TW201533506A - 平面光源裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種平面光源裝置及其製造方法，包括一種以甲基丙烯酸甲酯(MMA)及光散射粒子為原料並用鑄入聚合法製造之導光板，其上下分別具有一第一表面及一第二表面；至少一光條，其上具有複數發光二極體，光條位於導光板之側邊，且發光二極體設於導光板內以發出光線；平面光源設為單面發光時，設於第二表面外側之一反射片，將光線反射；以及設於第一表面外側之擴散片，將反射片之反射光散射；平面光源設為兩面發光時，第一表面及第二表面外側皆為擴散片。由於製造導光板時預置發光二極體及光散射粒子於模具中，因此發光二極體及光散射粒子與導光板一體成型，可避免光源散失，提高平面光源裝置之效率。

Description

平面光源裝置

本發明係關於一種運動裝置本發明係有關一種光源模組，特別是一種平面光源裝置及其製造方法。

按，目前以發光二極體為光源之側光式平面光源模組是將複數發光二極體組裝在一基板本體上，請參考第1a圖及第1b圖，其為採用楔型導光板之一實施例的側視圖及俯視圖，該側光式光源模組包括一導光板2及複數發光二極體10，導光板一般為壓克力粒射出成型，於導光板2上下分別設有一擴散板22及一反射板24，基板本體為光條12，發光二極體10設在光條12之一面，接著再將此光條12之發光面對準導光板2之入光面20，光線經反射片24反射後從擴散片22處散射，轉變成均勻的面光源。

第2a圖及第2b圖為現有的另一種光源模組之前視圖及俯視圖，其採用平板導光板4，於兩側各設有一光條12及發光二極體10。

光條通常為一條狀基板本體，其上具有一正極導電軌跡與一負極導電軌跡，光條製造為依序將複數個封裝完成之發光二極體設置在該條狀基板本體上，並將每一個封裝完成之發光二極體之正負極端分別電性連接於該條狀基板本體之正負極導電軌跡。

為促使光源模組獲得均勻的輝度，通常在導光板的表面印刷不同於壓克力板折射率的材料，或直接在導光板表面形成不同角度的折射面。第3a圖至第5b圖為三種現有的側光式光源模組實施例之前視圖及俯視圖，其中第3a圖及第3b圖係在導光板2之第二表面18上形成含有光散射粒子、由透明樹脂構成之油墨層30；第4a圖及第4b圖係在導光板2之第二表面18上製造複數粗糙塊40，使第二表面18成為凹凸面；第5a圖及 第5b圖係在導光板2之第二表面18上挖射出複數凹痕50，使第二表面18成為鋸齒面；此三種實施例皆是利用增加反射或散射面積使光線均勻，但現行技術之效率與導光板之入光面20厚度與入光面20之鏡面加工平整度成正比，在成本、重量及厚度考量下，常需犧牲效率以取得各方面的平衡，且光源與導光板分離會使光線散失，降低照度。

另因導光板厚度限制及光條製造方便性，目前側光式光源模組通常會採用功率較小表面黏著型(SMD)發光二極體，此類發光二極體因外形及結構限制，散熱效果通常不佳，無法使用大電流驅動，故需較多數量發光二極體，且整體光源模組效率不佳，製程複雜，雖然側光式平面光源模組具有薄形化、柔和、均勻的高品質光源等優點，但成本太高，除了做為液晶顯示器之背光模組外，在一般照明市場並不普及。

因此，本發明即提出一種平面光源裝置及其製造方法，以克服上述該等問題，具體架構及其實施方式將詳述於下。

本發明之第一目的在提供一種平面光源裝置，其係將發光二極體與導光板一體成型，光線幾可完全進入導光板，大幅提高平面光源裝置之效率。

本發明之第二目的在提供一種平面光源，其中一種折射率不同於導光板且不吸收可見光的粒子以近光源疏、離光源密的方式分佈在導光板內形成光散射粒子，再經由導光板上下分別設有擴散片及反射片使光源模組單面獲得均勻輝度，亦可在導光板上下皆設擴散片使成為兩面皆為發光面之平面光源裝置

本發明之第三目的在提供一種平面光源裝置之製造方法，其係將發光二極體置於模具的側邊，接著注入可聚合成內含光散射粒子之導光板的調和物，使發光二極體及光散射粒子與導光板一體成型。

本發明之第四目的在提供一種發光二極體光條，其除能在與導光板一體成型時易於安裝在模具內，更具有能快速傳導發光二極體產生之熱能，無長度限制及極低製造成本等優點。

為達上述目的，本發明提供一種平面光源裝置，包括：一內含光散射粒子之導光板、至少一發光二極體光條、一反射片及一擴散片或二擴散片。導光板之上下分別為一第一表面及一第二表面；光條位於導光板之側邊，其上具有複數個發光二極體，且發光二極體設於導光板內以發出光線；平面光源設為單面發光時，反射片設於第二表面之外側，將光線反射，擴散片設於第一表面之外側，將反射片之反射光散射出均勻面光源。設為兩面發光時，第一表面及第二表面外側皆為擴散片。

本發明更提供一種前述平面光源裝置中導光板之製造方法，包括下列步驟：將複數發光二極體裝設在至少一光條上，將光條放置於一下模具之側邊；接著將複數材料調和成一調和物，材料包括甲基丙烯酸甲酯及聚合開始劑，並將調和物預備聚合及漿化；將漿化後之調和物及光散射粒子注入下模具中，再將上模具及下模具組合成一個完整模具後，利用熱處理使調和物於模具內聚合，最後脫模形成一導光板。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

2‧‧‧楔型導光板

4‧‧‧平板導光板

6‧‧‧凹型導光板

8‧‧‧楔型導光板

9‧‧‧平板導光板

10‧‧‧發光二極體

12‧‧‧光條

14‧‧‧發光二極體晶片

16‧‧‧第一表面

18‧‧‧第二表面

20‧‧‧入光面

22‧‧‧擴散片

24‧‧‧反射片

26‧‧‧薄邊

28‧‧‧光條基板本體

30‧‧‧油墨層

32‧‧‧光散射粒子

34‧‧‧封裝體

40‧‧‧粗糙塊

50‧‧‧凹痕

60‧‧‧中間金屬板

62‧‧‧左邊金屬板

64‧‧‧右邊金屬板

66‧‧‧凹杯

68‧‧‧出光面

70‧‧‧電源接點

第1a圖及第1b圖分別為先前技術中採用楔型導光板之光源模組的前視圖及俯視圖。

第2a圖及第2b圖分別為先前技術中採用平板導光板之光源模組的前視圖及俯視圖。

第3a圖及第3b圖分別為先前技術中採用楔型導光板並於其上設置油墨層之 光源模組的前視圖及俯視圖。

第4a圖及第4b圖分別為先前技術中採用楔型導光板並於其上設置粗糙塊之光源模組的前視圖及俯視圖。

第5a圖及第5b圖分別為先前技術中採用楔型導光板並於其上設置凹痕之光源模組的前視圖及俯視圖。

第6a圖及第6b圖分別為本發明中採用凹型導光板且內置發光二極體及光散射粒子之單面發光光源模組的前視圖及俯視圖。

第7a圖及第7b圖分別為本發明中採用楔型導光板且內置發光二極體及光散射粒子之單面發光光源模組的前視圖及俯視圖。

第8a圖及第8b圖分別為本發明中採用平板導光板且內置發光二極體及光散射粒子之單面發光光源模組的前視圖及俯視圖。

第9a圖及第9b圖分別為本發明中採用凹型導光板且內置發光二極體及光散射粒子之雙面發光光源模組的前視圖及俯視圖。

第10a圖及第10b圖分別為本發明中採用楔型導光板且內置發光二極體及光散射粒子之雙面發光光源模組的前視圖及俯視圖。

第11a圖及第11b圖分別為本發明中採用平板導光板且內置發光二極體及光散射粒子之雙面發光光源模組的前視圖及俯視圖。

第12a圖、第12b圖及第12c圖分別為本發明發光二極體光條之基板本體實施例之前視圖、俯視圖及側視圖。

第13a圖及第13b圖分別為本發明發光二極體光條與導光板一體成型後實施例之前視圖及俯視圖。

第14圖為本發明平面光源裝置之製造方法之流程圖。

本發明提供一種平面光源裝置及其製造方法，其係將發光二極體及光散射粒子內置於導光板中，第6a圖及第6b圖為本發明之一實施例 之前視圖及俯視圖，包括一凹型導光板6、至少一光條12、一反射片24及一擴散片22，凹型導光板6為內含光散射粒子32之透明壓克力板，光散射粒子以近光源端密度較低、遠光源端密度較高之形態分佈在導光板內，其上下分別為一第一表面16及一第二表面18，擴散片22在第一表面16外側，反射片24在第二表面18外側；光條12位於凹型導光板6之兩側，其上具有複數發光二極體10，且發光二極體10設於凹型導光板6內以發出光線；反射片24將光線反射，擴散片22再將反射片24之反射光散射出均勻面光源。

第6a圖及第6b圖之實施例中導光板為凹型導光板，第二表面18為向第一表面16凹入之曲面或弧面，而擴散片22與第二表面18之弧度相同。

第7a圖及第7b圖分別為本發明另一實施例之前視圖及俯視圖，其與第6a圖及第6b圖實施例之差異在於導光板為楔型導光板8，光條12只有一個，楔型導光板8有光條12端較粗，無光條12端為一薄邊26，薄邊26較細，發光二極體10及光散射粒子32同樣內置於楔型導光板8內，由反射片24將發光二極體10發出之光線反射到第一表面16，再從擴散片22散射出去。

第8a圖及第8b圖分別為本發明再一實施例之前視圖及俯視圖，其與第6a圖及第6b圖實施例之差異在於導光板為平板導光板9，第一表面16及第二表面18為平行之二平面，於平板導光板9之兩側皆設有光條12及發光二極體10，發光二極體10及光散射粒子32同樣內置於平板導光板9內，由反射片24將發光二極體10發出之光線反射到第一表面16，再從擴散片22散射出去。

以上之實施例，平面光源模組皆設為單面發光，當設為雙面發光時，需將導光板第二表面外側反射片24改為擴散片22，如第9a圖至第11b圖所示。

以上實施例中之光散射粒子32其材質特徵為折射率不同於壓克力導光板且不吸收可見光的微粒子，無機材料可選用二氧化矽、二氧化鈦、玻璃珠或空心玻璃珠等，有機材料可選用矽粉、聚碳酸酯樹脂、苯乙烯樹脂或環氧樹脂等。

針對以上之實施例，本發明更提供一種專有發光二極體光條，該光條包含有一基板本體，複數個發光二極體，第12a圖、第12b圖及第12c圖分別為本發明之發光二極體光條基板本體28實施例之前視圖、俯視圖及側視圖。光條基板本體28為三片等長金屬板膠合而成，三片金屬板彼此平行且互相絕緣，三片金屬板之一側面對齊設為出光面68，中間金屬板60較厚且寬，為鋁製成以快速傳導發光二極體所產生之熱能，其為出光面68之側面設有複數個凹杯66以設置發光二極體晶片14及內含視光源顏色所需之螢光粉的封裝體34，左金屬板62及右金屬板64較中間金屬板60薄且窄，各為發光二極體正極及負極導電軌跡，其材質以銅鍍銀為佳。

第13a圖及第13b圖分別為本發明發光二極體光條12與導光板8一體成型後實施例之前視圖及俯視圖，該光條之中間金屬板60前端設有複數發光二極體晶片14及封裝體34之出光面68設在導光板8之內，後端則在導光板8側邊之外以作為發光二極體散熱器或外接散熱器端點，正負極導電軌跡之左金屬板62及右金屬板64，除頂端部份在導光板8之外設為電源接點70，其餘皆設在導光板8內以隔絕外部環境對發光二極體影響。

基於以上，本發明所提供之發光二極體光條，具有簡潔構造及足夠的機械強度，故可在與導光板一體成型時易於安裝在模具內，且能快速傳導發光二極體產生之熱能，無長度限制及極低製造成本。

本發明所提供之平面光源裝置本身即可作為照明用之平面光源，亦可做為液晶顯示器之背光模組。

第14圖為本發明之平面光源裝置中導光板之製造方法之流程圖，首先將複數發光二極體晶片裝設在至少一光條基板本體之中間金屬板出光面的凹杯上，再將發光二極體晶片之正負極端依電路需求串聯及並聯電性連接於光條基板本體之正負極導電軌跡，最後將內含螢光粉之封裝材料塗佈在發光二極體晶片上形成封裝體完成步驟S10將發光二極體組裝在光條上，接著步驟S12將光條放置於一下模具之側邊，而依據模具形狀可選擇放置不同數量之光條，例如楔型導光板僅有一光條，但凹型導光板及平板導光板皆設有二光條；步驟S14將複數材料調和成一調和物，材料包括甲基丙烯酸甲酯及聚合開始劑，步驟S16另調和物預備聚合，此係讓 調和的單量體(monomer)發生初步的聚合，可施加熱處理，並接著將調和物漿化；步驟S18為將漿化後之調和物及光散射粒子注入下模具中，再將上模具及下模具組合成一個完整模具之注模步驟，步驟S20利用熱處理使調和物於模具內聚合，此步驟需施以熱處理以增進聚合的速度及效果；最後脫模形成一與發光二極體及光散射粒子一體成型之導光板，如步驟S22所述。

由於注入聚合法係將流體的甲基丙烯酸甲酯(MMA)經數小時緩慢聚合成固體壓克力(PMMA)，過程中工作溫度在110℃以下且壓力極低，故可將已裝設有複數發光二極體之光條及光散射粒子先預置於上下模具之間，依第14圖所述流程即可得到與發光二極體及光散射粒子一體成型之導光板。

綜上所述，本發明所提供之一種平面光源裝置及其製造方法係在製程時預先將發光二極體及光散射粒子放在模具中，產生與發光二極體及光散射粒子一體成型之導光板，使光線幾可完全進入導光板，大幅提高平面光源裝置之效率。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

6‧‧‧凹型導光板

10‧‧‧發光二極體

12‧‧‧光條

16‧‧‧第一表面

18‧‧‧第二表面

22‧‧‧擴散片

24‧‧‧反射片

32‧‧‧光散射粒子

Claims (14)

1. 一種平面光源裝置，包括：一導光板，其上下分別具有一第一表面及一第二表面；至少一光條，其上具有複數發光二極體，該光條位於該導光板之側邊，且該等發光二極體設於該導光板內，用以發出光線；一種光散射粒子，分佈於該導光板內部，以散射光線；一反射片，設於該第二表面之外側，將光線反射；以及一擴散片，設於該第一表面之外側，將該等光散射粒子散射光及反射片之反射光散射。
2. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該導光板為透明壓克力板且與該等發光二極體及該等光散射粒子為一體成型。
3. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該一反射片可改設為一擴散片，將該等光散射粒子散射光散射，使平面光源裝置兩面皆為發光面。
4. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該等光散射粒子在該導光板分佈之密度，由靠近該等發光二極體處朝遠離該等發光二極體處遞增。
5. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該等光散射粒子係為折射率不同於該導光板且不吸收可見光之微粒子物質。
6. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該光條包含有一基板本體，複數個發光二極體，該基板本體呈連續長條狀，為三片等長金屬板膠合而成，三片金屬板彼此平行且互相絕緣，該三片金屬板之一側面設為出光面。
7. 如請求項6所述之平面光源裝置，其中該三片金屬板之中間金屬板較左金屬板及右金屬板厚且寬，其為該出光面之側面設有複數個凹杯以設置該等發光二極體。
8. 如請求項7所述之平面光源裝置，其中該左金屬板及該右金屬板較該中間金屬板薄且窄，各為該等發光二極體正極及負極導電軌跡。
9. 如請求項7所述之平面光源裝置，其中該中間金屬板之前端設有該等複數發光二極體的部份設在該導光板之內，後端則在該導光板側邊之 外以作為該等發光二極體之散熱器或外接散熱器端點。
10. 如請求項7所述之平面光源裝置，其中該左金屬板及該右金屬板除頂端部份設在該導光板外部作為電源接點，其餘部份皆設在該導光板內。
11. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該等導光板為凹形導光板，該第一表面為平面，該等光條設於該導光板之兩側，且該第二表面為向該第一表面凹入之曲面或弧面
12. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該導光板為楔型導光板，設有該光條之一側較寬，遠離該光條之另一側較窄。
13. 如請求項1所述之平面光源裝置，其中該第一表面與該第二表面平行，兩側中至少有一側設有一該光條。
14. 一種如請求項1所述之平面光源裝置中導光板之製造方法，包括下列步驟：將複數發光二極體裝設在至少一光條上；將該光條放置於一下模具之側邊；將包括甲基丙烯酸甲酯及聚合開始劑之複數材料調和成一調和物，並利用熱處理將該調和物預備聚合及漿化；將漿化後之該調合物混合該等光散射粒子注入該下模具中，再將該上模具及該下模具壓合，使該調和物利用熱處理於該上、下模具內聚合；以及脫模形成一導光板。