专利名称：光源单元及背光模块的制作方法
技术领域：
本实用新型是涉及一种光源单元及背光模块，且特别涉及一种具有锥形凹面的光 源单元及背光模块。
背景技术：
公知的光源单元，其输出的光强度分布较为集中，且其角落的光强度较低。在公知 的光源单元中的控光元件，为求其表面曲面能够连续接合，其外形存在着许多限制，也间接 造成公知的光源单元，其输出的光形无法为矩形。使用多个阵列排列的公知光源单元所组成的光源，当公知光源单元间距离较远时 会有均勻性不佳的问题。此问题在光源中的各公知光源单元的共同的角落处最为严重。此 外，利用多个阵列排列的公知光源单元所组成的光源当作背光源的背光模块亦有均勻性不 佳的问题。另外，美国专利第7621657号揭露一种光通量元件，其具有半圆形凹陷以及出光 面，此光通量元件可使发光元件的发光角度增加。中国台湾专利公开第200827617号的揭 露透镜罩用以覆盖发光二极管。中国台湾专利第1319629号揭露发光二极管模块包括基 材、多个发光二极管与多个透镜，透镜各具有上凸面的曲面与凹槽，且透镜的曲面对应发光
二极管。中国台湾专利第M278907号揭露透镜体具有弧形入光面及弧形出光面，透明体可 增大发光二极管的出光范围并提升其照射均勻度。中国台湾专利第1315413号揭露背光 模块，包含光导板、发光元件、扩散板以及光束成形板。中国台湾专利公开第201001026号 揭露导光部件具有透镜部和在透镜部周围形成而具有平面正方形外形的锷部。中国台湾专 利公开第200632430号揭露发光元件组合体具备光取出透镜与发光元件。中国台湾专利第 1323809号揭露一种背光模块，包含光学膜片以及多个透镜。
实用新型内容本实用新型提供一种光源单元，此光源单元提供的照明较为均勻。本实用新型提供一种背光模块，此背光模块可提供较均勻的照明。本实用新型的其它目的和优点可以从本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种光 源单元，包括发光元件以及控光元件。控光元件具有相对的第一表面及第二表面，其中第二 表面朝向发光元件。控光元件包括多个凸透镜面以及锥形凹面。多个凸透镜面设于第一表 面。锥形凹面设于第二表面。本实用新型的另一实施例提出一种背光模块，包括多个光源单元以及扩散板。每 一光源单元包括发光元件以及控光元件。控光元件具有相对的第一表面及第二表面，其中 第二表面朝向发光元件。控光元件包括多个凸透镜面以及锥形凹面。多个凸透镜面设于第一表面。锥形凹面设于第二表面。扩散板配置于光源单元上方，其中每一控光元件配置于 对应的发光元件与扩散板之间。本实用新型的实施例可具有下列优点或功效的至少其一。在本实用新型的实施例 的光源单元中，通过锥形凹面可使发光元件所发出的光束更均勻地传递至控光元件的第一 表面上的多个凸透镜面中，进而使得此光源单元所提供的照明较为均勻。此外，利用此光源 单元的背光模块亦可提供较均勻的照明。为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图 作详细说明如下。
图1为本实用新型的实施例的光源单元立体示意图。图2以及图5为图1的光源单元沿着A-A’线的剖面示意图。图3为图2的光源单元局部剖面示意图。图4为本实用新型的实施例的θ工与θ 2间对应关系示意图。图6为本实用新型的实施例的凸透镜面配置示意图。图7Α、图8Α为本实用新型的实施例的光源单元光形示意图。图7Β、图8Β为对照组光源单元光形示意图。图7C、图8C、图8D为本实用新型的实施例的光源单元与对照组光源单元光强分布 示意图。图9Α为本实用新型的实施例的光强分布示意图。图9Β为对照组光源单元光强分布示意图。图10为本实用新型的实施例的背光模块剖面示意图。
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的优 选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。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 实用新型。图1为本实用新型的实施例的光源单元的立体示意图，而图2为图1的光源单元 沿着Α-Α’线的剖面示意图。请参照图1及图2，本实施例的光源单元100包括发光元件110 以及控光元件120。控光元件120具有相对的第一表面S1以及第二表面&，其中第二表面 &朝向发光元件110。控光元件120包括多个凸透镜面122及锥形凹面124。在本实施例中，控光元件 120还包括环绕锥形凹面124的入光底面126以及环绕入光底面1 及锥形凹面124的全 反射面128。多个凸透镜面122设于第一表面S1，锥形凹面IM设于第二表面&。在本实 施例中，锥形凹面1 的底部设有平面IMa，然而，在其它实施例中，锥形凹面1 的底部亦 可呈尖形凹陷，或者锥形凹面124的底部亦可设有圆滑形凹陷，但本实用新型并不以此为 限。本实施例的发光元件110例如为发光二极管。然而，在其它实施例中，发光元件110亦 可以是其它适当的发光元件。控光元件120的材质例如为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸脂(polycarbonate，PC)、玻璃，但本实用新型并不以此为限。图3为图2的光源单元局部剖面示意图。请参照图3，在本实施例中，发光元件110 朝向控光元件120的第二表面&发出光束L。发光元件110的光轴例如为ζ轴。在本实施 例中，锥形凹面IM相对于发光元件110的光轴(ζ轴)实质上为轴对称，即为圆对称。然 而，在其它实施例中，锥形凹面1 亦可以呈椭圆对称或其它形状。在本实施例中，锥形凹面IM可通过连接部124b与入光底面1 连接。在本实施 例中，光束L与光轴(ζ轴)所夹的锐角称为Q1，光束L经过锥形凹面IM后与光轴(ζ轴) 所夹的锐角称为θ2。其中，传递至锥形凹面124的光束与光轴(ζ轴)所夹的锐角91大 于0小于等于ω” Co1为光轴(ζ轴)与传递至锥形凹面IM与连接部124b交界的光线所 夹的锐角。然而，在其它实施例中，当锥形凹面1 直接与入光底面1 连接而不通过连接 部124b连接时，Co1所指的即为光轴(ζ轴)与传递至锥形凹面IM与入光底面1 交界的 光线所夹的锐角。Q1可依使用需求而作调整，且0° < ωι<90°。在本实施例中，9工与 θ 2间的对应关系可依实际的需求而作适当的设定。举例而言，当欲将发光元件110所发出 的大部分的光束以较大的角度且较均勻地传递至第一表面S1时，9工与θ 2间的对应关系可 设定为图4中所示的递增函数92 = ^91)，其中€(01)的斜率随着Q1变大而递减。请参照图3，依据司乃耳定律(Snell’ s law)可推导出本实施例的锥形凹面IM 与垂直于发光元件的光轴(ζ轴)的平面(χ-y平面)所夹的锐角β与θ工间的关系式，推 导如下行进方向与光轴(ζ轴)夹锐角Q1的光束L传递到锥形凹面124，此光束L与锥形 凹面IM的法线所夹的锐角为(θ + α )，此光束L通过锥形凹面IM后其行进方向与锥形凹 面124的法线所夹的锐角为θ。若光源单元100置于空气中，空气的折射率为1，控光元件 的折射率为η，则依据司乃耳定律(Snell’ s law)可得式(1)nXsin θ = Sin( θ+α )，其中 α = θ 2-θ 丄(1)，由式(1)可推导出式O)
权利要求1.一种光源单元，包括发光元件，以及控光元件，具有相对的第一表面及第二表面，其中所述第二表面朝向所述发光元件，且 所述控光元件包括多个凸透镜面，设于所述第一表面；以及锥形凹面，设于所述第二表面。
2.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述锥形凹面相对于所述发光元件的光轴实 质上为轴对称。
3.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述发光元件适于朝向所述第二表面发出光 束，所述锥形凹面相对于垂直于所述发光元件的光轴的平面所夹的锐角为β (Q1)，其中 θ ！为所述光束中的光线入射所述锥形凹面的方向与所述光束的光轴所夹的锐角，且所述 锥形凹面符合
4.如权利要求3所述的光源单元，其中，f(Q1)的斜率随着Q1变大而递减。
5.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述发光元件适于发出光束，且所述控光元件 还包括入光底面，环绕所述锥形凹面；以及全反射面，环绕所述入光底面及所述锥形凹面，其中所述光束中穿透所述入光底面的 光线适于被所述全反射面全反射至所述第一表面。
6.如权利要求5所述的光源单元，其中，所述全反射面相对于垂直于所述发光元件的 光轴的平面所夹的锐角为Y (Q1)，其中Q1为所述光束中的光线入射所述入光底面的方向 与所述光束的光轴所夹的锐角，且所述全反射面符合
7.如权利要求6所述的光源单元，其中，所述入光底面实质上垂直于所述发光元件的 所述光轴。
8.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个凸透镜面环绕所述发光元件的光轴配置。
9.如权利要求8所述的光源单元，其中，所述多个凸透镜面各为球面凸透镜面。
10.如权利要求9所述的光源单元，其中，每一所述凸透镜面在垂直于所述发光元件的 所述光轴的参考平面上的正投影实质上为矩形，所述发光元件的所述光轴与所述参考平面 的交点实质上落在所述矩形的角落上，当将所述矩形划分为排成2X2阵列的四个矩形区 域时，所述凸透镜面的曲率中心在所述参考平面上的正投影落在所述四个矩形区域中的远离所述角落且与所述角落在所述矩形的同一对角线上的矩形区域中。
11.如权利要求1所述的光源单元，其中，所述多个凸透镜面各为非球面凸透镜面。
12.一种背光模块，包括多个光源单元，每一所述光源单元包括发光元件，以及控光元件，具有相对的第一表面及第二表面，其中所述第二表面朝向所述发光元件，且 所述控光元件包括多个凸透镜面，设于所述第一表面；以及锥形凹面，设于所述第二表面。扩散板，配置于所述多个光源单元上方，其中每一所述控光元件配置于对应的所述发 光元件与所述扩散板之间。
13.如权利要求12所述的背光模块，还包括反射单元，配置于所述多个光源单元下方。
14.如权利要求12所述的背光模块，其中，所述多个光源单元在所述扩散板下方排成 阵列。
15.如权利要求12所述的背光模块，其中，所述锥形凹面相对于所述发光元件的光轴 实质上为轴对称。
16.如权利要求12所述的背光模块，其中，所述发光元件适于朝向所述第二表面发出 光束，所述锥形凹面相对于垂直于所述发光元件的光轴的平面所夹的锐角为β (Q1)，其中 θ ！为所述光束中的光线入射所述锥形凹面的方向与所述光束的光轴所夹的锐角，且所述 锥形凹面符合β(θι) = αηu^1/ l/ +/(Q1)^n-Cosif(Ql)-Ql))其中，η为所述控光元件的折射率，且f (Q1)为递增函数，且f (Q1)为对应至Q1的所 述光束中的所述光线在经由所述锥形凹面进入所述控光元件后的折射方向与所述光束的 光轴所夹的锐角。
17.如权利要求16所述的背光模块，其中，f(θ》的斜率随着Q1变大而递减。
18.如权利要求12所述的背光模块，其中，所述发光元件适于发出光束，且所述控光元 件还包括入光底面，环绕所述锥形凹面；以及全反射面，环绕所述入光底面及所述锥形凹面，其中所述光束中穿透所述入光底面的 光线适于被所述全反射面全反射至所述第一表面。
19.如权利要求12所述的光源单元，其中，所述多个凸透镜面环绕所述发光元件的光 轴配置。
20.如权利要求12所述的背光模块，还包括光学膜片组，配置于所述扩散板上，其中， 所述光学膜片组包括增亮膜、双重亮度增亮膜、微透镜阵列膜及柱状透镜阵列膜之至少其
专利摘要一种光源单元，包括发光元件以及控光元件。控光元件具有相对的第一表面及第二表面，其中第二表面朝向发光元件。控光元件包括多个凸透镜面以及锥形凹面。多个凸透镜面设于第一表面。锥形凹面设于第二表面。一种背光模块亦被提出。
文档编号F21V7/00GK201844310SQ20102056785
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月11日 优先权日2010年10月11日
发明者蔡汉文, 郭铭丰 申请人:中强光电股份有限公司