CN1971320B - 发光单元及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明的背光单元包括：多个发光单元，每个发光单元包括：一导线架，其具有互相垂直的第一部分和第二部分；一固态光源，其位于该导线架的第一部分，且电性连接至该导线架的第二部分；以及；一导光器，用以导向接收自该固态光源的光；该固态光源与该导线架的第一部分以一模造材料一起进行模造，以使该单一的固态光源可固定于对应的该导线架上，且该模造材料构成该导光器的第一部分；该导光器还具有第二部分，该第一部分邻接该固态光源且该模造材料为抗热及/或抗UV的材料组成，该第二部分远离该固态光源且由透光率高于该抗热及/或抗UV的材料的材料组成。

Description

发光单元及其形成方法

【技术领域】

本发明是关于一种背光单元及其形成方法。 

【背景技术】

在欧洲专利申请号第EP-0751340-A2号中，其发光单元包括一个以上的光源将光射入导光器。举例来说，导光器是一个具有横向宽度及纵向长度的矩形平板。一般选择纵向作为导光方向，而将光源设置于横向的凹孔、狭缝、或开口。导光器与光源的连结方式包括黏接(bonding)、胶埋(potting)、胶黏(gluing)、或模造(molding)。上述配置可使光源发出的光沿着纵轴射入并穿过导光器。 

上述的发光单元具有数个构件，由于这些构件很脆弱，因此在制程中难以组合。此外，组合后的发光单元仍是脆弱的元件，在后续制程如背光单元的组立仍需小心处理。 

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供一种发光单元，包括固态光源；导光器，用以导向接收自该固态光源的光；其中固态光源发出的光导入导光器的导光方向；其中发光单元更包括导线架；固态光源固定于导线架上；以及固态光源与至少部份导线架以模造材料一起模造，且模造材料构成至少部份的导光器。 

本发明也提供一种背光单元，包括上述的发光单元。 

本发明也提供一种可携式电子元件，包括上述的背光单元。 

本发明更提供一种显示元件，包括上述的背光单元。 

【附图说明】

第1A图是本发明的发光单元的示意图，其包括固定于导线架上的固态光源阵列，两者以模造材料进行模造； 

第1B图是本发明的示意图，其固态光源固定于导线架上，且模造材料构成部份的导光器； 

第1C图是本发明的示意图，其含有一固态光源，以及固定于导线架上的固态光源； 

第1D图是本发明的示意图，其固态光源阵列固定于导线架上； 

第1E图是本发明的示意图，其反射盒紧贴导线架以形成单一单元； 

第1F图是本发明的示意图，其反射盒紧贴导线架，并以模造材料进行模造； 

第2图是本发明的示意图，其固态光源与固态光源周围的部份导线架以顺应层模造； 

第3A图是本发明的固态光源其纵向剖面图，其固态光源固定于导线架，与主体形成导光器的核心部份，上述构件均以模造材料进行模造； 

第3B图是本发明的主体与导线架(以模造材料进行模造)的横向剖面图； 

第3C图是本发明的示意图，其主体具有反射层； 

第3D图是本发明的示意图，其主体具有顺应层； 

第4A图是本发明的示意图，其导光器的第一部份为高抗热材料，导光器的第二部份为高透光材料；以及 

第4B图是本发明的示意图，其导光器的第一部份与第二部份使用不同材料，且以模造材料进行模造。 

【具体实施方式】

本发明提供一种发光单元，具有固态光源；导光器，用以导向接收自固态光源的光；其中固态光源发出的光导入导光器的导光方向；导光器更包括导线架，固态光源固定于导线架上；以及固态光源与至少部份导线架以模造材料一起进行模造，且模造材料构成至少部份的导光器。 

固态光源可为发光二极体(LED)、LED晶粒、LED晶片、雷射、雷射二极体、或类似物，固定于导线架上。上述固定方式可坚固及安全的固定固态光源于此部份的导光器。上述作法的好处在于导线架比导线引脚(lead pins)或导线膜(lead film)的机械稳定性或支撑力强，因此不会弯曲或断裂。另一好处在于导线架周围的固态光源及部份导光器的机械稳定度都因导线架而提高。 

上述设置可使固态光源发出的光导入导光器的导光方向(如上述矩形平板的纵轴)，可避免导光器表面的多重反射及吸收所造成的光逸 失。此种侧边导光的模式能使光高效率地导入导光器。 

固态光源与至少部份导线架以模造材料一起进行模造，且模造材料构成至少部份的导光器。举例来说，模造材料为热固性材料。热固性材料在加热及硬化的化学反应后即永久塑形，一般为高分子、树脂、或上述的衍生物。不过本发明的模造材料也可为热塑性材料，其在高温下融熔或软化，回到低温后可再次硬化。热塑性材料可多次重复热融及冷固的过程，而不会产生明显的化学变化。 

值得注意的是，导光器可模造为多种形状，如矩形平板、瓦状、矩形棒、或任何其他所需的形状。 

由于导线架给予模造材料的高稳定性，本发明的发光单元在制程中的处理及组装变得容易多了，且不易产生破损或碎裂的情形。 

在另一实施例中，导线架包括第一部份与第二部份，两者互相垂直。此90°弯曲的导线架在将固态光源固定于第一部份以作为上光发光(top-firing)的同时，固态光源的方向与导光器的相对位置仍可随设计变化。弯曲导线架提供发光单元紧密且平面化的设置，其中导线架的第二部份将电性连接至外部驱动电路。 

在另一较佳实施例，导线架还包含了一反射盒(reflector casing)作为导线架的添加部份，两者紧密接触以形成单一单元。反射盒以匣状物为佳，可具有或不具有底部表面。反射盒的侧边及底部可作为反射表面，其材质较佳为金属。 

在另一实施例中，导光器可整合至反射盒。将导线架与反射盒形成上述的单一单元的好处在于，导线架与反射盒以模造材料进行模造时，可同时将导光器整合至反射盒。由于导光器与反射盒间不存在空气，可避免光逸失。 

在另一实施例中，反射盒为镜像反射器(specular reflector)。导线架也作为模内模造的镜像反射器。反射盒较佳为金属材质，或其他高反射性质的材料。与白色塑胶相较，金属的好处在于使光产生镜像反射而非扩散。镜像反射器的好处在于其光的反射角度或改向角度适合内部全反射，而扩散反射器则将光重新分布为不同角度，因此前者可减少光逸失。 

在另一实例中，导光器具有基材形成的主体。 

在另一实施例中，主体是以模造材料进行模造。主体作为导光器 的核心部份，由基材组成。举例来说，基材为玻璃。主体、部份导线架、与固定其上的固态光源是以模造材料进行模造。将玻璃板、导线架、及反射盒进行模造则需较少的模造材料。上述构件组装时形成的间隙将被模造材料填满，而构成固态光源与核心部份主体之间的光学连结。主体位于可将光导入导光器的导光方向的位置，如前所述，光将自横向导入矩形平板，并由纵向穿越。以玻璃作为主体的好处在于便宜且易于取得。此外，玻璃的光学性质优于大部份的热固性或热塑性模造材料。 

在另一实施例中，导光器中邻接固态光源与导线架的第一部份，其组成为抗热及/或抗UV材料。导光器中远离固态光源的第二部份，其组成的透光率高于上述抗热及/或抗UV的材料。第一部份使用高抗热及/或抗UV材料的的优点在于，可避免第一部份因固态光源发出的热及或UV光而变色或碎裂。第二部份使用透光材料可提高导光器的透光度，减少导光器吸收光所造成的光逸失。 

在另一实施例中，本发明以顺应层模造固态光源与位于固态光源周围的部份导线架，用以分隔上述构件与模造材料。顺应层可吸收固态光源所造成的热应力。由于不同材料间的热膨胀系数不同，热应力会使模造材料产生分层或碎裂，而顺应层可避免这些问题。较佳的顺应层可为硅胶。 

在另一实施例中，发光单元更包括另一固态光源固定于导线架上，且以模造材料进行模造。在此实施例中，固定于导线架上的固态光源可为一或多个，形成固态光源阵列。这些固态光源与至少部份的导线架是以模造材料模造，且模造材料构成至少部份的导光器。采用多个固态光源的好处在于光输出(output)显著地增加。另一个好处在于，固态光源阵列中单一固态光源的强度可由其他固态光源分担，可有效降低单一固态光源的热负载。 

在另一实施例中，发光单元具有另一固态光源与另一导线架，另一固态光源固定于另一导线架上，且另一固态光源与至少部份的另一导线架以模造材料进行模造。在此实施例中，每一固态光源均分别固定于对应的导线架上。位于导线架上的线形固态光源可组合成固态光源阵列，将此阵列置于模具中并以模造材料进行模造，且模造材料形成部份导光器。 

在此实施例中，单一导线架上的单一固态光源阵列可排列成光源阵列。在其他实施例中，位于一导线架上的一固态光源阵列，与位于对应导线架上的单一固态光源阵列可组合排列成光源阵列。上述组合的方式使设计发光单元更具有弹性。另外，固态光源阵列可包含RGB三原色光源或单色光源。 

可以理解的是，本发明的发光单元可应用作为背光单元。本发明的发光单元的机械性质稳定，适于作为背光单元。此外，背光单元可更包括增光膜(brightness enhancement film)及扩散膜。其他好处如上述。 

可以理解的是，本发明的发光单元可应用作为可携式电子元件，特别是行动电话、PDA、手提电脑(pocket personal computer，PPC)、或笔记型电脑等。 

可以理解的是，上述的背光单元可应用作为显示器，如荧幕、投影装置、或电视等。 

本发明也提供形成上述发光单元的方法，如下述步骤。 

首先，固定固态光源至导线架上。接着在模具中对准导线架与固态光源，再以模造材料将固态光源及部份导线架进行模造，上述模造材料构成部份的导光器。此种作法的好处已详述于前。 

在另一实施例中，本发明形成发光单元的方法包括两个模造步骤，而非单一模造步骤。如前述的模造步骤，首先以抗热及/或抗UV的模造材料构成导光器的第一部份。接着进行另一模造步骤，以透光度高于第一部份的模造材料的模造材料构成导光器的第二部份。两个模造步骤的好处已详述于前，另一个好处在于经第一模造步骤后的半成品易于运输至第二模造步骤的机台。此外，在同样的第一模造步骤后，可依不同的产品需要来选择不同的第二模造步骤，以完成不同尺寸的发光单元。 

在另一形成发光单元的方法中，在模造步骤前，先于模具中对准主体与固态光源。主体由基材组成，如玻璃等高透光材料。此种作法的优点已详述于前。在上述对准步骤后，以模造材料将上述组件进行模造以形成发光单元。 

在另一形成发光单元的方法中，在模具中对准固态光源与导线架前，以顺应层模造固态光源与固态光源周围的部份导线架。较佳的顺 应层可为硅胶。形成此顺应层的方法包括浸渍(dipping)、胶埋(potting)、印刷或其他可用于硅胶等点胶材料的方法。顺应层的好处已详述于前。 

接下来将配合图式进一步说明本发明的优点及特徵。 

如1A图所示，本发明的发光单元100具有固态光源110阵列，其固定于导线架130上并以模造材料进行模造。上述的模造材料构成至少部份的导光器120。第1A图中的局部放大图显示固态光源110的阵列内单一单元，清楚显示固态光源110与导线130以模造材料进行模造，且模造材料构成至少部份的导光器120。 

较佳的固态光源110可为发光二极体(LED)、LED晶粒、LED晶片、雷射、雷射二极体、或其他合适的光源。发光单元100的固态光源110可为模造或无模造。固态光源110可为单色光源、RGB三原色光源、或白光光源。 

导线架130含有第一部份131与第二部份132，两者互相垂直。固态光源110是固定于导线架130的第一部份131，其设置可电性连接导线架130。上述的固定方式使固态光源110上光发光，其发光方向与导线架130的电性连接表面的方向平行，且固态光源110的方向与导光器120的相对位置仍可随设计变化。导线架130的第二部份132具有连接器或连接图案，用以电性连接外部电路(未图示)。举例来说，外部电路可为印刷电路板(printed circuit board，PCB)。由于导线架130的第二部份132具有连接器或连接图案，固态光源110不需额外连接器电性连接外部电路。固态光源110与PCB上的构件之间的连线可由适当地图案化导线架130完成。由于不需额外连接器，上述作法可降低发光单元100的生产成本。此外，导线架130与模造材料的机械强度可降低连接器断裂或损伤的风险。 

首先将固态光源110与固态光源110周围的部份导线架130固定于模具中。接着以热固性或热塑性材料进行模造或包覆模造(overmold)固态光源与至少部份导线架130，上述的模造材料构成至少部份导光器120。上述模造方法使固态光源110与导线架130两者间具有更佳的对准与机械固定。此外，模造也去除了固态光源110与导光器120之间的空气，可减少反射造成的光逸失。 

如第1B图所示，固态光源110固定于导线架130的第一部份131， 两者以模造材料进行模造，且模造材料构成至少部份导光器120。邻接固态光源110的导光器120为光重新导向部份121。由于固态光源110发出的光朝半球形的所有方向平均发射，这些不同入射角度的光并非全部适用于内部全反射。然而光必需以合适的入射角平均分布的射入导光器，才能产生内部全反射。光重新导向部份121可将大入射角度的光重新导向为导光方向的光，使其适于内部全反射。熟悉此技艺人士自可依需要调整上述配置，比如调整固态光源110的发光方向。 

此外，单一的固态光源110可固定于对应的导线架130上。复数个固态光源可线性排列以构成光源阵列。在此实施例中，位于导线架130上的固态光源110阵列，与位于对应导线架130上的单一固态光源110阵列可组合排列成光源阵列。上述构件可模造为发光单元100。 

如第1C图所示，为固态光源110与其固定于导线架130上的示意图。如前所述，此种设计可使固态光源110上光发光。与导线引脚与导线膜相较，导线架130具有较佳的机械稳定性。当固态光源110置于模具时，导线架130改善其机械对准并提供较佳固定性。 

如第1D图所示，固态光源110的阵列固定于导线架130上。如此则可应用不同光谱分布的固态光源。导线架130的另一个好处在于可使固态光源110彼此排列紧密，且可提高固态光源110对导光器120的光输出。此外，光源矩阵中的单一固态光源110的热负载可大幅降低，并可藉由变阻器调整任一固态光源110的光输出。 

如第1E图所示，发光单元具有导线架130与反射盒140，两者紧贴以构成单一单元。反射盒140可为匣状，可具有或不具有底部表面。反射盒140的材质较佳为金属。反射盒的侧部及底部可作为反射表面。此外，金属反射盒140本身性质较倾向作为镜像反射器而非光扩散器。扩散反射器永远将部份光重新导向为不适于内部全反射的光，并造成光逸失的问题。镜像反射器维持了入射光的分布角度，使入射光适于作为内部全反射的光并减少光逸失。 

如第1F图所示，是至少部份的导线架130、固态光源(未图示)、与反射盒140，上述构件以模造材料进行模造。模造材料构成导光器120，并将固态光源、部份导线架130与反射盒140整合。整合制程可去除反射盒140与导光器120之间的气隙，同时去除导光器120与固态光源之间的气隙。此外，导线架130与反射盒140也可以单一模造步 骤进行模造。 

如第2图所示，本发明以顺应层235模造固态光源210与固态光源210周围的部份导线架230。在以模造材料将固态光源210与固态光源210周围的部份导线架进行模造前，先形成顺应层235。由于固态光源210会产生热，这将使固态光源210附近的材料因热扩散系数不同产生热应力，并随之造成分层与碎裂等情况。而顺应层235(一般为透明材质)可作为应力缓冲层以吸收热应力。顺应层235较佳由硅胶等常见的应力缓冲材料所组成。除了优异的热性质外，硅胶也具有优秀的光学性质如透光度与折射率。就算与热塑性材料比较，硅胶的抗热及/或抗UV性质也相当好。综上所述，顺应层235可改善导光器220的光学与机械性质，并提高导光器220的使用寿命。顺应材料可由浸渍(dipping)、胶埋(potting)、印刷、或其他可用于硅胶等点胶材料的方法来形成。 

第3A图是本发明的固态光源310的纵向剖面图，其固态光源310固定于导线架330，与主体325(如玻璃板)形成导光器320的核心部份。固态光源310、部份导线架330、与主体325对准于一模具中，并以模造材料模造为单一单元。以玻璃作为导光器核心的好处在于玻璃很坚固，且形成发光单元100只需较少的模造材料即可联结主体325、导线架330与固态光源310。与热固性材料相较，玻璃的透光度较高也较便宜。由于导光器320的主要部份由主体325如玻璃构成，可简化发光单元100的制程与降低成本。 

第3B图是本发明的主体325、导线架330、与固态光源(未图示)的横向剖面图，上述构件以模造材料模造为发光单元100，且导线架330是反射器。 

此实施例若新增反射盒140，则模造材料也可连结主体325、导线架330与反射盒140。模造材料将填满主体325下面与上面的孔洞，完成固态光源310与主体325之间的光学连结。 

如第3C图所示，在另一实施例中，主体325如玻璃的边缘可涂布一反射层345。涂布后的主体可作为内部镜像反射器。将主体325模造时，模造材料将延伸至边缘的涂布层345外，以作为涂布层345的机械及环境保护层。 

如第3D图所示，在另一实施例中，可提供顺应层335至主体325。顺应层335的折射率与玻璃主体325及模造材料的折射率相同，避免主体325边缘的内部全反射所造成的吸收及光逸失。 

如第4A-4B图所示，固态光源固定于导线架上。在以高抗热性的模造材料进行模造固态光源与至少部份导线架时，此模造材料构成导光器的第一部份422。接着将导光器的第一部份置于模具中，并以透光度高于高抗热性的模造材料的材料模造，并形成导光器的第二部份424。 

在另一实施例中，导光器具有第一部份422及第二部份424，其中第一部份422包围固态光源与至少部份导线架。上述导光器可由另一模造材料426如热固性材料进行模造，如第4B图所示。 

对应第1A-1F图，该些图示所述的模造步骤是一步模造。此一步模造步骤中，先将固态光源110、至少部份的导线架130置于模具中，接着以聚合物模造。经上述模造步骤后，固态光源110发出的光可被导入导光器的导光方向。以矩形平板的导光器为例，光自横向侧导入并穿过纵向侧。这种使用单一模造材料的概念限制了许多参数如模造性、透光性、对导线架的附着力等。此种作法的缺点还包括产品只有在模造完成后才能进行测试。为了避免上述一步模造制程会造成的缺点，本发明采用两步模造制程。 

两步模造制程在使用不同的模造材料上具有更多弹性及可能性，可针对导光器120不同部份的功能选择合适的模造材料。举例来说，导光器的第一部份422邻接固态光源，其模造材料的抗热性及/或抗UV性较高。而导光器的第二部份424可在第一部份422模造后进行另一模造步骤，选用的模造材料的透光性比前述的抗热性及/或抗UV性材料的透光性高。 

将模造步骤分为两独立的步骤，可在两步骤间插入品管测试。举例来说，在第一模造步骤中，将导线架130、固态光源110、与连接器置入模具中并以模造材料进行模造。在进行第二模造步骤前，可先检查导光器的第一部份422的功能，如光输出或色点(color point)等。在品管检测后，将导光器的第一部份422置入另一模具并以具有高透光性的另一模造材料进行模造，以形成导光器的第二部份424。上述作法的好处在于，形成导光器的第一部份422后，此中间产品可轻易运送至同一条生产线或另外一间工厂，以进行第二模造步骤。 

上述连续的两步模造步骤也可应用于类似设计的不同产品。举例来说，大量的固态光源110固定于对应的导线架130可模造于一模具中，形成导光器的第一部份。稍后在与具有不同尺寸的导光器连结，形成发光单元100。 

模造材料可模造为各种体积，并具有不同功能如按键、扣环、弹簧、或占位符号(placeholder)等。模造方法可为现有制程如UV转印制程(UV replica process)，此制程可用目前的半导体模造设备进行，且具有较佳的制程控制。UV转印制程以毛细管作用力填满模具，可形成轮廓控制较佳的光学结构。此种制程可显著地减少制程周期(cycle time)，并改善产品的尺寸控制。 

本发明可由下列几点总结：发光单元具有固态光源固定于导线架与导光器上，用以将固态光源发出的光导入导光器的导光方向。固态光源与至少部份的导线架以模造材料进行模造，且模造材料构成至少部份的导光器。 

虽然本发明已以数个较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。 

【主要元件符号说明】 

100～发光单元；110、210、310～固态光源；120、220、320～导光器；121～光重新导向部份；130、230、330～导线架；131～导线架的第一部份；132～导线架的第二部份；140～反射盒；235、335～顺应层；325～主体；345～反射层；422～导光器的第一部份；424～导光器的第二部份。 

Claims (8)

1.一种发光单元，包括：

一固态光源阵列；

一导光器，具有横向宽度和纵向长度的矩形平板，用以导向接收自该固态光源阵列的光；

其中该固态光源阵列沿导光器的横向布置，发出的光沿导光器的纵向导入该导光器的导光方向；

其中该发光单元更包括一导线架；

该固态光源阵列固定于该导线架上；以及

该固态光源阵列与至少部份该导线架以一模造材料一起进行模造，且该模造材料构成该导光器的第一部分；

该导光器还具有第二部分，该第一部份邻接该固态光源阵列且该模造材料为抗热及/或抗UV的材料组成，该第二部份远离该固态光源阵列且由透光率高于该抗热及/或抗UV的材料的材料组成。

2.如权利要求1所述的发光单元，其中该导线架包括一第一部份与一第二部份，其中该第一部份与该第二部份互相垂直。

3.如权利要求1所述的发光单元，其中该导线架包括一反射盒。

4.如权利要求1所述的发光单元，其中该导光器包括一主体，其组成为一基材，其中该主体是以该模造材料进行模造。

5.如权利要求1所述的发光单元，更包括一顺应层模造该固态光源阵列以及该固态光源阵列周围的部份该导线架。

6.如权利要求1所述的发光单元，更包括另一固态光源阵列与另一导线架，且该另一固态光源阵列是固定于该另一导线架，且该另一固态光源阵列与部份该另一导线架以模造材料进行模造。

7.一种形成如权利要求1所述的发光单元的方法，包括：

固定该固态光源阵列至该导线架上；

在一模具中对准该导线架与该固态光源阵列；以及

以该模造材料将该固态光源阵列及部份该导线架模造，该模造材料为抗热及/或抗UV的材料且构成该导光器的一部分；

以一透光率高于该抗热及/或抗UV的模造材料的材料对部份该导光器进行模造以形成远离该固态光源阵列的第二部份。

8.如权利要求7所述的形成发光单元的方法，其中于一模具中对准该导线架与该固态光源阵列的步骤前，更包括以一顺应层封装该固态光源阵列与该固态光源阵列周围的部份该导线架。

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