TWI582345B - 透鏡及使用該透鏡之光源模組 - Google Patents
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Description
本發明涉及光學領域，特別涉及一種透鏡及使用該透鏡之光源模組。
目前，在背光照明當中，為均勻光線，通常會搭配擴散透鏡使用，使光源發出之光線能以較大角度出射，從而達到大面積照明之效果。
然，在實際使用中，光源發出之光線經過透鏡之擴散之後，由於光線在光源之光軸附近比較集中，有時並不能完全消除中央亮點以及邊緣黃暈之現象，不利於背光照明。
一種透鏡，用以對一光源發出之光線進行調整，該透鏡包括與光源正對設置之入光面、與該入光面相對設置之出光面及連接該入光面與出光面之連接面，該連接面為圍繞該入光面設置之環狀平面，該出光面與連接面之外周緣相對接，該出光面包括位於該入光面上方之頂壁面及自該連接面之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面之外周緣相對接之側壁面，該頂壁面包括位於該入光面正上方之中央面及圍繞該中央面設置之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面平滑對接之第二曲面。
一種光源模組，包括一光源及正對該光源設置之透鏡，該透鏡包括與光源正對設置之入光面、與該入光面相對設置之出光面及連接該入光面與出光面之連接面，該連接面為圍繞該入光面設置之環狀平面，該出光面與連接
面之外周緣相對接，該出光面包括位於該入光面上方之頂壁面及自該連接面之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面之外周緣相對接之側壁面，該頂壁面包括位於該入光面正上方之中央面及圍繞該中央面設置之第一曲面及圍繞該第一曲面設置並與該第一曲面平滑對接之第二曲面。
使用中，當該光源發出之光線經透鏡之入光面進入透鏡後，經由該透鏡之出光面射出透鏡。自光源相對於其光軸以較小角度出射之光線分別經過透鏡之中央面、第一曲面、第二曲面及側壁面折射後以相對於其光軸較大角度出射，使得光線朝向透鏡之周側方向發散。與習知技術相比，本發明之光源模組實現降低正向光強、增強側向光強並擴大出光角度之光學效果。
100‧‧‧光源模組
10‧‧‧光源
12‧‧‧基座
14‧‧‧發光二極體晶片
20‧‧‧透鏡
21‧‧‧入光面
22‧‧‧出光面
221‧‧‧頂壁面
2210‧‧‧第一曲面
2212‧‧‧第二曲面
222‧‧‧側壁面
23‧‧‧連接面
24‧‧‧容置空間
25‧‧‧支腳
30‧‧‧散射粒子
I‧‧‧光軸
X‧‧‧中心軸
圖1為本發明一實施例之光源模組之立體示意圖。
圖2為圖1中所示之光源模組之透鏡之倒置示意圖。
圖3為圖1中所示之光源模組沿III-III線之剖視示意圖。
圖4為圖1中所示之光源模組在不同條件下沿其正向出光方向所測得之輝度值變化示意圖。
請參閱圖1至圖3，本發明一實施例提供之光源模組100包括一光源10、正對該光源10設置之一透鏡20及形成在該透鏡20內之複數散射粒子30。該透鏡20包括與光源10正對設置之一入光面21、與該入光面21相對設置之一出光面22及連接該入光面21與出光面22之一連接面23。該光源10具有一光軸I。該光源10發出之光線相對於該光軸I大致分佈於180度內之空間角內，其中大部分光線相對於該光軸I集中分佈於120度內之空間角內。
在本實施例中，該光源10為發光二極體，包括基座12及固定於基座12上之發光二極體晶片14。該基座12由環氧樹脂、矽膠或陶瓷等絕緣材料製
成。該發光二極體晶片14由氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦鎵等半導體材料製成，其可受電流激發產生可見光。
上述透鏡20由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等透明材料一體製成，也可以分層製成。該透鏡20內可以進一步均勻摻雜有螢光粉，螢光粉可由釔鋁石榴石、矽酸鹽等螢光材料製成。
該透鏡20位於該光源10之正上方並與該光源10間隔設置。該入光面21由該透鏡20之底面中部向該透鏡20內部凹陷而形成。該連接面23為該透鏡20之底面中圍繞該入光面21設置之環狀平面。該出光面22包括位於該入光面21上方之頂壁面221及自該連接面23之外周緣向上延伸形成之、並與該頂壁面221之外周緣相對接之一側壁面222。在本實施例中，該側壁面222為柱面，可以理解地，該側壁面222也可以為錐面或旋轉曲面。在使用中，該透鏡20之連接面23與用以承載該透鏡20之安裝平面(圖未示)相貼合。該出光面22之側壁面222之底部周緣與連接面23之外周緣相對接。在本實施例中，該透鏡20之入光面21為一自由曲面，可以理解地，該透鏡20之入光面21也可以是橢球面、球面或者抛物面。該透鏡20之入光面21圍設出一容置空間24用以收容該光源10。該出光面22之頂壁面221包括一第一曲面2210及圍繞該第一曲面2210設置並與該第一曲面2210平滑連接之一第二曲面2212。該第一曲面2210由該透鏡20之頂面中部向該透鏡20內部凹陷而形成。在本實施例中，該出光面22之頂壁面221之第一曲面2210為一自由曲面，可以理解地，該第一曲面2210也可以是橢球面、球面或者抛物面。該出光面22之頂壁面221之第二曲面2212朝向遠離入光面21之方向彎曲。在本實施例中，該第二曲面2212為一自由曲面，可以理解地，該第二曲面2212也可以是橢球面、球面或者抛物面。
在本實施例中，該透鏡20為中心軸對稱結構，其具有一中心軸X。該透鏡20之入光面21關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該透鏡20之出光面22關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之第一曲面2210關於該透鏡20之中心軸X呈中心軸對稱。該出光面22之第二曲面2212關於該透鏡20之中心
軸X呈中心軸對稱。該透鏡20之連接面23垂直於該透鏡20之中心軸X。該透鏡20之連接面23垂直於側壁面222。該光源10之光軸I與該透鏡20之中心軸X相重合設置。
該透鏡20進一步包括由連接面23向下凸伸而出之複數支腳25。該等支腳25均勻、間隔設置，用以支撐並固定該透鏡20。在本實施例中，該支腳25呈圓臺狀。
上述散射粒子30不規則地分佈在該透鏡20之內部。在本實施例中，該散射粒子30任意分佈在透鏡20之整個內部，可以理解地，根據實際出光需要，該散射粒子30可以在透鏡20之制程中選擇性地集中分佈在該透鏡20內部之部分位置，如靠近該透鏡20之入光面21之區域。該散射粒子30由鈦化合物(如TiO2)、矽化合物(如SiO3或SiO2)等材料製成。每一散射粒子30為球狀微粒。該散射粒子30在透鏡20內摻雜之成分比例較佳為該散射粒子對應佔2%。
請同時參閱圖1至圖3，使用中，當該光源10發出之光線經透鏡20之入光面21進入透鏡20後，由於透鏡20在中部區域較中部區域外之周圍區域在厚度上較薄，使得該散射粒子30分佈也較少，自光源10發出之光線在透鏡20中部區域之出光較少受到影響，即大部分仍朝向相對於其光軸I以較小角度出射，而自光源10在透鏡20中部區域外之周圍區域之出光受到該散射粒子30之反射，其中部分光線會轉向相對於其光軸I以較小角度出射，最後所有光線再經過透鏡20之第一曲面2210、第二曲面2212及側壁面222折射後由出光面22出射。
與習知技術相比，本發明之光源模組100使得光源10發出之光線經過透鏡20後相對集中分佈在光源10之光軸I附近，即相對集中分佈在該光源10之正向發光方向之中部，同時也提高光源模組100正向照明之平均輝度。具體請參閱圖4，所示為本發明之光源模組100之在正向出光方向上之輝度值在不同條件下之變化示意圖，圖示縱坐標為測量所得輝度數值，橫坐標為由透鏡20正對方向上沿其周圍區域至中部區域再至周圍區域沿直線所取之21個測量區域。其中，5條輝度值曲線分別取之條件是透鏡20內不添加散射粒子30、透鏡20內添加成分
比例為0.5%之散射粒子30、透鏡20內添加成分比例為1%之散射粒子30、透鏡20內添加成分比例為1.5%之散射粒子30以及透鏡20內添加成分比例為2%之散射粒子30，透鏡20內不添加散射粒子30之條件下對應之輝度值曲線之中部對應輝度值相對最小，然後隨著散射粒子30在透鏡20成分比例之增加，輝度值曲線之中部對應之輝度值(亦為最大輝度值)越來越大，同時，整個輝度值曲線對應之平均輝度值也越來越大。
100‧‧‧光源模組
10‧‧‧光源
12‧‧‧基座
14‧‧‧發光二極體晶片
20‧‧‧透鏡
21‧‧‧入光面
22‧‧‧出光面
221‧‧‧頂壁面
2210‧‧‧第一曲面
2212‧‧‧第二曲面
222‧‧‧側壁面
23‧‧‧連接面
30‧‧‧散射粒子
I‧‧‧光軸
X‧‧‧中心軸
Claims (10)
- 一種透鏡，包括與光源正對設置之入光面、與入光面相對設置之出光面及連接該入光面與出光面之連接面，連接面為圍繞入光面設置之環狀平面，出光面與連接面之外周緣相對接，出光面包括位於入光面上方之頂壁面及自連接面之外周緣向上延伸形成之、並與頂壁面之外周緣相對接之側壁面，其改良在於：頂壁面包括位於入光面正上方之第一曲面及圍繞第一曲面設置並與第一曲面平滑連接之第二曲面，透鏡進一步包括形成在透鏡內之複數散射粒子，散射粒子用以反射照射至其上之光線。
- 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該散射粒子由鈦化合物或矽化合物材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中每一散射粒子為球狀微粒。
- 如申請專利範圍第2項所述之透鏡，其中該散射粒子在透鏡內摻雜之成分比例為2%。
- 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該第一曲面朝向靠近入光面之方向彎曲，該第一曲面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該第二曲面朝向遠離入光面之方向彎曲，該第二曲面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該入光面由該透鏡之底面中部向該透鏡內部凹陷而形成，該入光面為自由曲面、橢球面、球面、抛物面中之任一種。
- 如申請專利範圍第1項所述之透鏡，其中該透鏡為中心軸對稱結構，其具有一中心軸。
- 如申請專利範圍第8項所述之透鏡，其中該入光面關於該透鏡之中心軸呈中心軸對稱，該透鏡之出光面關於該透鏡之中心軸呈中心軸對稱，該透鏡之連接面垂直於該透鏡之中心軸。
- 一種光源模組，包括一光源及正對該光源設置之透鏡，其特徵在於：該透鏡為如申請專利範圍第1-9項中任一項所述之透鏡。
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| TW201514547A (zh) | 2015-04-16 |
| US20150103534A1 (en) | 2015-04-16 |
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