CN110701504A - 灯条结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种灯条结构，包含电路基板、点光源阵列、以及导光膜。导光膜在相对于点光源阵列的另一侧表面包含多个长条状微透镜，该长条状微透镜在表面上还具有多个光栅。成列的点光源阵列所发出的光线可在导光膜内的折射及绕射，可使点光源阵列所发出的光在在其排列的一维方向的扩散角增加，进而使灯条结构呈现辉度均匀的一维图案。同时因为点光源阵列所发出的光扩散性佳而能减少发光二极管使用数量，具备节能效果，还能缩短导光膜与点光源阵列之间的间隔，有助于灯具的小型化。

Description

灯条结构
技术领域
本发明是有关于一种灯条结构，其可呈现均匀的一维光源效果。
背景技术
随着低发热、低耗能的发光二极管普及，许多用于照明或信号指示的灯具中，皆已改为采用发光二极管作为光源，但因发光二极管属于高辉度的点光源，因此，对于大面积的照明需求通常须采用多个发光二极管搭配导光板及扩散板，以达到均匀且柔和的照射效果。
此外，对于车用灯具等应用，除了照明的基本需求外，还需具备多样化的设计性，以及达到对光源出射角度的精准控制，因此，采用发光二极管作为光源时还需解决其他问题，例如，当以长条形光源组合成各种图案设计的灯具时，现行常采用单一侧发光二极管光源搭配柱状导光条形成一维灯条，或以多个直下式发光二极管光源排列形成一维线型图案，再进行后续灯具结构设计。但侧发光二极管光源搭配柱状导光条的方式中，侧发光二极管的光源强度会随着柱状导光条的长度递减，导致形成的一维灯条亮度不均，光线进入柱状导光条后，仅可于柱状导光条中整体同时点亮或熄灭，因此无法藉由时序控制产生动态光源图案变化。以多个直下式发光二极管光源排列的方式，也会因为各发光二极管光源局部辉度过高，及灯具空间限制使扩散距离不足而难以形成均匀的一维光源，影响所欲呈现的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灯条结构，在其点光源阵列排列方向上呈现均一辉度的一维线型图案。
为达到上述的目的，本发明提供一种灯条结构，其特征在于，包含：
电路基板；
点光源阵列，该点光源阵列沿第一方向成一维线型排列的方式设置于该电路基板上；以及
导光膜，该导光膜配置于该点光源阵列的出光侧，且该导光膜在相对于该点光源阵列的另一侧表面上包含多个长条状微透镜，该长条状微透镜沿与该第一方向垂直的第二方向延伸排列，于该长条状微透镜的表面形成有多个光栅，其中，该光栅沿该第二方向延伸排列。
作为可选的技术方案，每一该长条状微透镜在该第一方向上的底部宽度介于15μm～1000μm。
作为可选的技术方案，每一该长条状微透镜的底部至顶点的高度介于1μm～100μm。
作为可选的技术方案，每一该长条状微透镜于该第一方向的表面曲率半径介于7.5μm～125000μm。
作为可选的技术方案，每一该长条状微透镜在该第二方向上的表面具有依据正弦函数式A×sin(2nπ/T)所定义的形貌，其中振幅A介于0μm～45μm，周期Τ介于5μm～500μm之间，距离变量n介于0～T。
作为可选的技术方案，当振幅A＝0时，每一该长条状微透镜为在该第二方向上表面呈平坦状的柱状微透镜。
作为可选的技术方案，当振幅A≠0时，每一该长条状微透镜为在该第二方向上表面呈高低起伏的波浪状微透镜，且任两相邻的该长条状微透镜的形貌为不同。
作为可选的技术方案，每一该光栅的宽度介于0.25μm～1.5μm。
作为可选的技术方案，每一该光栅的深度介于0.1μm～1.5μm。
作为可选的技术方案，该光栅的间距介于0.5μm～3μm。
作为可选的技术方案，该点光源阵列与该导光膜之间的间距介于0.1mm～50mm。
作为可选的技术方案，该导光膜的折射率介于1.4～1.65。
与现有技术相比，本发明成列的点光源阵列所发出的光线可在导光膜内的折射及绕射，可使点光源阵列所发出的光在在其排列的一维方向的扩散角增加，进而使灯条结构呈现辉度均匀的一维图案。同时因为点光源阵列所发出的光扩散性佳而能减少发光二极管使用数量，具备节能效果，还能缩短导光膜与点光源阵列之间的间隔，有助于灯具的小型化。
附图说明
图1为本发明的灯条结构的结构示意图。
图2为本发明一实施例中导光膜表面的微结构示意图。
图3为图2中导光膜表面的局部放大图。
图4为本发明另一实施例中导光膜表面的微结构示意图。
图5为图4中导光膜表面的a-a’处的部分截面图。
图6为光源强度分布图。
图7为灯条结构点亮时的影像图。
具体实施方式
为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。而其中所使用的说明书附图，其主旨仅为示意及辅助说明书，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就说明书附图的的比例与配置关系解读、限制本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
以下将参照相关附图，说明本发明的灯条结构的实施例。为使便于理解，下述实施例中的相同元件以相同的符号标示来说明。
图1为本发明的灯条结构的结构示意图，灯条结构100至少包含：电路基板10、点光源阵列20、以及导光膜40。电路基板10可为具有时序控制器的印刷电路基板，以用于电性连接每一个点光源阵列20并且使其能够单独工作。点光源阵列20可由多个发光二极管(LED)所构成，并通过表面黏着等习知技术而设置在电路基板10的长度方向(X轴，或称第一方向，下同)上，成一维线型排列。导光膜40设置在点光源阵列20的出光侧，通过支撑框架30使导光膜40与点光源阵列20之间产生间距，导光膜40用以将点光源阵列20所发出的光进行扩散。
在本发明的灯条结构中，如图2所示，导光膜40在相对于点光源阵列20的另一侧表面上包含沿Y轴方向(或称第二方向，下同)延伸排列的多个长条状微透镜42，Y轴方向垂直X轴方向，且每一个长条状微透镜42在X轴方向上的底部宽度Lx介于15μm～1000μm，底部至顶点的高度H介于1μm～100μm。
在本发明的灯条结构中，每一个长条状微透镜42在X轴方向上的表面44的曲率半径Rx(未标示)可介于7.5μm～125000μm，如此当光线通过长条状微透镜42时可在X轴方向产生折射。
在本发明的灯条结构中，长条状微透镜42在Y轴方向上的表面具有依据以下正弦函数式所定义的形貌：
A×sin(2nπ/T) (式1)
其中A表示振幅，T表示周期，n表示距离变量，可通过调整这些参数使长条状微透镜42成为在Y轴方向上表面形貌呈平坦状的柱状微透镜、或者表面形貌呈波浪状的微透镜。较佳地，适用于本发明的振幅A介于0μm～45μm，周期T介于5μm～500μm，并且从前述范围中分别选定一个A值以及T值后，距离变量n可以根据T值而填入0～T范围内的一个数值，以形成一个完整的波形。
进一步地，图2显示了式1中振幅A设为0时的实施例，长条状微透镜42在Y轴方向上的表面会呈平坦状，如此光线通过长条状微透镜42时不易发生Y轴方向的折射，使得光线仅在X轴方向发生折射扩散，于是灯条结构点亮后呈现往X轴方向延伸的一维线型图案。
此外，因全反射等因素限制，透镜曲率半径具有扩光角度极限。图3为图2虚线处的放大图，如图3的局部放大图所示，本发明的长条状微透镜42的表面上进一步形成有多个光栅46，以使光线产生绕射而更加扩散。光栅46由沿Y轴方向延伸排列的凹凸结构所形成，以使长条状微透镜42表面的折射率产生周期性变化(例如，空气折射率和长条状微透镜42本身折射率交替)。当光线通过折射率周期性变化的表面时会产生绕射现象而突破折射时全反射角度限制，增加扩散角度。由于本发明一实施例的光栅46沿Y轴方向延伸排列，经绕射后的光线则会往X轴方向扩散，因此使通过长条状微透镜42的光线仅在X轴方向上更大角度地扩散。此外，长条状微透镜42的折射效果还可弥补光线绕射的不均匀性，当光线通过导光膜40后可产生均匀且扩散角度大的一维线型图案，本发明中X轴方向即为一维线型图案的延伸方向。
光栅46的尺寸可根据点光源阵列20的发光波长而进行调整。较佳地，适用于本发明一实施例的光栅46宽度w介于0.25μm～1.5μm，深度h介于0.1μm～1.5μm之间，且间距(pitch)p介于0.5μm～3μm。
接着，图4显示了本发明另一实施例中导光膜表面的微结构示意图，其为式1中振幅A≠0时的实施例，且显示长条状微透镜42为在Y轴方向上表面形貌呈高低起伏的波浪状微透镜。图5为图4中导光膜表面的a-a’处的部分截面图。通过图5的a-a’截面图，长条状微透镜42在Y轴方向上的表面形貌为由至少两个随机波形接续而成的波浪状，其中第一区间D1的波形可由第一正弦函数(A＝A1，T＝T1，n＝0～T1)所定义，第二区间D2的波形可由第二正弦函数(A＝A2，T＝T2，n＝0～T2)所定义。长条状微透镜42在Y轴方向上的表面形貌并不限于上述波浪状，只要表面形貌包含至少两个正弦函数所定义的波形，且每一个波形的振幅A、周期T为随机产生。
波浪状的形貌可使长条状微透镜42在Y轴方向上形成多个类似透镜的凸面48，且当光线穿过凸面48时可在Y轴方向上折射扩散，进而形成在Y轴方向具有一定宽度的一维线型图案(一维线型图案的长度方向为X轴方向)。当增加振幅A及/或减少周期T时，凸面48的曲率半径变小，Y轴方向的扩散效果变大，Y轴方向的图案宽度增加；当减少振幅A及/或增加周期T时，凸面48的曲率半径变大，Y轴方向的扩散效果变小，进而减少Y轴方向的图案宽度。
虽然在上述内容说明了长条状微透镜42在Y轴方向上的表面形貌由至少两个相异的正弦函数所定义，但在未示出的实施例中也可由单一正弦函数连续重复所定义。此外，任两相邻长条状微透镜42的表面形貌可不相同，这些设计皆可有助于图案的辉度均匀分布。
在本发明另一实施例中，为了使长条状微透镜42在Y轴方向上表面呈波浪状，适用的振幅A的范围为大于0μm，且振幅A的大小应小于长条状微透镜42的高度H的一半，以使Y轴方向的图案宽度控制在预定范围内。较佳地，振幅A介于0.5μm～45μm。
虽未图示，但在本发明另一实施例中，表面呈波浪状的长条状微透镜42的表面上亦形成有在Y轴方向上延伸排列的相同光栅结构，以使绕射后的光线往X轴方向扩散。
适用本发明的具有光栅46的长条状微透镜42的形成方法例如可为习知的压印方法，例如但不限于以钻石刀及聚焦离子束(Focus Ion Beam,FIB)来制造凹面母模，再利用母模于膜厚介于20μm～500μm的导光膜40表面上压印，以形成包含多个光栅46的多个长条状微透镜42。适用本发明的导光膜材料为光学级的透明树脂，较佳的包含PMMA、PET、PC及TAC等，且折射率介于1.4～1.65之间。
再者，习知技术中扩散膜会与光源隔有一段距离，以具有足够的扩散效果，但由于本发明的导光膜40可藉由折射及绕射机制进行扩光，即使在较小间隔的情况下也能够具有相比习知扩散膜同等或更佳的扩散性。较佳地，本发明中导光膜40与点光源阵列20之间的间距可为0.1mm～50mm。
实施例
以下通过实施例以及比较例来说明本发明的灯条结构的光扩散效果。
(灯条制作)
实施例1
提供厚度为100μm的PET导光膜，通过习知压印方法在其表面上形成顶点高度H＝20μm、X轴方向的底部宽度Lx＝80μm、X轴方向的曲率半径Rx＝50μm、Y轴方向的表面呈平坦状的多个长条状微透镜，并且每一个长条状微透镜的表面上形成沿着Y轴延伸排列的深度h＝0.6μm、宽度w＝0.4μm的多个光栅，且光栅的间距p＝0.8μm。
准备电路基板，将由LED组成的点光源阵列安装在电路基板，将上述压印完成的导光膜设置在点光源阵列的出光侧上，而具有长条状微透镜的一面背对点光源阵列的出光侧，导光膜离点光源阵列的间距为3mm。
实施例2～3
如同实施例1的灯条结构的制作方法，实施例2～3的差异在于长条状微透镜于Y轴方向上的表面形成依据多个正弦函数A×sin(2nπ/T)所定义的形貌。长条状微透镜、光栅的尺寸以及波形参数如表1所示。
比较例1
如同实施例1的灯条结构的制作方法，其差异在于未在导光膜的长条状微透镜表面上形成光栅。
表1
Figure BDA0002242784310000081
(光源分布测量)
将实施例1以及比较例1的灯条结构进行光源分布测量，将光线正交射入膜材中，然后量测光线扩散角与相对光源强度之间的关系。将比较例1中扩散角为0度时所量测的强度设为1，再将其他角度所量测的强度转换为相对值，其结果整理于图6。
通过图6中光源强度分布的比较结果，其显示实施例1中光线通过具有光栅结构的长条状微透镜时，光线在一维方向(X轴方向)的扩散角可达40度，且在扩散角0至40度范围内亦有相对均匀的辉度；而比较例1中点光源阵列所发出的光线通过未具有光栅结构的长条状微透镜时，光线的强度在一维方向随着扩散角增加而快速衰退。由图6的比较结果可证实：长条状微透镜的表面上形成有光栅时，光线通过导光膜后可产生折射及绕射，使光线的扩散角增加且在角度范围内有均匀的辉度。实施例2～3中导光膜在长条状微透镜的表面上同时形成有光栅，同样能够使光线扩散并在较大扩散角范围内具有均匀的辉度。
进一步地通过图7的灯条结构在暗处点亮时的影像图来说明，左侧为实施例1的灯型图案，右侧为比较例1的灯型图案，可见实施例1的灯型图案呈一直线且辉度均匀，而比较例1的灯型图案边缘呈现不规则，且在两个点光源之间有暗部产生的现象(灯型图案不连续)。
藉由以上说明，本发明的灯条结构中将多个长条状微透镜排列于导光膜表面上，通过长条状微透镜使光线折射而在一维方向上扩散，再通过长条状微透镜表面上所形成的多个光栅使光线产生一维方向绕射，如此光线能够在同一维度上均匀扩散，进而使灯具产生均匀的一维线型图案。
由于本发明中所使用的导光膜具有显著的一维扩散性，即使将导光膜与点光源阵列之间的间距缩小时，还是能够通过导光膜的高扩散性来弥补扩散距离不足的问题，因此本发明的灯条结构适用于灯具空间有限的情况。
又，本发明中所使用的导光膜因扩散性佳，可减少发光二极管使用数量，进一步具备节能效果。
本发明提供一种灯条结构，包含电路基板、点光源阵列、以及导光膜。导光膜在相对于点光源阵列的另一侧表面包含多个长条状微透镜，该长条状微透镜在表面上还具有多个光栅。成列的点光源阵列所发出的光线可在导光膜内的折射及绕射，可使点光源阵列所发出的光在在其排列的一维方向的扩散角增加，进而使灯条结构呈现辉度均匀的一维图案。同时因为点光源阵列所发出的光扩散性佳而能减少发光二极管使用数量，具备节能效果，还能缩短导光膜与点光源阵列之间的间隔，有助于灯具的小型化。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (12)

1.一种灯条结构，其特征在于，包含：
电路基板；
点光源阵列，该点光源阵列沿第一方向成一维线型排列的方式设置于该电路基板上；以及
导光膜，该导光膜配置于该点光源阵列的出光侧，且该导光膜在相对于该点光源阵列的另一侧表面上包含多个长条状微透镜，该长条状微透镜沿与该第一方向垂直的第二方向延伸排列，于该长条状微透镜的表面形成有多个光栅，其中，该光栅沿该第二方向延伸排列。
2.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，每一该长条状微透镜在该第一方向上的底部宽度介于15μm～1000μm。
3.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，每一该长条状微透镜的底部至顶点的高度介于1μm～100μm。
4.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，每一该长条状微透镜于该第一方向的表面曲率半径介于7.5μm～125000μm。
5.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，每一该长条状微透镜在该第二方向上的表面具有依据正弦函数式A×sin(2nπ/T)所定义的形貌，其中振幅A介于0μm～45μm，周期Τ介于5μm～500μm之间，距离变量n介于0～T。
6.如权利要求5所述的灯条结构，其特征在于，当振幅A＝0时，每一该长条状微透镜为在该第二方向上表面呈平坦状的柱状微透镜。
7.如权利要求5所述的灯条结构，其特征在于，当振幅A≠0时，每一该长条状微透镜为在该第二方向上表面呈高低起伏的波浪状微透镜，且任两相邻的该长条状微透镜的形貌为不同。
8.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，每一该光栅的宽度介于0.25μm～1.5μm。
9.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，每一该光栅的深度介于0.1μm～1.5μm。
10.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，该光栅的间距介于0.5μm～3μm。
11.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，该点光源阵列与该导光膜之间的间距介于0.1mm～50mm。
12.如权利要求1所述的灯条结构，其特征在于，该导光膜的折射率介于1.4～1.65。
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