TWI472814B - 導光模組 - Google Patents

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TWI472814B TW100138267A TW100138267A TWI472814B TW I472814 B TWI472814 B TW I472814B TW 100138267 A TW100138267 A TW 100138267A TW 100138267 A TW100138267 A TW 100138267A TW I472814 B TWI472814 B TW I472814B
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Description

導光模組
本申請案是有關於一種導光模組，且特別是有關於一種具有良好輸出效能且具有撓曲可能性之導光模組。
在傳統的導光模組中，線性光源所提供的光線多半從導光板的側入光面進入導光板中，以使光線能夠從導光板的出光面輸出，進而提供面光源。由於光源所提供的光線是從導光板的側入光面進入導光板中，因此光源的驅動電路多半集中設置於導光板的一側，以利於導光模組的組裝與量產。然而，若要進一步減少導光模組的整體厚度以讓導光模組具備一定程度的可撓性，導光板之側入光面的面積便會隨著導光板的厚度降低而減少，此時，從側入光面進入導光板之光線量不足，進而造成導光模組的輸出效能降低。很明顯地，在現有技術中(如美國專利號US 6,259,854)，導光模組中的光源需要外部框架來進行固定，且光源所發出的光線係從導光板的側入光面進入導光板中，為了顧及導光模組的輸出效能，現有技術的導光模組之厚度無法設計太小，也因此，導光模組不容易具備可撓性(flexibility)。
承上述，如何在不大幅降低導光模組之輸出效能的前提下，進一步降低導光模組的整體厚度，實為目前亟待解決的問題之一。
本申請案提供一種導光模組，其具有良好輸出效能且具有撓曲的可能性。
本申請案提供一種導光模組，其包括導光片及光源。導光片具有出光區及多個區域化微結構，出光區與區域化微結構位於導光片之第一表面上，且區域化微結構分佈於出光區以外，其中區域化微結構包含有一第一區域，且具有多個弧形凹槽。光源具有多個配置於第一表面上的發光元件，各個發光元件所發出的光線經由區域化微結構進入導光片，各個發光元件的發光面積為A，其中在被各個發光元件所覆蓋的第一區域之區域化微結構中，深寬比大於0.5之弧形凹槽所佔據的面積大於或等於0.5A。
為讓本申請案之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
 【第一實施例】
圖1為本申請案第一實施例之導光模組的示意圖，而圖2為本申請案第一實施例之導光模組的剖面示意圖。請同時參照圖1與圖2，本實施例之導光模組100包括一導光片110以及一光源120。導光片110具有一出光區112及多個區域化微結構114，出光區112與區域化微結構114皆位於導光片110之一第一表面110a上，且區域化微結構114分佈於出光區112以外。在本實施例中，區域化微結構114係相鄰於出光區112，但並不限於此。光源120具有多個配置於第一表面110a上的發光元件122，各個發光元件122所發出的光線經由區域化微結構114進入導光片110，詳細來說，區域化微結構114包含第一區域114a，且具有相同或不同深寬比的多個弧形凹槽(容後詳述)，第一區域114a係為區域化微結構114中，被各個發光元件122所覆蓋的區域。各發光元件122的發光面係朝向或覆蓋第一區域114a的區域化微結構114，各發光元件122的發光面積(即被發光元件122所覆蓋的第一區域114a之面積)為A。值得注意的是，在被各個發光元件122所覆蓋的第一區域114a之區域化微結構114中，深寬比大於0.5的弧形凹槽所佔據的面積大於或等於0.5A(例如是大於或等於0.6A或者大於或等於0.8A)。此外，區域化微結構114更可包含第二區域114b，具有相同或不同深寬比的多個弧形凹槽，第二區域114b係為區域化微結構114中，未被各個發光元件122所覆蓋的區域。而未被各個發光元件122所覆蓋的第二區域114b的區域化微結構114中，深寬比大於0.5之弧形凹槽所佔據的面積小於或等於0.7A(例如是小於或等於0.5A)。
在本實施例中，區域化微結構114所佔據的總面積(即第一區域114a與第二區域114b的總和)約為發光元件122之發光面積A的0.5倍至3倍(即0.5A至3A)。
從圖2可清楚得知，由於本實施例之發光元件122係貼近於導光片110之第一表面110a設置，因此前述之面積A與發光元件122之發光面積實質上相同。
在本實施例中，導光片110例如為一可撓性導光片，其材質例如為聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚環烯烴高分子(COP)或含氟或矽之樹脂材料等能夠傳導光線之材質。導光片110可選擇性地具有一與第一表面110a相對之第二表面110b，而導光片110具有多個分佈於第二表面110b上之出光微結構116，且出光微結構116對應於出光區112分佈。此外，導光模組100可進一步包括一配置於第二表面110b上之反射片140，且反射片140對應於區域化微結構114分佈。反射片140可以有效地降低光線從第二表面110b離開導光片110，進而增進導光模組100之整體輸出效能。此外，反射片140例如為銀反射片、白反射片或其他具良好反射率之材質。
導光片110上的區域化微結構114以及出光微結構116例如係採用雷射加工的方式製作，而所使用的雷射例如為二氧化碳雷射、Nd:YAG雷射、準分子雷射等。當然，此領域具有通常知識者可以採用其他加工方式，例如模具、印刷、網印、噴墨或其他機械加工方式，來進行區域化微結構114以及出光微結構116的製作。
以雷射加工為例，當導光片110之第一表面110a被特定強度之雷射光照射時，多個彼此平行的弧形凹槽會形成於第一表面110a上，這些弧形凹槽組合即為所謂的區域化微結構114。這些弧形凹槽的深度、排列間距、排列型態與雷射加工製程中所使用的雷射強度、雷射種類、照射次數相關，此領域具有通常知識者可以根據所需之弧形凹槽深度、排列間距、排列型態來調整雷射加工的工序。
關於區域化微結構114的加工方式，將於實驗例中進行詳細的描述。
在本實施例中，除了發光元件122之外，光源120可進一步包括一線路載板124，其中發光元件122配置於線路載板124上並與線路載板124電性連接。舉例而言，發光元件122可為發光二極體封裝(如頂發光型態之發光二極體封裝或側向發光型態之發光二極體封裝)，線路載板124可為一般的印刷電路板、金屬核心印刷電路板、可撓性印刷電路板，並不以所列舉者為限。
為了使發光元件122所發出的光線能夠更為有效率地進入導光片110中，本實施例之導光模組100可進一步包括一漏光抑制層130，此漏光抑制層130配置於出光區112以外的第一表面110a上以覆蓋第二區域114b的區域化微結構114，且漏光抑制層130具有多個開口130a以將第一區域114a的區域化微結構114暴露，且各個發光元件122分別嵌入對應之開口130a中。值得注意的是，區域化微結構114包含有相同或不同深寬比的多個弧形凹槽，在被各開口130a所暴露的第一區域114a之區域化微結構114中，深寬比大於0.5之弧形凹槽所佔據的面積大於或等於0.5A，而在被漏光抑制層130所覆蓋的第二區域114b之區域化微結構114中，深寬比大於0.5之弧形凹槽所佔據的面積小於或等於0.7A。此外，漏光抑制層130位於線路載板124與導光片110之間。
如圖2所示，開口130a的長度與寬度例如需足以讓發光元件122部分嵌入或完全嵌入，而漏光抑制層130的厚度T1(即開口130a的深度)例如係大於或等於各個發光元件122的厚度T2之一半。在本實施例中，漏光抑制層130為一反射板(例如銀反射板)，漏光抑制層130的長度、寬度例如係略大於或實質上等於發光元件122的長度、寬度，以使發光元件122能夠嵌入開口130a中，而漏光抑制層130的厚度T1可與各個發光元件122的厚度T2實質上相同，以使發光元件能夠完全嵌入開口130a中。
【第二實施例】
圖3A至圖3C為本申請案第二實施例之導光模組的剖面示意圖。請參照圖3A至圖3B，本實施例之導光模組200與第一實施例之導光模組100類似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之漏光抑制層130可為一具有開口130a之支撐板(如圖3A所示)，或者是包括一具有開口130a之支撐板132以及一位於導光片110與支撐板132之間的反射層134(如圖3B、圖3C所示)。值得注意的是，圖3C中的反射層134進一步延伸至開口130a的側壁上。
【第三實施例】
圖4A與圖4B為本申請案第三實施例之導光模組的剖面示意圖。請參照圖4A與圖4B，本實施例之導光模組300與第一實施例之導光模組100類似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之導光模組300不具有漏光抑制層130，但包括一功能層150，此功能層150覆蓋於線路載板124以及出光區112以外之部分第一表面110a上。在本實施例中，功能層150例如為一散熱層或一反射層。
當功能層150為散熱層時，功能層150能夠有效地將發光元件122以及線路載板124中的熱導出。當功能層150為反射層時，功能層能夠有效地將漏光反射回導光片110內，此時，功能層150的功能與第一實施例中之漏光抑制層130的功能類似，但功能層150的設置位置與第一實施例中之漏光抑制層130的設置位置仍有不同。
值得注意的是，功能層150之材質可與反射片140之材質相異(如圖4A所示)或相同(如圖4B所示)。當功能層150之材質可與反射片140之材質相同，功能層150與反射片140可以一併製作。舉例而言，功能層150可為鋁、銀、具有鋁鍍層之散熱膠帶散熱等良好且具備反射特性之材質。
【第四實施例】
圖5為本申請案第四實施例之導光模組的剖面示意圖。請參照圖5，本實施例之導光模組400與第一實施例之導光模組100類似，惟二者主要差異之處在於：導光片100的第一表面100a與第二表面100b上都具有區域化微結構114，光源120具有多個分別配置於第一表面110a及第二表面110b上的發光元件122，各個發光元件122所發出的光線分別經由對應的區域化微結構114進入導光片110，其中第一表面100a與第二表面100b上之區域化微結構114都滿足下列條件：在被各個發光元件122所覆蓋的第一區域114a之區域化微結構114中，深寬比大於0.5之弧形凹槽所佔據的面積大於或等於0.5A(例如是大於或等於0.6A或者大於或等於0.8A)；以及未被各個發光元件122所覆蓋的第二區域114b之區域化微結構114中，深寬比大於0.5之弧形凹槽所佔據的面積小於或等於0.7A(例如是小於或等於0.5A)。
此外，反射片140的設置位置也因為導光片100的第一表面100a與第二表面100b上都具有區域化微結構114而有所改變，在本實施例中，由於第一表面100a與第二表面100b都有光線射入，因此反射片140設置在導光模組400的側面，即線路載板124、漏光抑制層130遠離出光區112的側面。
【第五實施例】
圖6為本申請案第五實施例之導光模組的剖面示意圖。請參照圖6，本實施例之導光模組500與第四實施例類似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之導光模組500是由多個導光模組400堆疊而成。
【第六實施例】
圖7A與圖7B為本申請案第六實施例之導光模組的剖面示意圖。請參照圖7A與圖7B，本實施例之導光模組600與第一實施例類似，惟二者主要差異之處在於：本實施例之導光模組600採用了多個導光片110進行堆疊，使各導光片110中的第一區域114a之區域化微結構114能同時對應到發光元件122的發光面，且各個導光片110的延伸方向可以相同(繪示於圖7A)或不盡相同(繪示於圖7B)。
【實驗例】
圖8A與圖8F分別為本申請案之6組實驗例，係說明區域化微結構114的多個弧形凹槽之製作方式。請參照圖8A至圖8F，在此實施例中，將發光元件的發光面積固定為144 mm2 ，調整區域化微結構之設計(共6組)，以評估導光模組的輸出效果(出光區的出光輝度)。
在圖8A(實驗例A)中，採用寬度2mm之雷射照射導光片之表面，並使雷射沿著導光片之縱向移動約100mm以於導光片上形成1組縱向弧形凹槽。之後，將導光片旋轉90度。接著，使雷射沿著導光片之橫向移動約4mm，並且重複橫向移動之動作48次，以於導光片上形成48組與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽。縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽交錯的區域因為經過上述2次的雷射照射，因此可產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽。其他縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽未交錯的區域，產生深寬比較小的弧形凹槽。
在圖8B(實驗例B)中，採用寬度2mm之雷射照射導光片之表面，並使雷射沿著導光片之縱向移動約100mm以於導光片上形成1組縱向弧形凹槽。之後，將導光片旋轉90度。接著，使雷射沿著導光片之橫向移動約4mm，並且重複橫向移動之動作24次，以於導光片上形成24組與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽，其中任二組相鄰之橫向弧形凹槽之間相距2mm。縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽交錯的區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽。
在圖8C(實驗例C)中，採用寬度2mm之雷射照射導光片之表面，使雷射沿著導光片之縱向移動約100mm，並且重複縱向移動之動作2次，以於導光片上形成2組重疊寬度為1mm之縱向弧形凹槽(2組縱向弧形凹槽的總寬度為3mm，且縱向移動重疊區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽)。之後，將導光片旋轉90度。接著，使雷射沿著導光片之橫向移動約4mm，並且重複橫向移動之動作24次，以於導光片上形成24組與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽，其中任二組相鄰之橫向弧形凹槽之間相距2mm。縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽交錯的區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽。
在圖8D(實驗例D)中，採用寬度2mm之雷射照射導光片之表面，並使雷射沿著導光片之縱向移動約2mm，並且重複縱向移動之動作48次，以於導光片上形成24組重疊寬度為1mm之縱向弧形凹槽(縱向弧形凹槽的總寬度為3mm，且縱向移動重疊區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽)，其中任二組相鄰之縱向弧形凹槽之間相距2mm。之後，將導光片旋轉90度。接著，使雷射沿著導光片之橫向移動約4mm，並且重複橫向移動之動作24次，以於導光片上形成24組與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽，其中任二組相鄰之橫向弧形凹槽之間相距2mm。縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽交錯的區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽。
在圖8E(實驗例E)中，採用寬度2mm之雷射照射導光片之表面，使雷射沿著導光片之縱向移動約100mm，以形成1組長的縱向弧形凹槽，接著，並使雷射沿著導光片之縱向移動約2mm，並且重複縱向移動之動作24次，以於導光片上形成24組短的縱向弧形凹槽，各組短的縱向弧形凹槽與長的縱向弧形凹槽之間的重疊寬度為1mm(重疊區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽)，其中任二組相鄰之短的縱向弧形凹槽之間相距2mm。之後，將導光片旋轉90度。接著，使雷射沿著導光片之橫向移動約4mm，並且重複橫向移動之動作24次，以於導光片上形成24組與縱向弧形凹槽(包括長、短縱向弧形凹槽)交錯之橫向弧形凹槽以及24組未與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽。縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽交錯的區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽。
在圖8F(實驗例F)中，採用寬度2mm之雷射照射導光片之表面，並使雷射沿著導光片之縱向移動約2mm，並且重複縱向移動之動作48次，以於導光片上形成24組重疊寬度為1mm之縱向弧形凹槽(縱向弧形凹槽的總寬度為3mm，且重疊區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽)，其中任二組相鄰之縱向弧形凹槽之間相距2mm。之後，將導光片旋轉90度。接著，使雷射沿著導光片之橫向移動約4mm，並且重複橫向移動之動作48次，以於導光片上形成24組與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽以及24組未與縱向弧形凹槽交錯之橫向弧形凹槽。縱向弧形凹槽與橫向弧形凹槽交錯的區域即產生深寬比大於或等0.5之弧形凹槽。
前述之6組實驗例(實驗例A、實驗例B、實驗例C、實驗例D、實驗例E、實驗例F)中之區域化微結構的設計細節如表1所示，請參照。
表1中a1、b、b1之定義如下，請參照。
a1：在被各個發光元件所覆蓋的區域化微結構中(即第一區域)，深寬比大於或等於0.5之弧形凹槽所佔據的面積與A的比值。
b：未被各個發光元件所覆蓋的區域化微結構(即第二區域)所佔據的面積與A的比值。
b1：在未被各個發光元件所覆蓋的區域化微結構(即第二區域)中，深寬比大於或等於0.5之區域化微結構所佔據的面積與A的比值。
從表1之實驗例A、B可知，當b1越小，導光模組的出光輝度便越高。同樣地，從表1之實驗例C、D可知，當b1越小，導光模組的出光輝度便越高。
從表1之實驗例B、D可知，當a1越大，導光模組的出光輝度便越高。
從表1之實驗例E、F可知，當a1趨近於1，而b1趨近於0，導光模組的出光輝度可進一步越高。
綜上所述，本申請案之導光模組可應用於一大面積面光源照明，如照光醫療、顯示器背光源、前光源、廣告照牌、可彎曲燈具、發光薄膜燈飾、發光名牌等。本申請案在照光醫療方面的應用例如為新生兒黃疸照光、青春痘治療、減緩皮膚老化、促進傷口修復再生、生髮、緩解疼痛、季節憂鬱症、時差調整、牙科光治療等。本申請案亦可應用在發光墊被、發光毯上，其貼附於新生兒皮膚上，可達到大面積黃疸均勻照光治療，並可內建貼皮照度計與黃疸反射色度量測探頭，進行黃疸醫療之回饋控制系統。此外，本申請案在亦可應用於立體照光系統，依附臉部線條提供特定區域之均勻照度於臉部皮膚上，達到雷射傷口快速癒合。再者，本申請案在可應用於透明照光系統，於照光治療同時觀察傷口癒合狀況，並可進行照光條件回饋控制。
雖然本申請案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本申請案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本申請案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本申請案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400、500、600．．．導光模組
110．．．導光片
110a．．．第一表面
110b．．．第二表面
112．．．出光區
114．．．區域化微結構
114a．．．第一區域
114b．．．第二區域
116．．．出光微結構
120．．．光源
122．．．發光元件
130．．．漏光抑制層
130a．．．開口
132．．．支撐板
134．．．反射層
140．．．反射片
150．．．功能層
T1、T2．．．厚度
圖1為本申請案第一實施例之導光模組的示意圖。
圖2為本申請案第一實施例之導光模組的剖面示意圖。
圖3A至圖3C為本申請案第二實施例之導光模組的剖面示意圖。
圖4A與圖4B為本申請案第三實施例之導光模組的剖面示意圖。
圖5為本申請案第四實施例之導光模組的剖面示意圖。
圖6為本申請案第五實施例之導光模組的剖面示意圖。
圖7A與圖7B為本申請案第六實施例之導光模組的剖面示意圖。
圖8A與圖8F分別為本申請案之6組實驗例。
100．．．導光模組
110．．．導光片
110a．．．第一表面
110b．．．第二表面
112．．．出光區
114．．．區域化微結構
120．．．光源
122．．．發光元件
124．．．線路載板
140．．．反射片

Claims (15)

  1. 一種導光模組，包括：一導光片，具有一出光區以及多個區域化微結構，該出光區與該些區域化微結構位於該導光片之一第一表面上，且該些區域化微結構分佈於該出光區以外，其中該些區域化微結構包含有一第一區域，且具有多個弧形凹槽；一光源，具有多個配置於該第一表面上的發光元件，其中各該發光元件所發出的光線經由該些區域化微結構進入該導光片，而各該發光元件的發光面積為A，且該些區域化微結構滿足下列條件：在被各該發光元件所覆蓋的該第一區域之該些區域化微結構中，深寬比大於0.5之該些弧形凹槽所佔據的面積大於或等於0.5A。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該些區域化微結構更包括一第二區域，且具有多個弧形凹槽，而該些區域化微結構滿足下列條件：在未被各該發光元件所覆蓋的該第二區域之該區域化微結構中，深寬比大於0.5之該些弧形凹槽所佔據的面積小於或等於0.7A。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之導光模組，更包括一漏光抑制層，配置於該出光區以外的該第一表面上以覆蓋該第二區域的該區域化微結構，該漏光抑制層具有多個開口以將該第一區域的該區域化微結構暴露，且各該發光元件分別嵌入對應之開口中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之導光模組，其中該漏 光抑制層的厚度與各該發光元件的厚度實質上相同。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之導光模組，其中該漏光抑制層的厚度大於或等於各該發光元件的一半厚度。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之導光模組，其中該光源更包括一線路載板，該些發光元件配置於該線路載板上並與該線路載板電性連接，且該漏光抑制層位於該線路載板與該導光片之間。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之導光模組，其中該漏光抑制層為一反射板。
  8. 如申請專利範圍第3項所述之導光模組，其中該漏光抑制層為一支撐板。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之導光模組，其中該漏光抑制層包括：一支撐板；以及一反射層，其中該反射層位於該導光片與該支撐板之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該導光片具有一與該第一表面相對之第二表面，而該導光片具有多個分佈於該第二表面上之出光微結構，且該些出光微結構對應於該出光區分佈。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之導光模組，更包括一配置於該第二表面上之反射片，其中該反射片對應於該些區域化微結構分佈。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該光源更包括一線路載板，該些發光元件配置於該線路載板上 並與該線路載板電性連接，且該些發光元件位於該線路載板與該導光片之間。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之導光模組，更包括一功能層，其中該功能層覆蓋該線路載板以及該出光區以外之部分第一表面，且該功能層為一散熱層或一反射層。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該導光片為一可撓性導光片。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該區域化微結構所佔據的總面積約為0.5A至3A。
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