TW201023379A - Light concentrating module - Google Patents

Description

201023379 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種光源集光模組，特別是有關於一 種利用光學膜片改變光線入射至光學楔形板的角度，使光 線在光學楔形板中產生全反射而傳遞的光源集光模組。 【先前技術】 ❹ 在能源短缺的情況下’油價屢創新高，而京都議定查 在石反減置上的規定，使得新能源和節能的綠色建築成為大 家注目焦點。在新能源中，目前商業化的首推太陽能發電。 . 由於太陽能模組廠如雨後春筍般地成立，石夕晶圓供不廡 求，價格頻頻高漲，結果不利於太陽能的普及，對太陽能 模組廠商也造成經營壓力。 ―、美國專利US 7190531揭露一種太陽能集光系統，使用 菲淫爾透鏡（Fresnel Lens)將陽光集中於太陽能晶片上， ❹此系統通常需搭配一太陽追蹤系統執行，使太陽能晶片永 遠面對陽光，增加集光效果。但此系統的厚度太大也笨重， 應用範圍有限。 美國專利US 6971756揭露一種輻射能收集與轉換裝 置，利用反射鏡集光，陽光照射到各反射鏡後，會反射到 太陽能晶片上，隨著反射鏡和太陽能晶片的位置不同，反 射鏡的傾斜角度也不同。但是，此系統仍需要光線追蹤系 統的配合執行，依然有系統笨重應用侷限的缺點。 美國專利US 6619282揭露一種太陽能集光裝置，利用 201023379 水做為導光物’並利用結構模組來侷限光線角度，將光線 導引至侧面’此裝置雖然能大幅地減少整體的厚度，但在 執行上’需要持續加水以維持功效。 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種光源集光模 組，利用一光學膜片改變入射的光線的角度，以便使光線 再度入射一光學楔形板後能在其中產生全反射而進行傳 遞使入射光源集光模組的光線全反射至光電轉換晶片的 比例增加，以提高光電轉換晶片的使用效率。 /本發明的光源集光模組包括：一光學膜片、一光學楔 形板以及至少一光電轉換晶片。光學膜片具有一光入射面 乂及光出射面’該光人射面係與該光出射面相向 光學楔形板具有一第一表面、一第二表面以及一第三表 表面與該第二表面係相向設置域第二表面與 夾角’該第三表面係相鄰於該第-表面 置轉換晶㈣設於該第三表面旁的位 學膜片使該Hx —適當角产人膘片藉由該先 在上述之較佳實_巾，該第二 夾角係大於0度且小於80度。 ，、以第一表面的 料製^述之較佳實施例中’該光學楔形板為高透光性材 201023379 在上述之較佳實施例中，該 石夕或週期表上m4v族的材轉換晶片的材料係以 在上述之較隹實施例中，在 構，該光線通過1¾微結構，可增加” 1表面上形成微結 光量。 違入該光電轉換晶片的 在上述之較佳實施例中，該井 構’其包括-奈米結構層，形成於該=:微奈米結

在上述之車^圭實施例中，該微奈米結構層為複數個截 面積呈上’j下的二維結構連續分佈㈣成，其中，該等 二維結構的週期為1〇〇〜6〇〇nm，高度為1〇〇〜57〇細。 在上述之杈佳實施例中，該微奈米結構更包括一金屬 層，形成於該奈米結構層上，該金屬層的材質可為金、銀、 鋁、錄、銅、鉻、氧化錫或氧化銦錫，該金屬層的厚度可 小於150nm。 在上述之較佳實施例中，該奈米結構更包括一硬膜 (hard coating)保護層，鍍於該金屬層的表面。 、 在上述之較佳實施例中，該光線出射該光學膜片的出 射角係大於50度且小於9〇度。 在上述之較佳實施例中’在該光出射面具有柱狀微米 結構’該柱狀微米結構可為剖面呈V形的溝槽結構，或者 是菲涅爾（Fresnel)透鏡結構。 為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更 明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作 詳細說明如下： 201023379 【實施方式】 第1圖為本發明的光源集光模組的示意圖。 本發明的光源集光模組1000包括一光學膜片100、一 光學楔形板200以及一光電轉換晶片300。 來自太陽或其他光源的光線入射於光學膜片100後， 光學膜片100使入射的光線偏折，而以一適當的角度入射 光學楔形板200，使入射光學楔形板200的光線在光學楔 形板200中全反射而傳遞，最後光線從光學楔形板200的 ® 側面穿透出，入射於位在光學楔形板200側面的光電轉換 晶片300。 第2圖為本發明的光源集光模組1000的侧視圖。光線 L入射光學膜片100的光入射面102,然後從光出射面104 離開光學膜片100，光入射面102係與光出射面104相向 設置，在本實施例中，光入射面102與光出射面104係平 行設置。在光入射面102上形成微奈米結構，用於減少光 線被光入射面102反射的光量，藉此增加入光量，在光出 射面104上形成柱狀微米結構，使光線在離開光出射面104 時，產生較大的折射角，如此可以較大角度入射光學楔形 板200，而柱狀微米結構在以後的段落中會詳細地說明。 光學楔形板200具有一第一表面202、一第二表面204 以及一第三表面206。第一表面202與第二表面204相向 設置，而且第一表面202與第二表面204不平行，而是具 有一夾角，第三表面206分別與第一表面202及第二表面 204相鄰，如此第一表面202、第二表面204以及第三表面 8 201023379 206形成一光學楔形板。從光學膜片100射出的光線入射 於光學楔形板200的第一表面202，經過折射後，入射第 二表面204，由於第二表面204與第一表面202之間具有 一夾角，因此入射第二表面204的光線是以大於全反射臨 界角的入射角入射，隨即光線在光學楔形板200中以全反 射的方式做橫向傳遞，然後從第三表面206射出，而由設 置於第三表面206旁的光電轉換晶片300所接收。第一表 面202與第二表面204的夹角係大於〇度且小於8〇度。 為了增加陽光入射光學膜片100的光量，在本實施例 中，可以在光入射面102上形成具有抗反射功能的微奈米 結構。此外，由於本發明之光源集光模組1〇〇〇可以應用於 窗戶或百葉窗上’為了避免雨水附著在光入射面1〇2上， 因此也可以在光入射面102上形成斥水性的微奈米結構； 或是在光入射面102上塗佈斥水性材料，例如是聚偏氟乙 烯(polyvinylidene fluoride)、聚諷(p〇iySUifone)、含聚合無 水物之反應改質劑(reactivity modifying agent)、聚秒氧橡 膠、丙烯腈-丁二婦-苯乙烯聚合物（Acrylonitrile-Butadiene -Styrene，ABS)，鐵氟龍(PTFE)，以達到斥水性的功能。 關於可以在光入射面102上所形成的抗反射或斥水性 的微奈米結構係以單層膜形成，其結構如第3圖所示，在 光學膜片1〇〇上形成奈米結構層15，在奈米結構層15的 上方形成一金屬層17。奈米結構層15可為截面積呈上小 下大的二維結構152連續分佈而形成，例如是錐狀（圖未 不出），三維結構152的週期為1〇〇〜6〇〇nm (週期的定義 9 201023379 為維結構152最高點至下—個三維結構152最高點 之巨，高度為100〜75〇nm。金屬層17的材質為金、 銀、銘山”、鉻、氧化錫或氧化銦锡，其厚度小於15〇請。 射丨2米結構層15的製作方法可如下：利用半導體微影 維結構152形成於一滾筒外緣以作為模仁， 余右—具有透光性的高分子_基材，並在其表面 ΐ目上人冑’使該透光性的高分子塑膠基材與前述模仁緊 ^並^緊密貼合部位照射uv光，使—穆硬化成 構層=脫模，就形成了具有三維結構152的一微奈米結 =由於微奈米結構層15的三維結構⑸之間具有 Γ僅有小面積接觸到水滴，附著力較小，加上水 二 =己的内聚力而聚集，而使得微奈米結構層15具有 構°如欲要有抗反射1 力能，財以在微奈米結 再行鍍上—金17㈣升光穿料並降低内 ❹ 此外，金屬層17表面可再加鏟硬膜師。ating) 保邊層（第5圖未示出）。 =了使從光學膜片剛出射的光線在入射第一表面 ==得到較大的入㈣，在光出射面1〇4上形成微結構， ::構的形態，如第4圖及第5圖所示，其中第4圖表示 微、、、口構為剖面呈V字形的漠槽結構，（其較佳頂角介於4〇 〜而第5圖表示微結構為菲涅爾（Fresnel)透鏡結構。 所明菲’圼爾透鏡結構是將傳統透鏡分成數個區域，去除每 個區域中心厚度部分，保留表面之曲率，已制同時削減 光學元件厚度並保持透鏡聚焦性質。 10 201023379 術f = = 結構係利用_切_製程技 於40度〜90子度 出射面1〇4’第5圖中的㈣係介 ::光:楔形板3〇〇 ’以下以—實施例說明第一表面 日:、，表面2°4的夹角與集光效率的關係，要注意的 疋’“所指的集光效率，乃是將光 經過光學膜片⑽將入射角：而: ❹百分全反射後集光至第三表面206的光量 構Α如/施例中’光學膜片⑽的光出射面104的 構為如第4圖的v字形溝槽，其頂角為51度。第6 楔形板200的第一表面2〇2與第二表面2〇4的 202的Τί效率的關係’圖中横軸表示光線入射第-表面 202的角度，縱軸表示隹本 ^ ^ θ , 木先效率，亦即由第三表面206出 !三條曲線，表示央角為度的光 為1度的光學楔形板，▲表示央角 ❹電轉換：片形板。從圖中可以看出，央角愈大，光 愈好’但角度愈大，光學楔形板的 ίο'οΐ ,以八吋面板為例’光學楔形板的角度多介 於〇〜10度。在本實施例中，光學膜片 Τ間= 為形溝心 〜=，而且ν字形溝槽的頂角介於4〇〜9〇度之間。 三表面施二效率’可在光學横形板細的第 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上’然其並非用以 201023379 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

12 201023379 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明的光源集光模組的示意圖。 第2圖為本發明的光源集光模組的侧視圖。 第3圖為本發明的光源集光模組中，形成光學膜片的 光入射面的微奈米結構。 第4、5圖為本發明的光源集光模組中，形成光學膜片 的光出射面的微結構，其中第4圖表示剖面呈V字形的溝 _ 槽，第5圖表示菲涅爾透鏡結構。 第6圖表示光學楔形板的第一表面與第二表面的夾角 與集光效率的關係。 【主要元件符號說明】 15〜 奈米結構層 17〜 金屬層 100- ^光學膜片 102〜光入射面 104- '^光出射面 152- i三維結構 200- i光學模形板 202〜第一表面 204- ◊第二表面 206〜第三表面 300- -光電轉換晶片 1000 〜光源集光模組 13 201023379

Claims (1)

1. 201023379 十、申請專利範圍·· 1 · 一種光源集光模組，包括： 一光學膜片，具有一井人身Q 入射面係與該光出射面相向設置；’—光出射面，該光 第三表’具有一第-表面、-第二表面以及-μ 表面與該第二表面係相向設置且該第二 表：與該第一表面形成一夾角，該第三表面係相鄰於該 一表面以及該第二表面；以及

   至少一光電轉換晶片，設於接近該第三表面旁的位置 j，其中來自一光源的光線穿透該光學膜片，藉由該光學 膜片，該紐以-適當角度人射於該第—表面，並在該第 一與ί二表面產生全反射，藉此該光線在光學楔形板中傳 遞並從該第三表面射出，由該光電轉換晶片接收。 二2.如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 該第二表面與該第一表面的夹角係大於〇度且小於80度。 ^、3.如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 该光學楔形板為高透光性材料製成。 =、>4.如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 該光電轉換晶片的材料係以矽或週期表上III或V族的姑 料製成。 ' .如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，复中 在·七专篆— /、Τ 〜乐三表面上形成微結構，該光線通過該微結構，可增 加進入該光電轉換晶片的光量。 a 6.如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 15 201023379 該光學膜片為向透光性材料製成。 7. 如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 該光入射面具有一微奈米結構’其包括一奈米結構層，形 成於該導光膜片上。 8. 如申請專利範圍第7項所述之光源集光模組，其中 該微奈米結構層為複數個截面積呈上小下大的三維結構連 續分佈而形成，其中，該等三維結構的週期為100〜 600nm，高度為 1〇〇〜57〇nm。 馨 9.如申請專利範圍第7項所述之光源集光模組，其中 該微奈米結構更包括一金屬層，形成於該奈米結構層上。 10. 如申請專利範圍第9項所述之光源集光模組，其中 該金屬層的材質為金、銀、鋁、鎳、銅、鉻、氧化錫或氧 化銦錫。 11. 如申請專利範圍第9項所述之光源集光模組，其中 該金屬層的厚度係小於150nm。 Φ12.如申请專利範圍第9項所述之光源集光模組，其中 該奈米結構更包括一硬膜(hard coating)保護層，鍍於該金 屬層的表面。 13.如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 e亥光入射面塗佈斥水性材料’如聚偏氟(乙稀(p〇iyvinyiidene fluoride)、聚諷(polysulfone)、含聚合無水物之反應改質劑 (reactivity modifying agent)、聚矽氧橡膠、丙稀腈-丁二烯- 苯乙烯聚合物（Acrylonitrile-Butadiene -Styrene，ABS)，鐵 氟龍(PTFE)。 16 201023379 14. 如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 該光線出射該光學膜片的出射角係大於5 〇度且小於9 〇度b 15. 如申請專利範圍第1項所述之光源集光模組，其中 在該光出射面形成微結構。 16·如申請專利範圍第15項所述之光源集光模組，其 中該微結構為剖面呈乂形的溝槽結構。 ，、 二17·如申請專利範圍第15項所述之光源集光模組，豆 微結構為菲淫爾（加⑽）透鏡結構。 攀 ❿ 17