CN100388080C - 发光装置 - Google Patents

Abstract

一种发光装置，包括一具有散射表面的空腔、一光源、一光分散装置、及至少一具有波纹阵列的光学调整表面，光分散装置及光学调整表面可以将光源所产生的光线均匀分散于空腔内，并借由散射表面将大多数光线导引至空腔外。此光分散装置包括一翼状凸出部、一入光面、一远离入光面的凹口、及一光学调整表面，包括一波纹状阵列，此波纹状阵列具有一波前方向。

Description

发光装置

技术领域

本发明关于一种发光装置，特别是关于一种具光分散装置的平面发光装置。

背景技术

液晶显示器等的平面显示装置属于非自发光式显示器，因此，需要借由另一装置提供光源，此等光源通常称为背光模块(Backlight)。背光模块一般可区分为二种形式：直下光源式(Direct Light Type)及侧向光源式(EdgeLight Type)；传统的直下光源式背光模块的组件包括诸如冷阴极管之类的灯管、扩散片、棱镜片等组件，然而，为了使光线能够均匀地分散以提供液晶显示器适当的光源，必须借由精确控制各个光源的间距以及光源与扩散片、棱镜片间的距离以避免照度分布不均匀。而侧向光源式背光模块的组件除了上述直下光源式背光模块的组件外还需加上一导光板，使其光线能扩散开来，然而该侧向光源式背光模块仍然存在照度分布不均匀的问题。除此之外，上述两种背光模块所构成的组件过于复杂，在制造成本及组件复杂度上亦是一问题所在。

为了克服上述的问题，在美国专利第6,598,998号中，公开一种侧边发光二极管，其包括一发光二极管及一透镜，由该发光二极管射出的光线，借由透镜导向为水平侧向光。然而为有效将发光二极管发出的光重新导向为水平侧向光，该透镜包括两个部分，一锯齿状透镜部分及一漏斗型透镜部分，使得整体透镜具有厚度较厚的缺点；同时由于其封装方式除了发光二极管本身的封装外，在每一个发光二极管上皆需额外加装透镜，整个封装制作工艺复杂且封装成本高，并且，出光效率将因该透镜而降低，一般来说，此降低程度将达10％以上。

另外，在美国专利第6,582,103号中公开一种光源装置，其包括一具有反射表面的空腔及一出光区域；其中空腔内部至少包括一光源装置，光源装置包括一点光源及分光装置(Diverter)，借由分光装置，将自点光源射出的光线导为水平方向射出或向下射至具有反射表面的空腔，以增加亮度及混光效果；该出光区域包括一扩散板；该专利虽然改善部分背光模块照度不均的缺点，然而每一个点光源除自身的封装外皆需额外加装一个分光装置，整个封装制作工艺复杂且封装成本高；同时，因每一个点光源具有独立的导光装置，易造成光点，需增加整个背光模块的厚度以提升混光效果，且亮度会随着与点光源之间的距离增加而衰减，所以点光源在空间上的排列必须经严格控制与调整才能维持整个背光模块的亮度均匀性。

以上专利所公开的技艺具有共同特色，即点光源除自身发光二极管封装外，每一个点光源都需各自加装透镜或者各自加装导光装置，产生五个问题点，(1)制作工艺复杂；(2)封装成本高；(3)背光模块厚度厚；(4)不易控制整个背光模块的亮度均匀性；(5)出光效率差。

发明内容

鉴于传统技术的问题，本发明公开一种发光装置，包括一空腔，具有一散射表面及一出光区域；一光源，可以发出光线；一光分散装置，设置于该空腔内且具有一翼状凸出部、一入光面及一凹口，该凹口远离该入光面且用以大体上导引该光线朝向该翼状凸出部；及一第一光学调整表面，位于该光线的一路径上且具有一第一波纹状阵列。其中，该散射表面大体上为一朗伯表面(Lambertian Surface)。该光源可以为一点状光源或一半导体发光装置，且该光源不限于单一光源，更可以包括多个发光装置，且至少二个该多个发光装置所发出的该光线具有相异色彩。借由该多个发光装置的组合或单一的光源形成白色光。而且凹槽的形状近似为V型或U型。

本发明的发光装置还包括一光学膜片，具有相对的一第一表面及一第二表面，且该第一光学调整表面形成于该第一表面上。此外，光学膜片还包括一第二光学调整表面，形成于该第二表面上，该第二光学调整表面具有一第二波纹状阵列，且该第二波纹状阵列与该第一波纹状阵列的阵列方向相异。且该光学膜片覆盖于该出光区域上，而该第一光学调整表面系形成于该入光面上或形成于该光分散装置中。

本发明的发光装置还包括一光收集组件，介于该光源及该光分散装置之间并用以收集光源所产生的光线，且该第一光学调整表面形成于该光收集组件上，其中该第一光学调整表面可以面向该光源或面向该光分散装置。此外，该光收集组件包括一凹槽，用以容置该光源。再者，本发明的发光装置还包括一光传输组件，将该光线传输至该光分散装置，该光传输组件优选地为一光纤。

附图说明

图1a为一本发明实施例的一发光装置的示意图；

图1b为一本发明实施例的一发光装置中光分散装置的放大图；

图2a为本发明另一实施例的一发光装置的示意图；

图2b为本发明另一实施例的一发光装置中光学膜片的放大图；

图3a及图3b为本发明又一实施例的一发光装置的示意图；

图4a～图4c为本发明一实施例的波纹状阵列与光源的配置示意图；及

图5为本发明另一实施例的发光装置的结构示意图。

组件代表符号简单说明

1   发光装置

10  空腔

101 散射表面

102 出光区域

11  光源

12  光分散装置

121 翼状突出部

122 凹口

123 入光面

124 长度方向

13  第一光学调整表面

131 第一波纹状阵列

14  第二光学调整表面

141 第二波纹状阵列

15  光学膜片

151 第一表面

152 第二表面

16  光收集组件

161 凹槽

17  光传输组件

18  光形

19  凹穴

191 反射面

具体实施方式

第一实施例

请参阅图1a及图1b。图1a为一本发明实施例的一发光装置的示意图。发光装置1包括空腔10、光源11、光分散装置12、及第一光学调整表面13。其中，空腔10包括散射表面101及出光区域102，散射表面101分布于空腔10的内侧；光源11提供照明予发光装置1；光分散装置12将光源11所产生的光线分散以产生均匀的照明效果。

光源11所产生的光线(未示出)照射于散射表面101上时将被散射而使光线得以均匀地分散。优选地，散射表面101近似为一朗伯表面(Lambertian Surface)。观测者于任意角度观测经朗伯表面散射后的光线强度均相同，因此经朗伯表面散射后的光线，观察者将无法观察到光线的原始光形，亦即光线将均匀地朝四周射出。然而，散射表面101亦可以由反射表面所取代。空腔10系由构成发光装置1的外壳或其它用以容置发光装置1内组件的结构所形成的空间，此等外壳或结构如：背光模块的背盖或框架等。

光源11由单一发光装置或二个以上的发光装置所构成，此发光装置具有单一色光或相异色光，借由相异色光的组合可以产生各式各样色彩的光线。优选地，光源11系由红、蓝、绿三原色所构成，由三原色可以搭配出大多数色彩的光线亦可以产生白光。光源11可以为点状光源、线状光源或面光源，诸如：发光二极管(Light Emitting Diode；LED)、激光二极管(LaserDiode；LD)、冷阴极射线管(Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL)、卤素灯(Halogen Hulb)、有机发光二极管(Organic Lighting Emitting Diode；OLED)等。将光源11适当地配置于光分散装置12之下，借由调整光源11与光分散装置12的距离以及各个光源11的间距以产生均匀的色光。

如图1b所示，图1b为一本发明实施例的一光分散装置的放大图，光分散装置12具有翼状突出部121、凹口122及入光面123，且光分散装置12朝一长度方向124延伸，凹口122位于远离入光面123的位置，优选地，凹口122位于入光面123的相对侧；第一光学调整表面13上具有第一波纹状阵列131，借由第一波纹状阵列131可以使光线更均匀地分散以避免发光装置1产生显著的光点或显现未均匀混合的色光。光线由入光面123射入光分散装置12后，部分光线于凹口122处经全内反射(Total Internal Relection)而射向凹口的两侧，亦即，射向异状突出部121的方向；部分光线于凹口122处直接射出，且由于光分散装置12与外界光介质(Optical Medium)的折射系数的差异而产生折射的效果，但由于部份光线于凹口122处遭全反射而射向翼状突出部121的方向使得由凹口122直接射出的光量减少，如此可以避免光源11所产生的光线由凹口强烈地射出而造成局部光点的现象，优选地，凹口122的形状近似为V型或U型。经由凹口122导引至翼状突出部121的光线或其它射向翼状突出部121的光线于翼状突出部121处经折射、反射或直接射出光分散装置12而达到光分散的效果，例如光线于一特定角度入射至光分散装置12之中将于翼状突出部121内经数次全内反射而逐渐混合最终获得一较均匀的色光而射出光分散装置12之外。此外，光线经由入光面123进入光分散装置12之中，入光面123并不以平面为限，亦可以为凹型或其它有利于光线接收的形状。

本发明中除使用光分散装置12以分散光线外，还使用第一光学调整表面13以分散光线。如图1b所示，第一光学调整表面13具有第一波纹状阵列131，在本实施例中第一光学调整表面13及第一波纹状阵列131形成于光分散装置12的入光面123上。第一波纹状阵列131是在第一光学调整表面13上所形成的如波浪状的表面，且此波浪状的表面具有一固定的波浪的方向，亦即第一波纹状阵列131的阵列方向，第一波纹状阵列131可以为数个微小透镜的组合，当光线经过第一光学调整表面13时将为第一波纹状阵列131上的微小透镜导引而形成较均匀的光柱再射入光分散装置12，因此，可以将来自光源11的光线模糊而避免了局部的光点使得光分散装置12所产生的色光更加均匀。为使得第一波纹状阵列131具有优选的散光效果，透镜的直径约为50～60μm。当第一波纹状阵列131为连续波浪状时，连续二个波峰或波谷的距离约为100～120μm。

此外，第一光学调整表面13亦可以设置于光分散装置12之中，其借由结合二个折射系数不同的材料，并于此二个透光材料的结合面上形成波纹状阵列以达到上述的分光效果。第一波纹状阵列131并不限于设置于入光面123上，亦可以设置于翼状凸出部121或/及凹口122上，亦即光线所行经的路径上都可以设置第一波纹状阵列131。

其中光分散装置12的材料为丙烯酸树脂(Acrylic Resin)、环烯烃聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、硅胶(Silicone)、上述材料的组合、或其它透光材料。

第二实施例

请参阅第2a及2b图，第2a及2b图为本发明另一实施例的一发光装置的示意图。本实施例中与第一实施例相同的组件将标以相同的符号且不再赘述。

本发明的发光装置1还包括光学膜片15，光学膜片15具有相对的第一表面151及第二表面152，本实施例中第一光学调整表面13形成于第一表面151上，而光学膜片15可以设置于发光装置1的出光区域102上或介于光分散装置12与光源11之间，且如同第一实施例中所述，光学膜片15亦可以达到分散光线的效能。此外，光学膜片15上更可以于第二表面152上形成第二光学调整表面14，且第二光学调整表面14上亦形成有第二波纹阵列141，然而第一波纹状阵列131与第二波纹阵列141的阵列方向相异，如图2b所示。借由相异方向迭合的第一波纹状阵列131与第二波纹阵列141可以产生一迭纹(Moiré)，将第一波纹状阵列131与第二波纹阵列141适当地调整可以使经过此迭纹的光线的光强度重新地分布而达到均匀分散光线的效果。光学膜片15可以使用如帝晶公司(S-Light Optoelectronics)所生产的产品。为进一步提高散光的效果，一扩散板可以设置于光学膜片15之上。扩散板并不限于一片，为达到所需的出光质量，亦可以使用二片以上的扩散板。

本实施例中光分散装置12的入光面123上优选地不设置有第一光学调整表面13，然而第一光学调整表面13并不限于只能设置于光分散装置12或光学膜面15其中之一，亦可以同时设置于光分散装置12及光学膜面15之上。且第一波纹状阵列131与第二波纹阵列141上的波纹大小、波纹的形状、波纹的频率系可以相同或相异，其配置或设计取决于光源的种类及发光装置1的照明需求。

第三实施例

请参阅图3a及图3b，图3a及图3b为本发明又一实施例的一发光装置的示意图。本实施例中与第一实施例相同的组件将标以相同的符号且不再赘述。

由于光源11所提供的光线通常并不会朝向同一方前进而是朝四周放射，因此可能有部分光线会不经过光分散装置12而直接射入空腔10之中，如此将影响色光的分布。为此，本发明的发光装置1还具有光收集组件16用以有效地收集光源11所发出的光线，避免光线直接射入空腔10之中，而可以提高光线的使用效率。光收集组件16介于光源11及光分散装置12间，且同时为了分散光线，第一光学调整表面13亦可以形成于光收集组件16上，当第一光学调整表面13形成于光收集组件16面向光源11之侧时，光收集组件16的另一侧可以直接贴合至光分散装置12，或者使得光收集组件16与光分散装置12一体成型。反之，第一光学调整表面13亦可以形成于光收集组件16面向光分散装置12之侧。为了使光线能够完全地进入光收集组件16中，光收集组件16还具有凹槽161用以容置光源11，以使光源11所发出的光线多数均可进入光收集组件16中。

此外，发光装置1的光源11并不限于设置于空腔10中，亦可以设置于空腔10外。当光源11设置于空腔10之外时，可以通过一光传输组件17将光源11所产生的光线传输至光分散装置12中，光传输组件17为光纤、导光管(Light Pipe)或其它可以传输光线的装置。光传输组件17的一端可以与光收集组件16相连接以提高光使用率。再者，光传输组件17与光源11亦可以同时设置于空腔10之中，此时，由于光传输组件17具有可挠性而使得光源11的设置位置并不限于光分散装置的下方，提高了设计的弹性。

第四实施例

若光源11的排列方向平行第一波纹状阵列131的阵列方向，亦即波纹的波前方向，光线经过第一波纹状阵列131后将产生近似平行于第一波纹状阵列131的波前方向的光形18。因此，当光源11的排列方向与第一波纹状阵列131的波前方向均为直线时，光线将被分散呈一直线。当光源11的排列方向与第一波纹状阵列131的波前方向呈弧状或放射状，光线将被分散呈一弧状或放射状。如图4a～图4c所示。理论上，当光源11的排列方向与第一波纹状阵列131的波前方向平行或大约平行，可以使得光源11所产生光线被分散为沿着波前方向延伸的光形18。此外，图4a～图4c中光源11与第一波纹状阵列131的比例为清楚起见而夸张表示，并非显示真实的比例。

第二波纹状阵列141更可以设置于第一波纹状阵列131之上，如图2b所示，令第二波纹状阵列141的波前方向不同于第一波纹状阵列131的波前方向，将可以使得光线产生不同方向的分散效果。例如，第一波纹状阵列131与第二波纹状阵列141的波前方向彼此垂直，光源11呈直线排列，光线经由第一波纹状阵列131分散为直线光后，再经由第二波纹状阵列141则分散为平面光。

光源11与第一波纹状阵列131的组合，可以使得点光源形成线状光源，达到如CCFL或日光灯管的效果。例如，光源11为多个点光源，将光源11设置于一凹穴19中，并将第一波纹状阵列131设置于光源11之上，若光源11的排列方向与第一波纹状阵列131的波前方向均呈直线并相平行，则光源11的光线将被分散为直线状，再配合所需的电路设计，可以形成一近似日光灯管或CCFL的发光装置。为充分利用光源11所产生的光线，更可以于凹穴19内设置一反射面191以反射光线。

将树脂填充于凹穴19之中，可以于树脂上直接形成第一波纹状阵列131。第一波纹状阵列131亦可以形成于一光学膜片13之上，令光学膜片13覆盖于光源11之上。为了舒缓光源11所生的热所导致的热应力，于光学膜片13与光源11间可以填充一填充材料192，此填充材料具有一异于光学膜片13的热膨胀系数，如此可以舒缓因光源11所生的热应力。

以上的所例示的各种发光装置1可以作为液晶显示器的背光模块之用，亦可以作为照明之用。当背光模块为直下光源式，此时背光模块至少应包括光源11及第一波纹状阵列131，优选地，光源11的排列方向大体上平行于第一波纹状阵列131的波前方向。此外，光分散装置12亦可以视需要设置于光源11与液晶显示器的液晶层之间，以提高光线的分布的均匀性。当背光模块为侧向光源式，需使用导光板(Light Guide Plate)导引侧向光线朝向液晶显示器的显示面，此时，光源11设置于导光板的侧向，并使第一波纹状阵列131的波前方向平行于光源11的排列方向，可以形成一近似线状的光形，如相似于CCFL的光源。第一波纹状阵列131与光源11组成一模块，如图5所示。第一波纹状阵列131亦可以直接形成于导光板之上，如导光板的入光处(未示出)。此外，光源11所射出的光可以通过光分散装置12再射入导光板之中，此时，光分散装置12的翼状凸出部121朝向导光板。

虽然本发明已以具体的实施例说明如上，然其并非用以限定本发明的内容，任何业内人士任施匠思而为诸般修饰，均不脱本发明权利要求所欲保护的范围。

Claims (34)

1.一种发光装置，包括：

一空腔，具有一散射表面及一出光区域；

一光源，用以发出光线；

一光分散装置，设置于该空腔内，并朝一长度方向延伸且具有一翼状凸出部、一入光面及一凹口，该凹口远离该入光面且用以大体上导引该光线朝向该翼状凸出部；及

一第一光学调整表面，位于该光线的一路径上且具有一第一波纹状阵列。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中该散射表面大体上为一朗伯表面。

3.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：

一光学膜片，具有相对的一第一表面及一第二表面，且该第一光学调整表面形成于该第一表面上。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其中该光学膜片还包括：

一第二光学调整表面，形成于该第二表面上，该第二光学调整表面具有一第二波纹状阵列，且该第二波纹状阵列与该第一波纹状阵列的阵列方向相异。

5.根据权利要求3所述的发光装置，其中该光学膜片设置于该出光区域上。

6.根据权利要求3所述的发光装置，其中该光学膜片介于该光分散装置与该光源之间。

7.根据权利要求1所述的发光装置，其中该第一光学调整表面形成于该入光面上。

8.根据权利要求1所述的发光装置，其中该第一光学调整表面形成于该光分散装置中。

9.根据权利要求8所述的发光装置，其中该光分散装置包括二种具有相异折射系数的材料。

10.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：

一光收集组件，介于该光源及该光分散装置之间并用以收集该光线，且该第一光学调整表面形成于该光收集组件上。

11.根据权利要求10所述的发光装置，其中该第一光学调整表面面向该光源。

12.根据权利要求10所述的发光装置，其中该第一光学调整表面面向该光分散装置。

13.根据权利要求11所述的发光装置，其中该光分散装置及该光收集组件一体成型。

14.根据权利要求10所述的发光装置，其中该光收集组件包括一凹槽，用以容置该光源。

15.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：

一光传输组件，将该光线传输至该光分散装置。

16.根据权利要求15所述的发光装置，其中该光传输组件为光纤、导光管或其它可以传输光线的装置。

17.根据权利要求1所述的发光装置，其中该凹口大体上为V型。

18.根据权利要求1所述的发光装置，其中该凹口大体上为U型。

19.根据权利要求1所述的发光装置，其中该光源为一点状光源。

20.根据权利要求1所述的发光装置，其中该光源为一半导体发光装置。

21.根据权利要求1所述的发光装置，其中该光源包括多个发光装置，且至少二个该多个发光装置所发出的该光线具有相异色彩。

22.根据权利要求1所述的发光装置，其中该光源发出白光。

23.根据权利要求1所述的发光装置，其中该光分散装置的一材料选自丙烯酸树脂、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、氟碳聚合物、硅胶、上述材料的组合、或其它透光材料所构成的群组。

24.一种光分散装置包括：

一翼状凸出部；

一入光面；

一凹口，该凹口远离该入光面；及

一光学调整表面，包括一波纹状阵列，该波纹状阵列具有一波前方向。

25.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该光学调整表面形成于该入光面上。

26.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该光学调整表面形成于该凹口上。

27.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该光学调整表面形成于该翼状凸出部上。

28.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该翼状凸出部包括一反射表面。

29.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该翼状凸出部包括一折射表面。

30.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该凹口包括一尖顶指向该入光面。

31.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该凹口可反光。

32.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该翼状凸出部朝一长度方向延伸。

33.根据权利要求32所述的光分散装置，其中该波前方向大体上平行于该长度方向

34.根据权利要求24所述的光分散装置，其中该光学调整表面介于二种具有不同折射系数的材料之间。

Images