光控制镜片及其光源装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种光控制镜片及其光源装置，所述光源装置包括所述光控制镜片及发光二极管。光控制镜片包含光出射面、光入射面与全反射斜面。光入射面与全反射斜面是于光出射面的对侧。全反射斜面是于光入射面的外围侧，其与垂直于镜片的光轴的平面间具有小于45度的夹角α。光出射面为非球面，其有效半径大于自光出射面的任一点沿光轴方向至通过入射原点的水平面的距离。其中，光束经由光入射面进入光控制镜片并射至光出射面，且来自光出射面的一反射光束于全反射斜面被全反射而离开光控制镜片。由此，提高光发散角度、光利用率与光型的照度均匀性。
【专利说明】光控制镜片及其光源装置
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种镜片及其光源装置，尤其是关于一种适用于以发光二极管为光源的各类照明装置的光控制镜片及其光源装置。
【背景技术】
[0002]液晶显示器是广泛地应用于电视、笔记型电脑、平版型电脑及手机等具有显示功能的电子产品上。于液晶显示器中，已知可采用冷阴极萤光灯(CCFL)、场效发光器(EL)与发光二极管(Light-Emitting Diode, LED)等可见光源来作为其背光源。近年来，由于LED光源具有光亮度均匀、使用寿命长、体积自由度大、低电压(或交流)驱动、不需要逆变器及色域宽广等的优点，使得LED光源渐渐取代传统的冷阴极萤光灯而成为主流的趋势。
[0003]LED背光装置通常包括多个LED阵列以提供IXD面板照明。为使显示器受光均匀，于现有技术中，主要通过改良覆盖于LED光源上的光控制镜片，通过镜片的折射率及面型以均匀分配LED的光束。因此，现今采用LED做为背光源的显示器中，如何改善光控制镜片以增进LED背光源的光亮度均匀性或加大光分布范围，则为主要的改善重点，例如US7348723、US7963680、US7621657US7798679、US7866844、US7766530、US20090116245、US7474475 及 US7746565。
[0004]由于LED晶片的光强度(单位为Candela)在光轴处最强，且愈远离光轴的光强度将愈弱，因此于现有技术中，往往通过增加光出射面与光入射面的折射能力以减小其近轴处的光强度，并将光强度补偿至远轴区域以增加光均匀度；然而，如此一来将导致光束于光出射面发生菲涅尔反射现象，而造成光通量降低的副作用。因此，需要设计一光控制镜片，其不但可均匀分配光束，亦可增加LED的光利用率，以解决现有技术中，光出射面发生部分反射而造成光损失的问题。
【发明内容】
[0005]本发明主要目的在于提供一种光控制镜片及其光源装置，以增加光源装置的光利用率并可适当补偿远轴方向的光强度，进而形成更均匀且光发散角度(emission angle)大于120°的光型。
[0006]为达成上述的目的，本发明提出一种光控制镜片，其包含一光出射面、一光入射面及一全反射斜面。光出射面为一非球面且满足式(I):0≤REK/RE≤0.5。其中，Rek为光出射面的一至高点沿着垂直于光控制镜片的光轴方向至光轴的距离；Re为光出射面的有效半径。光入射面是与光出射面相对，且构成具有一开口的一凹穴。其中，设光入射面所构成的凹穴的开口的中心为一入射原点，设LI为自入射原点至光入射面上任一点的距离，设入射原点至光入射面上任一点的连线与所述光轴的夹角为Θ，则在至少Ji /18< Θ <2 Ji /9的范围内，随着Θ渐增，LI将渐减。全反射斜面是与光出射面相对并设置于光入射面的外围侧，其与垂直于光轴的平面间具有小于45度的夹角α。其中，光出射面的有效半径大于自光出射面的任一点沿光轴方向至通过入射原点且垂直于光轴的平面的距离。其中，一光束是经由光入射面进入光控制镜片并射至光出射面，且来自光出射面的一反射光束于全反射斜面被全反射而再度射至光出射面并离开光控制镜片。
[0007]较佳地，光控制镜片的光入射面可对称于光轴并包含一第一光学作用区及一第二光学作用区。第一光学作用区是设置于光入射面的中央，第二光学作用区是连接第一光学作用区的外围。第一光学作用区与第二光学作用区之间具有一光程变化点，所述光程变化点至入射原点的连线与光轴间具有夹角Qcitj光程变化点满足式(2):
0.71≥cos Qtl≥0.51。其中，当Θ < 0(|时，随着Θ渐大，LI将渐减；当Θ ^ Qtl时，随着Θ渐大，LI将单调地渐增。由此,可增加光入射面的折射能力以减小自其光入射面入射的发光体的近轴方向的光强度，并将光束偏折补偿至远轴方向以均匀分配发光体的光通量。
[0008]较佳地，光控制镜片除了满足式(I)及式(2)的条件外，可更满足以下式(3)，其中，Θ e为光出射面与光轴的交点至光出射面的至高点的连线与光轴的夹角；Θ k为光入射面与光轴的交点至光程变化点的连线与光轴的夹角。由此，使得本发明的光控制镜片可进一步地具有适当的屈折力，并控制近轴光束的密度，使得与其组合的光源装置所发出光型的中央暗区的直径为较适当的大小，以增进光源装置的均光性。
【权利要求】
1.一种光控制镜片，其特征在于，包含: 一光出射面，为一非球面且满足以下条件:
O ≤Ree/Re ≤ 0.5 ； 其中，Rek为所述光出射面的一至高点沿着垂直于所述光控制镜片的光轴方向至所述光轴的距离；Re为所述光出射面的有效半径； 一光入射面，是与所述光出射面相对，所述光入射面是构成具有一开口的一凹穴，且满足以下条件: 设所述光入射面所构成的所述凹穴的所述开口的中心为一入射原点，设LI为自所述入射原点至所述光入射面上任一点的距离，设所述入射原点至所述光入射面上任一点的连线与所述光轴的夹角为Θ，则在至少/18< Θ <2 31 /9的范围内，随着Θ渐增，LI将渐减； 一全反射斜面，是与所述光出射面相对并设置于所述光入射面的外围侧，所述全反射斜面与垂直于所述光轴的平面间具有一夹角α，所述夹角α是小于45度； 其中，所述光出射面的有效半径大于自所述光出射面的任一点沿所述光轴方向至通过所述入射原点且垂直于所述光轴的平面的距离； 其中，一光束经由所述光入射面进入所述光控制镜片并射至所述光出射面，且来自所述光出射面的一反射光束于所述全反射斜面被全反射而再度射至所述光出射面并离开所述光控制镜片。
2.根据权利要求1所述的光控制镜片，其特征在于，所述光控制镜片的所述光入射面是对称于所述光轴并包含一第一光学作用区及一第二光学作用区；所述第一光学作用区设置于所述光入射面的中央，所述第二光学作用区连接所述第一光学作用区的外围，所述第一光学作用区与所述第二光学作用区之间具有一光程变化点，所述光程变化点至所述入射原点的连线与所述光轴间具有夹角Θ ^ ;且所述光程变化点满足以下条件:
0.71 ≥ cos Θ 0 ≥ 0.51 ； 其中，当θ < Θ。时，随着Θ渐大，LI将渐减；当Θ ^ Θ。时，随着Θ渐大，LI将单调地渐增。
3.根据权利要求2所述的光控制镜片，其特征在于，更满足以下条件:
4.根据权利要求1所述的光控制镜片，其特征在于，所述光控制镜片的所述光入射面包含一第一光学作用区及一第二光学作用区；所述第一光学作用区是设置于所述光入射面的中央并具有一入射凹陷部；所述第二光学作用区连接所述第一光学作用区的外围；所述第一光学作用区与所述第二光学作用区的邻接点为一光程变化点，所述光程变化点至所述入射原点的连线与所述光轴间具有夹角Θ ^ ;且所述光入射面满足以下条件:
5.根据权利要求4所述的光控制镜片，其特征在于，于所述光入射面的所述第一光学作用区中，随着所述入射原点至所述第一光学作用区上任一点的连线与所述光轴的夹角渐增，所述第一光学作用区的任一点切线斜率将先平滑地渐增而后平滑地渐减。
6.根据权利要求1所述的光控制镜片，其特征在于，所述光控制镜片的所述光出射面更包括一出射凹陷部及一凸起部，所述出射凹陷部是位于所述光出射面的中央，所述凸起部是连接于所述出射凹陷部的外围且满足以下条件:
O < Reo ≤ 0.01mm 其中，Reo为所述光出射面的非球面顶点的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的光控制镜片，其特征在于，更包括至少一脚部，所述脚部满足以下条件: 20° < β ≤ 50° 其中，β为所述光控制镜片的中心剖面中，沿着所述脚部的内侧面方向至所述光出射面的交点与所述入射原点的一连线及所述光轴之间的夹角。
8.根据权利要求7所述的光控制镜片，其特征在于，所述脚部更满足以下条件: 51° < Y ≤ 75° 其中，Y为所述光控制镜片的中心剖面中，沿着所述脚部的外侧面方向至所述光出射面的交点与所述入射原点的一连线及所述光轴之间的夹角。
9.根据权利要求8所述的光控制镜片，其特征在于，所述脚部更具有一锥状凹部，用以使来自所述光出射面的所述反射光束于所述锥状凹部的表面被全反射。
10.根据权利要求1所述的光控制镜片，其特征在于，更包括一底表面，所述底表面是与所述光出射面相对并自所述光入射面延伸出且与所述全反射斜面相接。
11.根据权利要求1所述的光控制镜片，其特征在于，更具有一光源固定部，所述光源固定部连接于所述光入射面的外围且提供一容置空间以固定一光源。
12.一种光源装置，其特征在于，包含: 一光控制镜片，其是根据权利要求1至11的任一项所述的光控制镜片；及 一发光二极管，是用以发射一光束，所述发光二极管具有一发光面，所述发光面是与所述光控制镜片的所述光入射面对应地设置。
13.根据权利要求12所述的光源装置，其特征在于，所述发光二极管包括单一发光二极管晶片，其形状为正方形、长方形或多边形。
14.根据权利要求12所述的光源装置，其特征在于，所述发光二极管包括二个发光二极管晶片，且所述二个发光二极管晶片的间距与所述发光面的直径的比值是介于0.04至0.9之间。
【文档编号】F21V14/06GK103511987SQ201210382471
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】王智鹏, 陈皇昌, 涂智信 申请人:一品光学工业股份有限公司