所述多个开孔呈不规则排列。
15.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层的反射率介于50%～100%。
16.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，所述图案化反射层为白反射层、银反射层、蒸镀反射金属或喷墨反射材料。
17.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包括：
一扩散板，位于所述至少一光学膜片与所述光源单元之间。
18.一种光源单元，包括一发光元件以及一二次透镜，
所述二次透镜对应地配置于所述发光元件上，且所述二次透镜具有一图案化反射层，其中所述二次透镜具有一开光孔半径R，所述图案化反射层的分布范围与所述二次透镜底部的距离为H，且所述图案化反射层的分布范围符合1/3R<H<3/2R。
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