CN106784234B - 光学模组以及光源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学模组以及光源，其中光源包括电路板、多个发光元件芯片、多个全反射件、封装胶以及多个光波长转换粒子。发光元件芯片配置在电路板上。各发光元件芯片适于发出光束。全反射件配置在电路板上。各全反射件邻近设置于其中一发光元件芯片，其中所述其中一发光元件芯片所发出光束的一部分光束进入全反射件，且所述部分光束以全反射的方式于全反射件中传递且自全反射件射出。封装胶覆盖发光元件芯片以及全反射件。光波长转换粒子分布于封装胶中。本发明提供的光学模组以及光源有助于改善光斑，且可在不变更发光元件芯片的间距的情况下，提供均匀的面光源。

Description

光学模组以及光源
技术领域
本发明涉及一种光学模组以及光源，且特别涉及一种具有全反射件的光学模组以及光源。
背景技术
近年来，随着环保意识的提升，光学模组中所使用的发光元件已逐渐从冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)转换成更为环保的发光二极管(LightEmitting Diode,LED)。
以侧面入光式光学模组为例，发光二极管通常设置于导光板的侧面，其中各个发光二极管到导光板的有效照明区的最短距离为A，而任两相邻发光二极管的间距(pitch)为P。为了提供均匀的面光源，通常会根据发光二极管的发散角来决定最佳化的A/P比率(A/Pratio)。然而，为了符合窄边框的设计需求，各个发光二极管到有效照明区的最短距离A势必会被要求降低。当A/P比率过低时，有效照明区靠近光源处便容易出现亮暗交替的光斑(hot spot)。
已知技术通常藉由降低发光二极管的间距P来解决光斑问题。然而，当间距P降低时，发光二极管的数量及打件工时便随之提升，进而造成成本提高。所以，如何在不变更发光二极管的间距的情况下，改善自光学模组出射的面光源的均匀性，是本领域研发人员急需解决的问题之一。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员所知道的公知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，也不代表在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种光学模组，其可在不变更发光元件的间距的情况下，提供均匀的面光源。
本发明提供一种光源，其有助于改善光斑。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为实现上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种光学模组，其包括光学板以及光源。光学板具有入光面。光源朝向入光面且包括电路板、多个发光元件芯片、多个全反射件、封装胶以及多个光波长转换粒子。发光元件芯片配置在电路板上。各发光元件芯片适于发出光束。全反射件配置在电路板上。各全反射件邻近设置于其中一发光元件芯片，其中所述其中一发光元件芯片所发出光束的一部分光束进入全反射件，且所述部分光束以全反射的方式于全反射件中传递且自全反射件射出。封装胶覆盖发光元件芯片以及全反射件。光波长转换粒子分布于封装胶中。
在本发明的一实施例中，上述的光学板还具有出光面。出光面连接入光面。光源与出光面不重叠。
在本发明的一实施例中，上述的光学板还具有出光面。出光面相对于入光面。光源与出光面重叠。
为实现上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提供一种光源，其包括电路板、多个发光元件芯片、多个全反射件、封装胶以及多个光波长转换粒子。发光元件芯片配置在电路板上。各发光元件芯片适于发出光束。全反射件配置在电路板上。各全反射件邻近设置于其中一发光元件芯片，其中所述其中一发光元件芯片所发出光束的一部分进入全反射件，且光束的所述部分以全反射的方式于全反射件中传递且自全反射件射出。封装胶覆盖发光元件芯片以及全反射件。光波长转换粒子分布于封装胶中。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的各发光元件芯片为发光二极管芯片。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的全反射件分别为单层透光结构，且各单层透光结构的折射率高于封装胶的折射率。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的各单层透光结构中存在多个气泡、多个扩散粒子的其中至少一者。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的全反射件分别包括第一层以及第二层。第一层位于第二层与电路板之间，且第一层的折射率高于第二层的折射率。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的第一层存在多个气泡、多个扩散粒子的其中至少一者。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的第二层具有至少一开口，且所述部分光束自所述至少一开口射出。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的全反射件还分别包括第三层。第三层位于第一层与电路板之间，且第一层的折射率高于第三层的折射率。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述相邻两发光元件芯片之间设置有两个以上的全反射件。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的各全反射件在电路板上的正投影的形状为块状、条状、弧状或环状。
在本发明的光学模组以及光源的一实施例中，上述的全反射件的轴向(Axialdirection)与电路板之间具有夹角。
在本发明的一实施例中，上述的封装胶的材质包括环氧树脂(Epoxy)或硅氧树脂(Silicone)。
在本发明的一实施例中，上述的光波长转换粒子为荧光粉或量子点。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的光源利用全反射件将各发光元件芯片所发出光束的一部分光束朝远离发光元件芯片的方向导引，使自光源射出的光束更为发散，且在发光元件芯片排列方向上的能量分布更为线性。因此，本发明的光源有助于改善光斑，且应用所述光源的光学模组可在不变更发光元件芯片的间距的情况下，提供均匀的面光源。
为让本发明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。
附图说明
图1A是依照本发明的第一实施例的一种光学模组的局部俯视示意图。
图1B是图1A中光源的局部放大示意图。
图2及图3分别是图1A中全反射件的其他实施形态的俯视示意图。
图4至图9分别是依照本发明的第二实施例至第七实施例的光学模组的局部俯视示意图。
图10是依照本发明的第八实施例的光学模组的局部立体示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一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发明。
图1A是依照本发明的第一实施例的一种光学模组的局部俯视示意图。图1B是图1A中光源的局部放大示意图。请参照图1A及图1B，光学模组100包括光学板110以及光源120。光学模组100可以是侧面入光式光学模组或直下式光学模组。以侧面入光式光学模组为例，光学板110例如为导光板。
进一步而言，光学板110具有入光面SI以及连接入光面SI的出光面SO。光源120朝向入光面SI且与出光面SO不重叠。具体地，光源120设置在光学板110的入光面SI，因此光源120与出光面SO在垂直出光面SO的方向D1上不重叠。
来自光源120的光束自入光面SI进入光学板110后，以全反射的方式于光学板110中传递。光学板110的底面(未标示，即与出光面SO相对的表面)可形成多个微结构，以破坏全反射，使光束自出光面SO射出。光学板110的折射率例如介于1.4至1.5之间。举例而言，光学板110的材质可以是玻璃或塑胶。以塑胶为例，光学板110的材质例如为聚碳酸酯(PC)或压克力(PMMA)，但不限于此。
光源120包括电路板121、多个发光元件芯片122、多个全反射件123、封装胶124以及多个光波长转换粒子125。发光元件芯片122配置在电路板121上，且发光元件芯片122例如沿平行于入光面SI的方向D2排列，其中方向D2垂直于方向D1。各发光元件芯片122例如可为发光二极管芯片，且各发光元件芯片122适于发出光束B。电路板121例如可为印刷电路板，且电路板121上形成有用以传递驱动信号至发光元件芯片122的线路。全反射件123配置在电路板121上。各全反射件123邻近设置于其中一发光元件芯片122。在本实施例中，相邻两发光元件芯片122之间设置有两个全反射件123，但不限于此。在其他实施例中，相邻两发光元件芯片122之间可仅设置一个全反射件123或设置两个以上的全反射件123。封装胶124覆盖发光元件芯片122以及全反射件123。封装胶124适于阻绝环境中水气及氧气对于所密封的元件的影响。举例而言，封装胶124的材质包括环氧树脂或硅氧树脂，但不限于此。光波长转换粒子125分布于封装胶124中。光波长转换粒子125适于吸收光束B，并放出激发光束B’，其可为荧光粉或量子点。
请参照图1B，各发光元件芯片122所发出的光束B会朝图1A中入光面SI传递，其中各光束B的部分光束B1会进入全反射件123，且部分光束B1以全反射的方式于全反射件123中传递且自全反射件123射出。
利用全反射件123将各发光元件芯片122所发出光束B的部分光束B1朝远离发光元件芯片122的方向(即发光元件芯片122的排列方向，如方向D2及方向D2的反方向)导引，可使自光源120射出的光束(如光束B及激发光束B’混合所形成的光束)在发光元件芯片122的排列方向上更为发散。如此一来，自光源120射出的光束在发光元件芯片122的排列方向上的能量分布可更为线性，从而在不变动发光元件芯片122的间距P的情况下，光源120有助于改善已知因间距P过大所产生的光斑问题，且光学模组100可提供均匀的面光源。
此外，由于自光源120射出的光束在发光元件芯片122的排列方向上更为发散，因此本实施例可有效缩减各发光元件芯片122到光学板110的有效照明区R的最短距离A，从而使光学模组100符合窄边框的设计需求。
由于光束B在封装胶124中的行径路径越长，光束B能接触到的光波长转换粒子125越多，因此在越远离发光元件芯片122的区域中，光束B被转换成激发光束B’的比例越高。在本实施例中，以光束B为蓝光，而激发光束B’为黄光为例，在远离发光元件芯片122的区域中，光源120所射出的光束因黄光比例高于蓝光比例而容易偏黄，而在靠近发光元件芯片122的区域中，光源120所射出的光束因蓝光比例高于黄光比例而容易偏蓝。利用全反射件123传递光束B的部分光束B1，可有效缩减部分光束B1在封装胶124中的行径路径中接触到的光波长转换粒子125比例，从而光源120可有效改善发光元件芯片122的排列方向上的色差。
全反射件123可以是任何适于使部分光束B1以全反射的方式传递于其中的元件。举例而言，全反射件123可分别包括第一层L1、第二层L2以及第三层L3，其中第一层L1位于第二层L2以及第三层L3之间，第一层L1位于第二层L2与电路板121之间，且第三层L3位于第一层L1与电路板121之间。第一层L1的折射率高于第二层L2以及第三层L3的折射率。利用第一层L1的折射率高于第二层L2以及第三层L3的折射率，部分光束B1可以在第一层L1与第二层L2的交界处或第一层L1与第三层L3的交界处不断地全反射传递，即利用光由光密介质(高折射率)射到光疏介质(低折射率)时会被反射回光密介质的现象(即全反射现象)，从而在不变动发光元件芯片的间距的情况下，光源有助于改善已知因间距过大所产生的光斑问题，使光学模组可提供均匀的面光源。
在本实施例中，各全反射件123在电路板121上的正投影(方向D2上)的形状例如为块状，且第二层L2全面覆盖第一层L1，但本发明不限于此。图2及图3分别是图1A中全反射件的其他实施形态的俯视示意图，其中相同或相似的元件以相同或相似的标号表示，在在此不再赘述。请参照图2，各全反射件123A亦可沿发光元件芯片122的排列方向(如方向D2)延伸，使得各全反射件123A在电路板121(参见图1B)上的正投影的形状为条状。此外，第二层L2’可具有至少一开口O，且光束B(参见图1B)的部分光束B1自开口O射出。开口O的数量越多或尺寸越大，则射出的部分光束B1越多。如此一来，自光源射出的光束在发光元件芯片的排列方向上的能量分布可更为线性，从而在不变动发光元件芯片的间距的情况下，光源有助于改善已知因间距过大所产生的光斑问题，使光学模组可提供均匀的面光源。但开口O的数量或尺寸可依设计需求改变，而不限于图2所示。
请参照图3，各全反射件123B的第一层L1’可存在多个气泡310，以破坏全反射，使部分光束B1自全反射件123B射出。在本实施例的架构下，第二层L2也可由图2的第二层L2’替代。此外，第一层L1’的气泡310也可由扩散粒子替代。或者，第一层L1’可存在气泡310以及扩散粒子。气泡310或扩散粒子的密度越大或尺寸越大，则射出的部分光束B1越多。如此一来，自光源射出的光束在发光元件芯片的排列方向上的能量分布可更为线性，从而在不变动发光元件芯片的间距的情况下，光源有助于改善已知因间距过大所产生的光斑问题，使光学模组可提供均匀的面光源。但气泡310或扩散粒子的密度或尺寸可依设计需求改变，而不限于图3所示。
图4至图9分别是依照本发明的第二实施例至第七实施例的光学模组的局部俯视示意图，其中相同或相似的元件以相同或相似的标号表示，在此不再赘述。请参照图4及图1A，光学模组200与光学模组100的主要差异在于，图4中全反射件123的轴向D3与电路板121之间具有夹角(即轴向D3与方向D2的夹角θ)，其中轴向D3为平行于全反射件123的光轴OA的方向。藉由旋转全反射件123(即调变夹角θ)，可调变全反射件123接收的光能量。因此，透过将全反射件123旋转至适当角度，可增加全反射件123接收的光能量，使更多光束朝远离发光元件芯片122的方向导引。如此一来，自光源120射出的光束可更为发散，且在发光元件芯片122排列方向上的能量分布更为线性。应说明的是，夹角θ的大小可依据不同的设计需求改变，而不限于图4所示。此外，在图4的架构下，光源120可进一步包括固定件(未示出)，以固定全反射件123。
请参照图5及图1A，光学模组300与光学模组100的主要差异在于，在光源120A中，全反射件123C分别包括第一层L1以及第二层L2。具体地，因电路板121本身可将光束反射，因此本实施例利用电路板121将往后传递(即朝远离导光板110的方向传递)的光束反射回第一层L1，以省略第三层L3。
请参照图6及图5，光学模组400与光学模组300的主要差异在于，在光源120B中，全反射件123D以图2的第二层L2’替代图5的第二层L2。
请参照图7及图5，光学模组500与光学模组300的主要差异在于，在光源120C中，全反射件123E以图3的第一层L1’替代图5的第一层L1。
请参照图8及图5，光学模组600与光学模组300的主要差异在于，在光源120D中，这些全反射件123F分别为单层透光结构，且各全反射件123F例如仅包括第一层L1。此外，利用光由光密介质(高折射率)射到光疏介质(低折射率)时会被反射回光密介质的现象(即全反射现象)，本实施例使各单层透光结构的折射率高于封装胶124的折射率，以使图1B中光束B的部分光束B1能够以全反射的方式传递于全反射件123F中。如此，便可省略第二层L2及第三层L3。
请参照图9及图8，光学模组700与光学模组600的主要差异在于，在光源120E中，各全反射件123G仅包括图3的第一层L1’。
图10是依照本发明的第八实施例的光学模组的局部立体示意图，其中相同或相似的元件以相同或相似的标号表示，在此不再赘述。请参照图10及图1A，光学模组800与光学模组100的主要差异在于，光学模组800是直下式光学模组，且光学板110例如为扩散板。进一步而言，光学板110具有入光面SI以及相对于入光面SI的出光面SO。光源120F朝向入光面SI且与出光面SO重叠。具体地，光源120F设置在光学板110的下方，因此光源120F与出光面SO在垂直出光面SO的方向D1上重叠。扩散板(光学板110)适于提升光学模组800出射的面光源的均匀性。举例而言，扩散板的材质可以是塑胶，如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)或压克力(PMMA)，但不限于此。
在本实施例中，各全反射件123H在电路板121上的正投影的形状为弧状，但不限于此。在另一实施例中，各全反射件123H在电路板121上的正投影的形状也可为环状。举例而言，各全反射件123H可分别环绕其中一发光元件芯片122。或者，可视需求而改变各全反射件123H的弯曲程度及其环绕对应的发光元件芯片122的范围。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。本发明的光源利用全反射件将各发光元件芯片所发出光束的一部分光束朝远离发光元件芯片的方向导引，使自光源射出的光束更为发散，且在发光元件芯片排列方向上的能量分布更为线性。因此，本发明的光源有助于改善光斑，且应用所述光源的光学模组可在不变更发光元件芯片的间距的情况下，提供均匀的面光源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求及发明内容所作的简单的等效变化与修饰，都属于本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不需要实现本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，说明书摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求中提及的“第一”、“第二”等仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
【符号说明】
100、200、300、400、500、600、700、800：光学模组
110：光学板
120、120A、120B、120C、120D、120E、120F：光源
121：电路板
122：发光元件芯片
123、123A、123B、123C、123D、123E、123F、123G、123H：全反射件
124：封装胶
125：光波长转换粒子
310：气泡
A：最短距离
B：光束
B’：激发光束
B1：部分光束
D1、D2：方向
D3：轴向
L1、L1’：第一层
L2、L2’：第二层
L3：第三层
O：开口
OA：光轴
P：间距
R：有效照明区
SI：入光面
SO：出光面
θ：夹角

Claims (26)

1.一种光学模组，包括一光学板及一光源，其中，
该光学板具有一入光面，
该光源朝向该入光面，且该光源包括：
一电路板；
多个发光元件芯片，配置在该电路板上，各该发光元件芯片适于发出一光束；
多个全反射件，配置在该电路板上，各该全反射件邻近设置于其中一发光元件芯片，且该其中一发光元件芯片所发出该光束的一部分光束进入该全反射件，该部分光束以全反射的方式于该全反射件中传递且自该全反射件射出；
一封装胶，覆盖这些发光元件芯片以及这些全反射件；以及
多个光波长转换粒子，分布于该封装胶中。
2.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，该光学板还具有一出光面，该出光面连接该入光面，该光源与该出光面在垂直该出光面的方向上不重叠。
3.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，该光学板还具有一出光面，该出光面相对于该入光面，该光源与该出光面在垂直出光面的方向上重叠。
4.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，各该发光元件芯片为发光二极管芯片。
5.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，这些全反射件分别为单层透光结构，且各该单层透光结构的折射率高于该封装胶的折射率。
6.如权利要求5所述的光学模组，其特征在于，各该单层透光结构中存在多个气泡、多个扩散粒子的其中至少一者。
7.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，这些全反射件分别包括一第一层以及一第二层，该第一层位于该第二层与该电路板之间，且该第一层的折射率高于该第二层的折射率。
8.如权利要求7所述的光学模组，其特征在于，该第一层存在多个气泡、多个扩散粒子的其中至少一者。
9.如权利要求7所述的光学模组，其特征在于，该第二层具有至少一开口，且该部分光束自该至少一开口射出。
10.如权利要求7所述的光学模组，其特征在于，这些全反射件还分别包括一第三层，该第三层位于该第一层与该电路板之间，且该第一层的折射率高于该第三层的折射率。
11.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，相邻两该发光元件芯片之间设置有两个以上的这些全反射件。
12.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，各该全反射件在该电路板上的正投影的形状为块状、条状、弧状或环状。
13.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于，这些全反射件的轴向与该电路板之间具有一夹角。
14.一种光源，包括：
一电路板；
多个发光元件芯片，配置在该电路板上，各该发光元件芯片适于发出一光束；
多个全反射件，配置在该电路板上，各该全反射件邻近设置于其中一发光元件芯片，且该其中一发光元件芯片所发出该光束的一部分光束进入该全反射件，该部分光束以全反射的方式于该全反射件中传递且自该全反射件射出；
一封装胶，覆盖这些发光元件芯片以及这些全反射件；以及
多个光波长转换粒子，分布于该封装胶中。
15.如权利要求14所述的光源，其特征在于，各该发光元件芯片为发光二极管芯片。
16.如权利要求14所述的光源，其特征在于，这些全反射件分别为单层透光结构，且各该单层透光结构的折射率高于该封装胶的折射率。
17.如权利要求16所述的光源，其特征在于，各该单层透光结构中存在多个气泡、多个扩散粒子的其中至少一者。
18.如权利要求14所述的光源，其特征在于，这些全反射件分别包括一第一层以及一第二层，该第一层位于该第二层与该电路板之间，且该第一层的折射率高于该第二层的折射率。
19.如权利要求18所述的光源，其特征在于，该第一层存在多个气泡、多个扩散粒子的其中至少一者。
20.如权利要求18所述的光源，其特征在于，该第二层具有至少一开口，且该部分光束自该至少一开口射出。
21.如权利要求18所述的光源，其特征在于，这些全反射件还分别包括一第三层，该第三层位于该第一层与该电路板之间，且该第一层的折射率高于该第三层的折射率。
22.如权利要求14所述的光源，其特征在于，相邻两该发光元件芯片之间设置有两个以上的这些全反射件。
23.如权利要求16所述的光源，其特征在于，各该全反射件在该电路板上的正投影的形状为块状、条状、弧状或环状。
24.如权利要求16所述的光源，其特征在于，这些全反射件的轴向与该电路板之间具有一夹角。
25.如权利要求16所述的光源，其特征在于，该封装胶的材质包括环氧树脂或硅氧树脂。
26.如权利要求16所述的光源，其特征在于，这些光波长转换粒子为荧光粉或量子点。
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