TWI573961B - 光束控制元件 - Google Patents

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TWI573961B
TWI573961B TW104114072A TW104114072A TWI573961B TW I573961 B TWI573961 B TW I573961B TW 104114072 A TW104114072 A TW 104114072A TW 104114072 A TW104114072 A TW 104114072A TW I573961 B TWI573961 B TW I573961B
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隆達電子股份有限公司
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
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    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
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    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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Description

光束控制元件
本發明是有關於一種光束控制元件，特別是有關於一種用來調整液晶顯示面板的直下式背光模組之發光光型的光束控制元件。
發光二極體由於具有高亮度、反應速度快、體積小、污染低、高可靠度、適合量產等優點，因此發光二極體在照明領域或是消費性電子產品的開發應用亦將越來越多，目前已將發光二極體廣泛地應用在大型看板、交通號誌燈、手機、掃描器、傳真機之光源以及照明裝置等。基於上述可知，發光二極體的發光效率以及亮度需求將會越來越受到重視，是故高亮度發光二極體的研究開發將是固態照明應用上的重要課題。
發光二極體已經在某些應用領域中取代螢光燈與白熾燈，而作為例如需求高速反應的掃描器燈源、投影裝置的燈源、液晶顯示器的背光源或前光源，汽車儀表板上的照明燈源，交通號誌的燈源以及一般照明裝置的燈源等等。相較於傳統燈管，發光二極體具有例如體積較小、 使用壽命較長、驅動電壓/電流較低、結構強度較高、無汞污染以及高發光效率(節能)等顯著優勢。
發光二極體亦可作為液晶顯示面板的直下式背光模組的光源。為了使直下式背光模組的發光光型符合液晶顯示面板所需，通常會使用透鏡等光束控制元件來調整發光二極體所發射之光線的方向。然而，在發光二極體為五面發光二極體的情況下(即除了底面外，頂面與側面皆發光的發光二極體)，直下式背光模組通常會有側面漏光的情況，因而使發光二極體所發射之光線無法被有效利用。
本發明之一技術態樣是在提供一種光束控制元件，藉由設置向內傾斜之第二入光區，有效提升發光元件的亮度。
根據本發明一實施方式，一種光束控制元件，用以覆蓋於光學元件上，其中光學元件用以產生光線。光束控制元件包含本體。本體具有對稱光軸，且本體具有底面、入光面以及出光面。底面連接入光面與出光面。出光面位於本體之外側，入光面位於本體之內側。入光面定義形成空腔，空腔用以容置光學元件。入光面區分為第一入光區與第二入光區，第一入光區為內凹曲面，第二入光區連接第一入光區與底面，且第二入光區為向內傾斜之斜面。
於本發明之一或多個實施方式中，底面之虛擬延伸平面與對稱光軸相交而形成參考點，參考點與入光面之任一 點之第一連線具有第一長度，第一連線與對稱光軸形成第一夾角，當第一夾角越大，第一長度越小。
於本發明之一或多個實施方式中，出光面為外凸曲面，其中底面之虛擬延伸平面與對稱光軸相交而形成參考點，參考點與出光面之任一點之第二連線具有第二長度，第二連線與對稱光軸形成第二夾角，當第二夾角越大，第二長度越大。
於本發明之一或多個實施方式中，第二入光區與底面形成第三夾角，第三夾角小於90°。
於本發明之一或多個實施方式中，第三夾角約為40°至50°。
於本發明之一或多個實施方式中，第三夾角約為45°。
於本發明之一或多個實施方式中，第二入光區更可區分為第一子入光區與第二子入光區，第一子入光區為平滑面，第二子入光區為霧面噴砂結構。
根據本發明另一實施方式，一種發光元件，包含基板、光學元件以及前述之光束控制元件。基板具有頂面，且頂面作為反射面。光學元件設置於基板上，且用以產生光線。光束控制元件設置於基板上。
於本發明之一或多個實施方式中，頂面為白漆反射面。
於本發明之一或多個實施方式中，頂面區分為中央部份與邊緣部份，光學元件設置於中央部份上，底面設 置於邊緣部份上，中央部份為白漆反射面，邊緣部份為金屬反射面。
本發明上述實施方式藉由設置向內傾斜之第二入光區，於是自光學元件的側面所發射之往水平方向行進的光線在被第二入光區折射後將會朝斜下方行進，接著光線會再被基板的頂面反射而朝斜上方行進，並大致朝著此方向離開出光面。於是，側面漏光的情況可以避免，進而有效提升發光元件的亮度。
10、20‧‧‧光線
100‧‧‧發光元件
101‧‧‧空腔
200‧‧‧基板
201‧‧‧頂面
202‧‧‧中央部份
203‧‧‧邊緣部份
210‧‧‧第一反射層
220‧‧‧第二反射層
230‧‧‧載板
300‧‧‧光學元件
301‧‧‧頂面
302‧‧‧側面
400‧‧‧光束控制元件
401‧‧‧本體
402‧‧‧對稱光軸
410‧‧‧底面
420‧‧‧入光面
421‧‧‧第一入光區
426‧‧‧第二入光區
426a‧‧‧第一子入光區
426b‧‧‧第二子入光區
430‧‧‧出光面
431‧‧‧第一出光區
436‧‧‧第二出光區
491、492‧‧‧連接處
500、600‧‧‧曲線
O‧‧‧參考點
L1‧‧‧第一連線
L2‧‧‧第二連線
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角
θ3‧‧‧第三夾角
第1圖繪示依照本發明一實施方式之發光元件的立體示意圖。
第2圖繪示依照本發明一實施方式之發光元件的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。
第3圖繪示依照本發明另一實施方式之發光元件的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。
第4圖繪示依照本發明又一實施方式之發光元件的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。
第5圖繪示依照本發明再一實施方式之發光元件的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。
第6圖繪示依照本發明再一實施方式之發光元件的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。
第7圖繪示依照本發明一實施例之發光元件與傳統發光元件的亮度-發光角度圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1圖繪示依照本發明一實施方式之發光元件100的立體示意圖。第2圖繪示依照本發明一實施方式之發光元件100的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。本發明不同實施方式提供一種發光元件100，發光元件100主要作於液晶顯示面板的直下式背光模組的光源。
如第1圖與第2圖所繪示，本發明不同實施方式提供一種發光元件100。發光元件100包含基板200、光學元件300以及光束控制元件400。基板200具有頂面201，且頂面201作為反射面。光學元件300設置於基板200上，且用以產生光線。光束控制元件400設置於基板200上，用以覆蓋於光學元件300上。
具體而言，光學元件300可為發光二極體。更具體地說，光學元件300可為五面發光的發光二極體(即除 了底面外，頂面與側面皆發光的發光二極體)。應了解到，以上所舉之光學元件300僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇光學元件300。
光束控制元件400包含本體401。本體401具有對稱光軸402，且本體401具有底面410、入光面420以及出光面430。底面410連接入光面420與出光面430。出光面430位於本體401之外側，入光面420位於本體401之內側。入光面420定義形成空腔101，空腔101用以容置光學元件300。入光面420區分為第一入光區421與第二入光區426，第一入光區421為內凹曲面，第二入光區426連接第一入光區421與底面410，且第二入光區426為向內傾斜之斜面。
由於光學元件300為五面發光(即除了底面外，頂面與側面皆發光)，因此可能會從其側面302發射往水平方向行進的光線20。在傳統的發光元件中，因為光線20會以水平方向離開出光面430，因此會產生側面漏光的情況。在發光元件100中，當光線20行進至第二入光區426時，光線20將會折射(本體401的折射率大於空氣)而朝斜下方行進，接著光線20會行進至基板200的頂面201並被頂面201反射，於是光線20將會朝斜上方行進，並大致朝著此方向離開出光面430，因而側面漏光的情況可以避免，進而有效提升發光元件100的亮度。
具體而言，本體401之材質為玻璃或塑膠。應了解到，以上所舉之本體401之材質僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇本體401之材質。
在本實施方式中，底面410、入光面420以及出光面430軸對稱於對稱光軸402，但並不限於此。在其他實施方式中，底面410、入光面420以及出光面430不一定要對稱於對稱光軸402，端視發光元件100的實際需求而定。
具體而言，第二入光區426和第一入光區421的連接處491(即第二入光區426的頂端)與對稱光軸402的最小距離大於第二入光區426和底面410的連接處492(即第二入光區426的底端)與對稱光軸402的最小距離。換句話說，第二入光區426和底面410的連接處492(即第二入光區426的底端)較第二入光區426和第一入光區421的連接處491(即第二入光區426的頂端)靠近光學元件300。
在本實施方式中，底面410之虛擬延伸平面與對稱光軸402相交而形成參考點O，參考點O與入光面420之任一點之第一連線L1具有第一長度，第一連線L1與對稱光軸402形成第一夾角θ1，當第一夾角θ1越大，第一長度越小。參考點O與出光面430之任一點之第二連線L2具有第二長度，第二連線L2與對稱光軸402形成第二夾角θ2，當第二夾角θ2越大，第二長度越大。於是藉由入光 面420與出光面430，由光學元件300的頂面301所發射之光線10，在通過入光面420與出光面430時的兩次折射皆會使光線10向外折射(即光線10與對稱光軸402的夾角將會變大)。於是，由頂面301所發射的光線10將會被光束控制元件400折射而較平均地往不同角度行進，而不會皆是往正上方行進，因而使發光元件100在不同角度的發光亮度較為均勻。於是，若發光元件100作為直下式背光模組的光源，將能對於液晶顯示面板提供均勻光源，進而提升液晶顯示面板的顯示品質。需要注意的是，在其他實施方式中，入光面420與出光面430的具體實施方式不一定需要與本實施方式相同。
具體而言，出光面430區分為第一出光區431與第二出光區436，第一出光區431設置於光學元件300的正上方或者設置於空腔101的正上方，第二出光區436包圍第一出光區431且連接底面410。第一出光區431為平面。
具體而言，第二入光區426與底面410形成第三夾角θ3，第三夾角θ3小於90°。更具體地說，第三夾角θ3約為40°至50°或者約為45°。應了解到，以上所舉之第二入光區426的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇第二入光區426的具體實施方式。
具體而言，第二入光區426更可區分為第一子入光區426a與第二子入光區426b，第一子入光區426a為平滑面，第二子入光區426b為霧面噴砂結構。在本實施方 式中，第一子入光區426a為第二入光區426的下半部份，第二子入光區426b為第二入光區426的上半部份，但並不限於此。在其他實施方式中，第一子入光區426a與第二子入光區426b的實際設置位置端視發光元件100的實際需求(例如光型需求)而定。
具體而言，光學元件300之頂面301的高度大於第二入光區426和第一入光區421的連接處491(即第二入光區426的頂端)，但並不限於此。在其他實施方式中，光學元件300與第二入光區426的具體實施方式端視發光元件100的實際需求(例如光型需求)而定。
具體而言，基板200更可包含第一反射層210與載板230，第一反射層210設置於載板230上。更具體地說，第一反射層210可為白漆反射層，因此頂面201(即第一反射層210的頂面201)可為白漆反射面。應了解到，以上所舉之基板200的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇基板200的具體實施方式。
第3圖繪示依照本發明另一實施方式之發光元件100的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。如第3圖所繪示，本實施方式的發光元件100與第2圖的發光元件100大致相同，主要差異在於，基板200更可包含第一反射層210、第二反射層220以及載板230。第一反射層210與第二反射層220設置於載板230上，第二反射層220圍繞第一反射層210。光學元件300設置於第一反射層210 上。本體401的底面410至少部份設置於第二反射層220上。具體而言，第一反射層210可為白漆反射層，第二反射層220可為金屬反射層。因為光學元件300沒有接觸第二反射層220，於是光學元件300將不會因為與第二反射層220電性連接而與其他元件產生不必要的電性連接。
換句話說，基板200的頂面201可以區分為中央部份202(即第一反射層210的頂面)與邊緣部份203(即第二反射層220的頂面)，光學元件300設置於中央部份202上，本體401的底面410至少部份設置於邊緣部份203上。中央部份202為白漆反射面，邊緣部份203為金屬反射面。
第4圖繪示依照本發明又一實施方式之發光元件100的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。如第4圖所繪示，本實施方式的發光元件100與第2圖的發光元件100大致相同，主要差異在於，第一出光區431為向內凹陷。
第5圖繪示依照本發明再一實施方式之發光元件100的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。如第5圖所繪示，本實施方式的發光元件100與第2圖的發光元件100大致相同，主要差異在於，光學元件300之頂面301的高度小於第二入光區426和第一入光區421的連接處491(即第二入光區426的頂端)。
第6圖繪示依照本發明再一實施方式之發光元件100的剖面示意圖，其剖面位置為沿第1圖之線段2。如第6圖所繪示，本實施方式的發光元件100與第2圖的發 光元件100大致相同，主要差異在於，光學元件300之頂面301的高度等於第二入光區426和第一入光區421的連接處491(即第二入光區426的頂端)。
第7圖繪示依照本發明一實施例之發光元件100與傳統發光元件的亮度-發光角度圖。如第7圖所繪示，曲線500代表本發明一實施例之發光元件100的亮度與發光角度關係，曲線600代表傳統發光元件的亮度與發光角度關係，其中亮度經過歸一化處理，因此y軸沒有單位，且發光元件100與傳統發光元件的最大亮度為1。從圖中可以明顯發現，相較於傳統發光元件，發光元件100在不同發光角度的亮度較大，因此可以確知第二入光區426(見第2圖)的確可以有效提升發光元件100的亮度。
本發明上述實施方式藉由設置向內傾斜之第二入光區426，於是自光學元件300的側面302所發射之往水平方向行進的光線20在被第二入光區426折射後將會向斜下方行進，接著光線20會再被基板200的頂面201反射而朝斜上方行進，並大致朝著此方向離開出光面430。於是，側面漏光的情況可以避免，進而有效提升發光元件100的亮度。
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。
10、20‧‧‧光線
100‧‧‧發光元件
101‧‧‧空腔
200‧‧‧基板
201‧‧‧頂面
210‧‧‧第一反射層
230‧‧‧載板
300‧‧‧光學元件
301‧‧‧頂面
302‧‧‧側面
400‧‧‧光束控制元件
401‧‧‧本體
402‧‧‧對稱光軸
410‧‧‧底面
420‧‧‧入光面
421‧‧‧第一入光區
426‧‧‧第二入光區
426a‧‧‧第一子入光區
426b‧‧‧第二子入光區
430‧‧‧出光面
431‧‧‧第一出光區
436‧‧‧第二出光區
491、492‧‧‧連接處
O‧‧‧參考點
L1‧‧‧第一連線
L2‧‧‧第二連線
θ1‧‧‧第一夾角
θ2‧‧‧第二夾角
θ3‧‧‧第三夾角

Claims (10)

  1. 一種光束控制元件，用以覆蓋於一光學元件上，其中該光學元件用以產生光線，該光束控制元件包含：一本體，其中該本體具有一對稱光軸，且該本體具有一底面、一入光面以及一出光面，該底面連接該入光面與該出光面，該出光面位於該本體之外側，該入光面位於該本體之內側，該入光面定義形成一空腔，該空腔用以容置該光學元件，該入光面區分為一第一入光區與一第二入光區，該第一入光區為內凹曲面，該第二入光區連接該第一入光區與該底面，且該第二入光區為向內傾斜之斜面。
  2. 如請求項1所述之光束控制元件，其中該底面之虛擬延伸平面與該對稱光軸相交而形成一參考點，該參考點與該入光面之任一點之一第一連線具有一第一長度，該第一連線與該對稱光軸形成一第一夾角，當該第一夾角越大，該第一長度越小。
  3. 如請求項1所述之光束控制元件，其中該出光面為外凸曲面，其中該底面之虛擬延伸平面與該對稱光軸相交而形成一參考點，該參考點與該出光面之任一點之一第二連線具有一第二長度，該第二連線與該對稱光軸形成一第二夾角，當該第二夾角越大，該第二長度越大。
  4. 如請求項1所述之光束控制元件，其中該第二入光區與該底面形成一第三夾角，該第三夾角小於90°。
  5. 如請求項4所述之光束控制元件，其中該第三夾角約為40°至50°。
  6. 如請求項4所述之光束控制元件，其中該第三夾角約為45°。
  7. 如請求項1所述之光束控制元件，其中該第二入光區更可區分為一第一子入光區與一第二子入光區，該第一子入光區為平滑面，該第二子入光區為霧面噴砂結構。
  8. 一種發光元件，包含：一基板，具有一頂面，該頂面作為反射面；一光學元件，設置於該基板上，且用以產生光線；以及如請求項1所述之光束控制元件，該光束控制元件設置於該基板上。
  9. 如請求項8所述之發光元件，其中該頂面為白漆反射面。
  10. 如請求項8所述之發光元件，其中該頂面區分為一中央部份與一邊緣部份，該光學元件設置於該中央部 份上，該底面至少部份設置於該邊緣部份上，該中央部份為白漆反射面，該邊緣部份為金屬反射面。
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