CN100434991C - 条状侧射式光导结构与面光源模块 - Google Patents

Abstract

一种条状侧射式光导结构，适用于将所接收的光，以导向二侧边而射出。光导结构包括一条状光导部件，具有上表面与下表面，沿着纵向方向延伸。在该条状光导部件的横截面上包含有第一线段于该上表面上，以及第二线段、第三线段、与耦合部，位于该下表面上。该耦合部连接该第二线段与该第三线段。该条状导光部件的该下表面距离该上表面的参考平面的厚度分布，是随着从该耦合部到该二侧边的方向为渐减的厚度，该所接收的光从该下表面入射，该横截面上的该第二线段与该第三线段的安排使该所接收的光的至少部分被引导向该二侧边。

Description

条状侧射式光导结构与面光源模块

技术领域

本发明涉及一种照明光源技术，且特别涉及一种条状侧射式光导结构，可以被使用以组合成平面光源模块。

背景技术

一个实际的光源结构，一般除了包含发光源外，还有光导结构、扩散片以及其它构件，以引导从发光源发出的光成为所要的发光形式，以配合所配置的装置的使用。例如，通过多个发光二极管以做为原始发光源，再通过光导结构以构成平面光源。

平面光源有多种应用，例如可以使用于平面显示器的背光模块。而光导结构例如可将发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发出的光，转换成大型的平面光源且可以有混光的效果。为了将LED从正方向发出的光，转换成从侧边发出，以达成平面光的效果，传统上是通过包围LED的光导结构达成，其结构如图1所示。参阅图1，传统的光导结构是对应一个LED的设计，LED会被置放于中心点F，通过光导结构的中心轴43。圆对称于此中心轴43的结构，在横截面上的两边，各具有一尖凸的结构102，以及弯曲的基部100。当光导结构接收由中心点F发出的光束104，依入射的位置不同，一部份的光会被基部100与尖凸结构102偏折，以导向侧边。接着，如图2所示，利用多个如图1的光导结构单体，设置在一支承条(supporting bar)106上，且多个支承条106平行设置于基板108上，构成传统的平面光源108。

对于上述的传统光导结构，其是对应一个发光体而设置，此设计是把LED晶粒以全反射和折射特性把出光型式转成侧射形。然而以这种封装型式的LED做为背光模块的光源，则需要大数量的LED晶粒与光导结构。这样至少会让如此的传统平面光源的成本居高不下。因此，制造者仍努力继续研发背光模块的其它设计，以寻求低成本且能有效达到所要的发光质量。

发明内容

本发明提供一种条状侧射式光导结构，可以有效将发光体发出的光的至少一部份，导引往侧边方向行进，以使能达到均匀混光效果。

本发明提供一种平面光源模块，利用多个条状侧射式光导结构，例如使平行并列设置于具有反射功能的基板，以产生均匀混光的平面光源。

本发明提出一种条状侧射式光导结构，适用于将所接收的光，以导向二侧边而射出。光导结构包括一条状光导部件，具有上表面与下表面，且沿着纵向方向延伸。在该条状光导部件的横截面上包含有第一线段于该上表面上，以及第二线段、第三线段、与耦合部，位于该下表面上。该耦合部连接该第二线段与该第三线段。该条状导光部件的该下表面距离该上表面的参考平面的厚度分布，是随着从该耦合部到该二侧边的方向为渐减的厚度，该所接收的光从该下表面入射，该横截面上的该第二线段与该第三线段的安排使该所接收的光的至少部分被引导向该二侧边。。

又，根据本发明一实施例，于前述之条状侧射式光导结构，其中在该横截面上的该耦合部是该第二线段与该第三线段的交叉点。

又，根据本发明一实施例，于前述之条状侧射式光导结构，其中在该横截面上的该耦合部是第四线段，连接于该第二线段与该第三线段之间。

又，根据本发明一实施例，于前述之条状侧射式光导结构，其中在该横截面上的该第二线段与该第三线段的安排，是使该所接收的光的一大部分被引导向该二侧边。

又，根据本发明一实施例，于前述之条状侧射式光导结构，其中在对应该第二线段与该第三线段对应的域内，有一反射层以将入射光全部或部分反射。

本发明提出一种面光源模块，包括基板(base plate)。多个如前述之条状侧射式光导结构。多个支承结构，以支承上述这些光导结构，使悬空(suspending)于该基板上，且使上述这些光导结构依预定方向配置，其中该下表面是面向该基板。多个发光元件，设置于该基板上，分布在上述这些光导结构的下方。

又，根据本发明一实施例，于前述之面光源模块，其中该基板是扩散板，以使入射于该扩散板的光，可以再被反射出。

又，根据本发明一实施例，于前述之面光源模块，其中该基板是反射板，以使入射于该反射板的光，可以再被反射出。

又，根据本发明一实施例，于前述之面光源模块，上述这些支承结构是透光体，或有反射表面。

为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为传统的光导结构的剖面图。

图2为传统的面光源模块的俯视图。

图3为依据本发明一实施例，条状侧射式光导结构的平面光源结构的仰视平面图示意图。

图4为对应图3中一个条状侧射式光导结构与多个LED的相对位置配置图。

图5为在图4中通过支承结构与LED，在XY平面的横截面上的结构示意图。

图6为在图4中通过支承结构与LED 206在XY平面的横截面上的另一结构示意图。

图7为根据本发明实施例，面光源模块的一部分的剖面结构示意图。主要元件标记说明

43：中心轴

100：基部

102：尖凸的结构

104：光束

106：支承条

200：基板

202：光导结构

204：支承架

206：发光体

207、224：耦合部

208：线段

210：线段

212：线段

213：边缘区

214：条状侧射式光导结构

216、218、216、218、222：线段

220：基板

具体实施方式

本发明的条状侧射式光导结构，把具指向性的光源改成侧射型光源，此结构特别可适用于LED的大型平面光源，做为混光模块。此大型平面光源模块将包括至少一个光源和一个条状侧射式光导结构和扩散片。这至少可以容易使在短距离就能得到均匀混光的光源，又有可以减少成本及生产简单等的特点。

目前在以LED光源所开发出的大型平面光源中，对于LED光源封装设计以全反射透境形成侧射型光源的混光效果较佳，然而此封装方式将会提升成本及生产复杂性。基于此因素，因此本发明只需使用一般简单的LED封装，再加上本发明提出的条状侧射式光导结构，即可得到均匀性佳的大型平面光源。又，一个条状侧射式光导，可以搭配一个以上的LED使用，这在成本控制将有很大帮助。对于此条状侧射式光导，其结构简单及容易生产制作，因此对于LED大型平面光源中成本比例较重的LED封装成本而言，将可以大幅减少生产成本及简化组装过程。本发明对于LED光源的兼容性佳，并且可以在短距离内完成大型平面光源的均匀性。以下举一些实施例，作为本发明的说明，但是本发明不受限于所举的实施例。

图3是根据本发明一实施例的仰视平面图，表示配置条状侧射式光导结构的平面光源结构示意图。参阅图3，对于本明的平面光源，在基板200上设置有多条的条状侧射式光导结构202。图中标示有XYZ坐标轴作为参考。图3是沿向Y轴方向所看到的结构示意图。这些条状侧射式光导结构202以多个支承结构204支承，且使这些条状侧射式光导结构202较佳地例如相互平行配置。但是依实际的考虑，这些条状侧射式光导结构202不必是全部平行配置，其可以依实际设计以预定的方向配置。

图4是对应图3中一个条状侧射式光导结构202与多个LED的相对位置配置图。多个LED 206设置在条状侧射式光导结构202的下方，较佳地是沿着纵向中心线上均匀配置，但是要注意的地方是这仅是较佳的设置方式之一。又，LED 206的数量也可依实际需要设定。特别是，由于本发明的光导结构202，实际所需要的LED数量，可以有效地减少，以进一步降低成本。

图5表示在图4中通过支承结构204与LED 206在XY平面的横截面上的结构。参阅图5，条状侧射式光导结构202，是被支承结构204支承悬空于基板200(见图3)。基板200与支承结构204的详细结构与功用将于后述。于此先针对条状侧射式光导结构202的结构进行描述。

条状侧射式光导结构202基本上具有上表面与下表面，且沿着纵向方向，即是Z轴方向延伸。在条状光侧射式光导结构202的XY平面的横截面上，包含有线段212，位于此上表面。在此实施例，线段212是以直线段为例。也就是上表面是平面状态。而此平面状态也定义出一参考平面。

在条状侧射式光导结构202的下表面，是由线段208与线段210所构成。此两线段交叉于耦合部207，即是尖端部份。LED 206例如设置对应耦合部207的下方。线段208与线段210是曲线设计，以将由LED 206发出的光导引向侧边，其机制于后描述。根据线段208与线段210如图5所示的曲线特性，从条状侧射式光导结构202厚度分布而言，此条状侧射式光导结构202的该下表面距离该上表面的参考平面的厚度分布，是随着从尖端耦合部207到侧边的方向渐减的厚度。要注意的是，这里所指的曲线，如果曲率是零的话，则就是直线段。另外，依据实际的设计，在边缘处，也可以保持一等厚度的区域213。由于在线段208与线段210的反射，由LED 206发出的大部分光会被反射导向边。为使光导结构202在对应线段208与线段210的表面有反射作用，可以由多种传统方式达成。例如，利用光导结构202的材料选择，采用反射系数大的材质。又，也可直接在表面的全部或部分设置一反射层。若是，利用反射系数来设计，有一部份光也会穿透过去。对于允许部分光穿透光导结构202的目的，也是作为调整光强度分布的一设计参数，以增进在发光面上光强度的均匀分布。这是由于，如果全部的光都被导向侧边，再被面的基板反射成平面光时，则在直上的方向的光强度会较弱。因此，其需要一些调整。

图6表示在图4中通过支承结构204与LED 206在XY平面的横截面上的另一结构。参阅图6，针对图5的线段212与尖端耦合部207，其也可以进一部变化设计。在条状侧射式光导结构214的下表面的线段216与线段218可以与前述线段208与线段210是相同的设计。然而，线段216与线段218的耦合部224也可以是另一线段。此耦合部224允许光线进入条状侧射式光导结构214。另外配合光导结构214在上表面的线段222的曲线设计，例如是内凹的曲线，使光发散开(divergent)，这也可以使达到较佳的光强度分布。

换句话说，图5与图6的设计可以互相结合使用，或是类似对等的变化，而不仅限定于图5与图6本身的设计。也就是说，利用线段214、216、218、222的曲度做适当调整，可以调整设计出适当光导结构214，其在面光源模块的应用上，再配合基板的作用，就可以达到均匀混光的面光源模块。

以下说明光导结构214和基板的运作机制。图7表示根据本发明实施例，面光源模块的一部分的剖面结构示意图。参阅图7，一个条状侧射式光导结构202，通过支承结构204被悬空支承于基板220上。支承结构204被固定于基板220上的预定位置。LED 206例如对应耦合部207的下面而配置。此基板220具有反射效能，例如是扩散板(diffusion plate)或是反射板。扩散板本身就具有将入射的光线混合且使大部份光线以直上的方向出射。因此，基板220采用扩散板为较佳。然而，基板220也可以采用具有反射板的设计。当线被条状侧射式光导结构202偏折而入射于反射的基板220时，光线例如被再度被反射出，或是又入射于邻近的条状侧射式光导结构202。如此，多次来回混光达到混光效果。

另外，由于混光效果的增进使混光距离小，因此支承结构204的高度不需要太大即可。又，支承结构204的材料，一般可以是透光材质，因此不会挡住经过的光线。然而，支承结构204也可以是具有反射的设计，例如形成反射表面，其可将部份光线反射再度利用。此反射表面例如是应用金属镀膜的技术。

另外，如果LED不是直接发出白光，则本发明的光导结构202也可以使不同色成分的光充分混合，而达到白光或是其它色光的效果。

又，前述的LED在本发明的说明中仅是一个较佳实施例。可以了解，本发明也可以使用其它种类的发光元件。又，本发明的条状结构，虽然是以直条等宽度的方式作为说明，但是条状结构可以是弯曲的条状，且条状结构在横截方向的宽度，依实际设计也可以有变化，不限定于等宽度。换句话说，由前面所描述在条状的横截面上的几个线段结构，可以定义出用以导引光线的曲面结构者即是。

综上所述，在本发明之光导结构，利用条状的结构形成，至少可以使制造工艺简化，且可以减少LED的使用数量。对于大型面光源模块而言，也可以有效降成本与筒化制造工艺。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (22)

1.一种条状侧射式光导结构，适用于将所接收的光，以导向二侧边而射出，其特征是包括：

条状光导部件，具有上表面与下表面，沿着纵向方向延伸，其中在该条状光导部件的横截面上包含有：

第一线段于该上表面上；以及

第二线段、第三线段、与耦合部，于该下表面上，且通过该耦合部连接该第二线段与该第三线段，

其中该条状导光部件的该下表面距离该上表面的参考平面的厚度分布，是随着从该耦合部到该二侧边的方向渐减的厚度，该所接收的光从该下表面入射，该横截面上的该第二线段与该第三线段的安排使该所接收的光的至少部分被引导向该二侧边。

2.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是在该横截面上的该耦合部是该第二线段与该第三线段的交叉点。

3.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是在该横截面上的该耦合部是第四线段，连接于该第二线段与该第三线段之间。

4.根据权利要求3所述之条状侧射式光导结构，其特征是该第四线段是曲线段或是直线段。

5.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是在该横截面上的该第一线段、该第二线段、或是该第三线段是曲线段或是直线段。

6.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是在该横截面上的该第二线段与该第三线段的安排，是使该所接收的光的一大部分被引导向该二侧边。

7.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是该条状光导部件的该下表面，在该第二线段与该第三线段的区域内有反射层，以将入射光全部或部分反射。

8.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是该耦合部允许该所接收的光的一小部分可以进该光导结构而穿出该上表面。

9.根据权利要求1所述之条状侧射式光导结构，其特征是该光导结构的材料有穿透系数。

10.一种面光源模块，其特征是包括：

基板；

多个如权利要求1所述之条状侧射式光导结构；

多个支承结构，以支承上述这些光导结构，使悬空于该基板上，依设定方向配置，其中该下表面面向该基板；以及

多个发光元件，设置于该基板上，分布在上述这些光导结构的下方。

11.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该基板是扩散板，以使入射于该扩散板的光，可以再被反射出。

12.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该基板是反射板，以使入射于该反射板的光，可以再被反射出。

13.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是上述这些发光元件是发光二极管元件。

14.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该光导结构在该横截面上的该耦合部是该第二线段与该第三线段的交叉点。

15.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是在该光导结构在该横截面上的该耦合部是第四线段，连接于该第二线段与该第三线段之间。

16.根据权利要求15所述之面光源模块，其特征是该第四线段是曲线段或是直线段。

17.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该光导结构在该横截面上的该第一线段、该第二线段、或是该第三线段是曲线段或是直线段。

18.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该光导结构在该横截面上的该第二线段与该第三线段的安排，使该所接收的光的一大部分被引导向该二侧边。

19.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该光导结构在该横截面上的该耦合部允许该所接收的光的一小部分可以进该光导结构而穿出该上表面。

20.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该光导结构的材料有穿透系数。

21.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是上述这些支承结构是透光体，或有反射表面。

22.根据权利要求10所述之面光源模块，其特征是该条状光导部件的该下表面，在该第二线段与该第三线段的区域内有反射层，以将入射光全部或部分反射。

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