光学透镜、背光模块的制作方法

本发明涉及一种光学组件，且特别涉及光学透镜、背光模块。

背景技术：

为满足直下式背光模块的轻薄化需求，一般做法是直接缩小直下式背光模块中的二次透镜的混光距离或是减少发光二极管的设置数量。

二次透镜主要包含折射式透镜以及反射式透镜。折射式透镜的出光角度只有约75度，所以当发光二极管间的间距(LED pitch)过大时，将导致出光均匀度不佳的问题。虽然反射式透镜的出光角大于90度，但这种反射式透镜的入光面与出光面必须设计成复杂的曲面。由于复杂的曲面所需的成型精度较高，所以导致成本较高。此外，反射式透镜本身也容易因为制造困难导致成型精度不佳，进而影响出光效果。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供光学透镜、背光模块及显示设备，其具有容易加工以及出光均匀的优点。

根据本发明的上述目的，提出一种光学透镜。该光学透镜包含本体、入光面、反射面以及出光面。本体具有顶部及底部。入光面自本体的底部凹入。反射面自凹入本体的顶部凹入，并与入光面相对。出光面连接顶部与底部。出光面具有多个微结构，微结构的每一者具有法线，且这些法线的延伸方向彼此不同。由此，光线可从入光面进入本体中，且经反射面反射后，再分别经由这些微结构出光。

依据本发明的一个实施例，上述微结构中的任何相邻二者的边互相接合。

依据本发明的再一实施例，上述出光面由微结构相互接合而成。

依据本发明的再一实施例，上述出光面还具有至少一个光学面单元。而且，出光面由微结构与光学面单元相互接合而成。

依据本发明的再一实施例，上述光学面单元具有固定斜率。

依据本发明的另一实施例，上述本体具有中心线。微结构围绕中心线排列形成多个微结构列。

依据本发明的又一实施例，上述微结构列呈环状、半环状或弧状。

依据本发明的再一实施例，上述本体具有中心线。微结构排列形成多个微结构列，且微结构列相对中心线呈放射状排列。

依据本发明的再一实施例，上述微结构列的每一者连接顶部和/或底部。

依据本发明的再一实施例，上述微结构的每一者的两端均不与顶部及底部连接。

依据本发明的再一实施例，上述反射面为多重曲率面。

依据本发明的再一实施例，上述反射面具有固定斜率。

依据本发明的再一实施例，上述入光面具有固定斜率。

根据本发明的上述目的，提出一种背光模块。该背光模块包含背板、反射片、光学板、至少一个光源以及至少一个前述光学透镜。反射片设置在背板上。光学板设置在反射片上方。光源设置在背板上，且用以提供光线。光学透镜设置在光源上方。其中，光线从光学透镜的入光面进入本体中，并经反射面反射后，由出光面出光，再从光学板射出。

依据本发明的实施例，上述反射片具有至少一个穿孔，光学透镜对应嵌设在穿孔中。光源包含电路板以及设置在电路板上的至少一个发光单元，其中电路板设置在背板上，发光单元设置在光学透镜的下方。

依据本发明的另一实施例，上述本体还包含入光空间。入光面为入光空间的内表面，且发光单元设置在入光空间的下方。

依据本发明的又一实施例，上述本体的底部设有至少一个接脚。光学透镜通过接脚设置在电路板上，以在光学透镜与电路板之间形成容置空间。

根据本发明的上述目的，另外提出一种显示设备。该显示设备包含背 板、反射片、光学板、至少一个光源、至少一个前述光学透镜以及显示面板。反射片设置在背板上。光学板设置在反射片上方。光源设置在背板上，且用以提供光线。光学透镜设置在光源上方。其中，光源提供的光线从光学透镜的入光面进入本体中，并经反射面反射后，由出光面出光，再从光学板射出。显示面板设置在光学板上方。

由上述可知，本发明的光学透镜利用具有不同法线延伸方向的微结构相互接合以作为出光面，可调整光线从光学透镜射出的行径方向，以达到控制出光角度的目的。此外，通过改变各微结构的排列方式、尺寸或形状，还可达到局部调整光线的行径方向的目的。由此，可减少应用在背光模块与显示设备中的光学透镜的数量以及整体厚度，并可提升背光模块与显示设备的出光均匀度。另一方面，本发明的入光面与反射面可设计成具有固定斜率的斜面，因此可简化光学透镜的制造难度，进而可提升光学透镜的成型精度。

附图说明

为了更完整了解实施例及其优点，现在参照并结合附图所做的下列描述，其中：

图1A示出依照本发明的第一实施方式的光学透镜的立体示意图；

图1B示出依照本发明的第一实施方式的光学透镜的侧视图；

图1C示出依照本发明的第一实施方式的光学透镜的光学路径示意图；

图2示出依照本发明的第二实施方式的光学透镜的侧视图；

图3示出依照本发明的第三实施方式的光学透镜的侧视图；

图4示出依照本发明的第四实施方式的光学透镜的侧视图；

图5示出依照本发明的第五实施方式的光学透镜的侧视图；

图6A示出依照本发明的第六实施方式的光学透镜的侧视图；

图6B示出依照本发明的第六实施方式的光学透镜的光学路径示意图；

图7示出依照本发明的一个实施方式的背光模块的装置示意图；以及

图8示出依照本发明的一个实施方式的显示设备的装置示意图。

具体实施方式

请参照图1A及图1B，其分别示出依照本发明的第一实施方式的光学透镜的立体示意图以及侧视图。本实施方式的光学透镜100可用在背光模块中，以加大并调整背光模块中的发光二极管的出光角度，并增加光照范围，进而提高背光模块的出光均匀度。

请继续参照图1A及图1B，光学透镜100主要包含本体110、入光面120、反射面130以及出光面140。本体110具有相对的顶部111及底部113。入光面120自本体110的底部113凹入，从而形成入光空间113a。也就是说，入光面120可定义在入光空间113a的内表面。请一并参照图1C，其示出依照本发明的第一实施方式的光学透镜的光学路径示意图。要说明的是，为清楚表示光学透镜的光学路径，图1C的光学透镜已省略微结构141的部分。如图1C所示，光源160设置在本体110的入光空间113a下方，且光源160所产生的光线可从入光面120进入本体110中。在一个实施例中，入光面120可具有固定斜率，所以在加工上较容易。

如图1A至图1C所示，反射面130自本体110的顶部111凹入。而且，反射面130与入光面120相对。由此，从入光面120进入本体110而射向反射面130的光线可被反射面130反射，进而从出光面140出光。在一些实施例中，反射面130具有固定斜率。在其他实施例中，反射面130还可为多重曲率面，以符合不同的使用需求。

请继续参照图1A至图1C，出光面140具有多个微结构141，这些微结构141中的任何相邻二者的边互相接合。也就是说，这些微结构141互相拼接形成出光面140。在本实施例中，每一个微结构141具有法线141a。而且，这些法线141a的延伸方向彼此不同。也就是说，这些微结构141彼此为不同的斜面或曲面。要说明的是，在此所指的“法线”是指垂直于各微结构141的线。而且，具有不同斜度或不同曲率的微结构141的法线141a的延伸方向均不相同。由此，当光线在经过这些微结构141而出光时，这些不同斜度或不同曲率的微结构141可分别折射光线，进而使光 线在出光时可具有不同的行径方向，以达到增加光照范围以及均匀化光线的目的。

如图1A至图1C所示，本体110具有中心线110a，且此中心线110a垂直贯穿本体110的顶部111及底部113。在本实施例中，微结构141围绕中心线110a排列形成多个微结构列150。在一个例子中，如图1A至图1C所示，这些微结构列150为环状。而且，出光面140是由这些微结构列150互相接合而成。在其他例子中，这些微结构列150还可依据需求而设计成半环状或弧状。

要说明的是，图1A至图1C所示实施例的光学透镜100的出光面140由微结构列150拼接而成。在其他实施例中，出光面140还可有不同的结构设计。请参照图2，其示出依照本发明的第二实施方式的光学透镜的侧视图。图2所示的光学透镜200的结构与前述光学透镜100的结构大致上相同，差异仅在于光学透镜200的出光面240由数个环状的微结构列250以及光学面单元253接合而成。也就是说，在出光面240中，微结构列250为局部地设置，而未设置微结构列250的部分即为光学面单元253，由此微结构列250与光学面253单元可达到分层控制光线的行径路线的目的。

要说明的是，图2所示的微结构列250设置在靠近本体110的顶部111的位置并非用以限制本发明。在其他实施例中，微结构列250还可依据需求设置在靠近底部113的位置、或设置在顶部111与底部113之间的任何位置。此外，在一些实施例中，光学面单元253可具有固定斜率，但不以此为限制。

请参照图3，其示出依照本发明的第三实施方式的光学透镜的侧视图。图3所示的光学透镜300的结构与前述光学透镜200的结构大致上相同，且光学透镜300的出光面340同样是由微结构列350以及光学面单元353拼接而成，差异仅在于光学透镜300的微结构列350为半环状，由此同样可达到局部控制光线的行径路线的目的。

要说明的是，图3所示的微结构列350的形状、设置位置及数量并非用以限制本发明。在一些实施例中，微结构列350还可为弧状。在其他实 施例中，微结构列350可依据需求设置在本体110靠近顶部111或底部113的位置、或设置在顶部111与底部113之间的位置。

另请参照图4，其示出依照本发明的第四实施方式的光学透镜的侧视图。图4所示的光学透镜400的结构与前述光学透镜100的结构大致上相同，差异在于光学透镜400的微结构列450为条状。在本实施例中，微结构列450相对中心线110a呈放射状排列，且每一微结构列450从本体110的顶部111延伸至底部113。而且，光学透镜400的出光面440由这些条状的微结构列450互相接合而成，由此可达到控制光线的行径路线的目的。

要说明的是，图4所示实施例的光学透镜400的出光面440由微结构列450拼接而成。在其他实施例中，出光面440还可有不同的结构设计。请参照图5，其示出依照本发明的第五实施方式的光学透镜的侧视图。图5所示的光学透镜500的结构与前述光学透镜400的结构大致上相同，差异仅在于光学透镜500的出光面540由数个条状的微结构列550以及光学面单元553接合而成。也就是说，在出光面540中，微结构列550局部地设置，而未设置微结构列550的部分即为光学面单元553，由此出光面540可达到局部控制光线的行径路线的目的。

要说明的是，在图5所示的实施例中，光学透镜500的微结构列550的两端分别连接本体110的顶部111及底部113。在其他实施例中，光学透镜500的微结构列550的两端可不与顶部111及底部113连接。或在一些实施例中，微结构列550的一端可连接顶部111，另一端不与底部113连接。同样地，在其他实施例中，微结构列550的一端可连接底部113，另一端则不与顶部111连接。

另请参照图6A，其示出依照本发明的第六实施方式的光学透镜的侧视图。光学透镜600同样包含本体610、入光面620、反射面630以及出光面640。在本实施例中，本体610为阶梯状结构，其具有第一区段S1、第二区段S2、第三区段S3以及第四区段S4。出光面640由数个环状的微结构列650以及光学面单元653接合而成，由此可达到分层控制光线的目的。

在图6A所示实施例中，光学面单元653设置在第一区段S1，微结构列650分别设置在第二区段S2、第三区段S3以及第四区段S4。而且，微结构列650的尺寸以及形状可分别依据第二区段S2、第三区段S3以及第四区段S4的尺寸来设计。要说明的是，本实施例的微结构列650为环状并非用以限制本发明，在其他实施例中，微结构列650的形状可依据需求而设计成半环状、弧状或条状。此外，本体610的形状、各区段的数量或是微结构列650与光学面单元653的设置位置均可依据需求而调整。

请同时参照图6A及图6B，图6B示出依照本发明的第六实施方式的光学透镜的光学路径示意图。要说明的是，为清楚表示光学透镜的光学路径，图6B的光学透镜600将微结构列650的细节简化。如图6B所示，光源660主要设置在本体610的入光空间613a的下方。由此，光源660所产生的光线可从入光面620进入本体610中而可被反射面630反射，进而从出光面640出光。当光线在经过这些微结构列650以及光学面单元653而出光时，这些微结构列650以及光学面单元653可分别折射光线，进而使光线在出光时可具有不同的行径方向，以达到增加光照范围以及均匀化光线的目的。

请同时参照图6B及图7，图7示出依照本发明的一个实施方式的背光模块的装置示意图。本实施方式的背光模块700包含背板710、反射片720、光学板730、至少一个光源740以及至少一个光学透镜600。要说明的是，本实施方式以光学透镜600作为示例，其他实施方式的光学透镜也可应用在该背光模块700中。在一些实施例中，背光模块700可为直下式背光模块，且前述光学板730可为扩散板。在其他实施例中，背光模块700还可为侧入光式背光模块，前述光学板730则为导光板。

请继续参照图7，光源740设置在背板710上，且光源740包含电路板740a以及设置在电路板740a上的至少一个发光单元740b。光学透镜600的数量与发光单元740b的数量相对应，且光学透镜600对应地设置在发光单元740b上方。在一些实施例中，光学透镜600的底部可设有接脚670。因此，光学透镜600可透过接脚670设置在电路板740a上，并在光学透镜600与电路板740a之间形成容置空间670a。由此，发光单元740b 可设置在该容置空间670a中，并且位于光学透镜600的入光面620的下方。

如图7所示，反射片720具有多个穿孔720a。因此，反射片720可透过穿孔720a而套设在光学透镜600上。光学板730设置在反射片720的上方，且具有第一面730a与第二面730b。其中，第一面730a为入光面，第二面730b为出光面。由此，光源740提供的光线从光学透镜600的入光面620进入本体610中，并经反射面630反射后，由出光面640出光。当光线从光学透镜600的出光面640出光后，一部分的光线可直接从光学板730的第一面730a进入光学板730，而由第二面730b射出，另一部分的光线则先经由反射片720反射后再从光学板730射出。根据前述可知，光线在经过光学透镜600反射及折射后，可产生较大的出光角。因此，当光源740的数量减少而使两相邻的光源740的间距加大时，光源740所产生的光线仍可在其间的区域混光，由此可减小背光模块700的厚度以及重量，并且维持背光模块700的出光均匀度。

另外，请同时参照图8，其示出依照本发明的一个实施方式的显示设备的装置示意图。本实施方式的显示设备800包含背光模块700以及显示面板810。如图8所示，显示面板810设置在背光模块700的光学板730上方，且经由光学板730的第二面730b出光的光线可射入显示面板810中，并可达到与前述相同的目的。

由上述本发明实施方式可知，本发明的光学透镜利用具有不同法线延伸方向的微结构相互接合以作为出光面，可调整光线从光学透镜射出的行径方向，以达到控制出光角度的目的。此外，通过改变各微结构的排列方式、尺寸或形状，也可达到局部调整光线的行径方向的目的。由此，可减少应用在背光模块与显示设备中的光学透镜的数量以及整体厚度，并可提升背光模块与显示设备的出光均匀度。另一方面，本发明的入光面与反射面可设计成具有固定斜率的斜面，因此可简化光学透镜的制造难度，进而可提升光学透镜的成型精度。

虽然本发明已经以实施方式进行如上公开，但是其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，应当可作各种 更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求书所界定的为准。

符号说明

100 光学透镜

110 本体

110a 中心线

111 顶部

113 底部

113a 入光空间

120 入光面

130 反射面

140 出光面

141 微结构

141a 法线

150 微结构列

160 光源

200 光学透镜

240 出光面

250 微结构列

253 光学面单元

300 光学透镜

340 出光面

350 微结构列

353 光学面单元

400 光学透镜

440 出光面

450 微结构列

500 光学透镜

540 出光面

550 微结构列

553 光学面单元

600 光学透镜

610 本体

613a 入光空间

620 入光面

630 反射面

640 出光面

650 微结构列

653 光学面单元

660 光源

670 接脚

670a 容置空间

700 背光模块

710 背板

720 反射片

720a 穿孔

730 光学板

730a 第一面

730b 第二面

740 光源

740a 电路板

740b 发光单元

800 显示设备

810 显示面板

S1 第一区段

S2 第二区段

S3 第三区段

S4 第四区段