TWI494658B - 發光裝置 - Google Patents

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TWI494658B TW100131929A TW100131929A TWI494658B TW I494658 B TWI494658 B TW I494658B TW 100131929 A TW100131929 A TW 100131929A TW 100131929 A TW100131929 A TW 100131929A TW I494658 B TWI494658 B TW I494658B
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Hyung Min Park
Kyoung Soo Ahn
Jeong Oh Lee
Yong In Lee
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Description

發光裝置
本發明主張關於2010年11月15日所申請的南韓專利案號10-2010-0113330以及2010年11月15日所申請的南韓專利案號10--2010--0113331的優先權，並在此以引用的方式併入本文中，以作為參考。
本發明係關於一種發光裝置，特別是一種可以避免因熱與衝擊對LED所造成之損害、去除熱點(hot spots)、並改善光效率(optical efficiency)之發光裝置。
為顯示一顯示影像，一背光單元係均勻地照明一LCD(無法自發光(self-luminous))之一後側。一導光板(light guide plate)係被包含在該背光單元中，以提供均勻照明與亮度；其係可為能夠將自一光源如一發光二極體(LED)發出之光均勻地傳輸至LCD之整體表面的一塑膠鏡片。
圖1係繪示有使用一LED作為一光源之一背光單元結構。如圖1所示，複數個LED 20係被提供於一印刷電路板10(printed circuit board，PCB)之上，且一導光板30係被提供以將自LED20發出之光傳輸至該背光單元之頂部。近來，業界不斷嘗試想要使用LED作為光源， 以產生一均勻表面光照射於整體的發光表面上。在此情況下，複數個LED係被排列於一平面表面上，且係被插入於形成在一導光板上之凹洞內。
然而，若一LED係被插入於一導光板中，接近LED之一表面上產生之熱會造成一熱點X的生成。熱點X會相對地提高鄰近LED之一區域的亮度，造成一亮點。
另外，在LED所發生之高溫或熱衝擊(thermal shock)會造成一導光板、一反射膜、及一PCB之熱膨脹。在此情況下，LED係因各元件間的熱膨脹率差異而損壞。
本發明之一方面在於提供一種發光裝置，其係具有一容納槽形成於一導光板之中，以容納一LED並填入一液態樹脂材料，進而避免LED因元件如導光板、反射膜、及PCB間的熱膨脹率差異而損壞。
本發明之一方面在於提供一種發光裝置，其係可有效地藉由樹脂材料之光漫射(diffusing)、折射、與散射(scattering)性質來取光及傳輸光，且藉由提供一種具有漫射微結構(diffusion patterns)或漫射珠粒(diffusion beads)及一光漫射功能之微透鏡陣列薄膜(microlens array film)，可顯著地減少熱點。
本發明係提供一種發光裝置包括：一PCB，其上裝設有複數個 LED；以及一導光板，其係具有複數個容納槽以容納該些LED，其中一樹脂材料係被填入於該容納槽中。
根據本發明一實施例，一種發光裝置包括：一PCB，其上裝設有複數個LED；一導光板在PCB上，該導光板具有一表面以及與該一表面相對之另一表面，以及該另一表面面對該PCB；複數個容納槽穿透該導光板，以容納該些LED；以及一樹脂材料，填充在容納槽中以及堆疊在該導光板之該一表面上。
該樹脂材料係包括一紫外線硬化樹脂材料(UV-curing resin material)，且可進一步包含複數個珠粒。其光效率可經控制該些珠粒之重量來改善。
另外，其取光效率(light extraction efficiency)可經控制該導光板上各種不同的光學微結構之密度來改善，且光效率可由將一光學薄膜層(optical film layer)堆疊於該導光板之頂面上來改善。
上述及其他本發明實施例之方面、功效、與優點將配合所附圖示說明之。
在以下參考所附圖示，將詳細說明本發明之實施例。相同參考的數字將會指定到圖示解說中的相同元件，重複解說的部分將予省略。應理解的是，「第一」、「第二」以及類似的用詞在此是用來描述不同的 元件；這些元件並不限制於此些用詞。這些用詞係用以區分各項元件者。
本發明係形成一容納槽於一導光板之中，以容納一LED並將一液態樹脂材料填入於該容納槽中，進而避免LED因元件如導光板、反射膜、及PCB間的熱膨脹率差異而損壞，並改善取光效率，防止熱點的生成。
為達此目的，本發明係提供一種發光裝置包括：一PCB，其上裝設有複數個LED；以及一導光板，其係具有複數個容納槽以容納該些LED，其中一樹脂材料係被填入於該容納槽中。
尤其，該容納槽係形成為穿透該導光板，且該導光板之一表面以及該容納槽係填入有樹脂材料。
1.第一實施例
圖2係根據本發明一第一實施例，繪示有一發光裝置之一結構的剖面圖。
參閱圖2，根據本發明第一實施例之發光裝置係包括：一PCB 110，其上裝設有複數個LED 120；以及一導光板130，其係具有複數個容納槽140以容納LED 120，其中一樹脂材料150係被填入於容納槽140中。舉例而言，該樹脂材料可為一液態紫外線硬化樹脂材料。然而，該樹脂材料並不限制於此，並可為任何能夠漫射光並具有一預設流動 性(fluidity)之樹脂材料。
LED 120可為具有一發光表面121形成於一容納槽140之側壁方向的一側發光式LED(side view LED)。也就是說，由一LED光源120發出之光並不直接向上行進，而是朝側向前進。在一實例中，容納槽140可具有一開放的底部結構以及一封閉的頂部結構。在另一實例中，容納槽140可具有一開放的頂部結構。
如上所述，該樹脂材料可為一液態紫外線硬化樹脂材料，但並不限制於此，並可為任何能夠漫射光並具有一預設流動性之樹脂材料。該樹脂材料之使用可避免因為PCB或反射膜的熱膨脹，或是因為導光板的高溫膨脹，而造成LED的損壞。
特別是，因樹脂材料150係被填入於與LED之發光表面相接觸之容納槽中，其可具有一透明材料之光漫射功能。為達此目的，漫射珠粒可進一步被包含於樹脂材料150內。該漫射珠粒可以對應於樹脂材料總重量之0.01%至0.3%被包含於其中。自LED所朝側向發出之光係被樹脂材料150與珠粒漫射、反射，並向上行進，進而可在增進一漫射現象時，顯著地減少熱點生成的情形。
在下文中，將詳細說明樹脂材料150之一實施例。也就是，根據本發明之樹脂材料可為不同的液態紫外線硬化樹脂，且可由不同材料形成，以改善光漫射並減少熱點生成，如下文所述。
上述之樹脂材料的使用係可去除由一光漫射效果造成之一熱點現象，避免低聚合物型(oligomer type)的表面黏著力降低，並防止長時間硬化(longtime curing)所造成之量產速率(mass production rate)降低，對於導光板之溝槽之熱點去除進而以滿足量產速率、可靠度、及黏著特性。
2.第二實施例
圖3係根據本發明一第二實施例，繪示有一發光裝置結構之剖面圖。
參閱圖3，根據本發明一第二實施例之發光裝置之特徵係在於其容納槽係形成以穿透第一實施例中結構之導光板，且一樹脂層係形成於其中。
特別是，該發光裝置係包括：一PCB 110，其上裝設有複數個LED 120；以及一導光板130，其係具有複數個容納槽140以容納LED 120。尤其，導光板130可具有一表面以及與該一表面相對之另一表面，且該導光板之該一表面與該容納槽可塗覆有一樹脂材料。此情況下，容納槽140可形成以穿透該導光板，且該樹脂材料可形成於該導光板之該一表面與該容納槽之上。
在此情況下，樹脂材料150可為一紫外線硬化樹脂材料。然而，該樹脂材料並不限制於此，且可為任何能夠漫射光並具有一預設流動 性之樹脂材料。尤其，特別是，因樹脂材料150係被填入於與LED之發光表面相接觸之容納槽中，其可具有一透明材料之光漫射功能。為達此目的，漫射珠粒151可進一步被包含於樹脂材料150內。該漫射珠粒可以對應於樹脂材料總重量之0.01%至0.3%被包含於其中。自LED所朝側向發出之光係被樹脂材料150與珠粒151漫射、反射，並向上行進，進而可在增進一漫射現象時，顯著地減少熱點生成的情形。圖2中繪示之箭頭的方向係代表在一熱膨脹過程中樹脂材料的緩衝運作。
LED 120可為具有一發光表面121形成於一容納槽140之側壁方向的一側發光式LED(side view LED)。也就是說，由一LED光源130發出之光並不直接向上行進，而是朝側向前進。
另外，光學微結構131、132可形成於該發光裝置導光板之該另一表面(底面)上。尤其，該些光學微結構可形成於導光板130之該另表面(底面)上，其中，該些光學微結構可形成在該表面上未形成容納槽之區域上。
特別是，一第一密度微結構區域Y1，以及微結構密度大於第一密度微結構區域Y1之一第二密度微結構區域Y2，係形成於導光板130之該另一表面上，且第一密度微結構區域Y1與LED之發光表面的距離係小於第二密度微結構區域Y2與LED之發光表面的距離。在此情況 下，第一及第二密度微結構區域可包括複數個獨立的凹陷微結構，該些微結構係彼此互相交疊或彼此相隔而設。
亦即，導光板130之第一及第二密度微結構區域在朝向該導光板表面之內側可形成為具有不同剖面形狀(如半圓、橢圓、及一不規則形狀等等)。在本發明一實施例中，該第一及第二密度微結構區域可包含有金字塔多角形微結構或半球形微結構。
尤其，第一密度微結構區域Y1可改善對LED所發出之光的取光效率，以增強光均勻度。另，第二密度微結構區域Y2之微結構密度可大於第一密度微結構區域Y1之微結構密度，以改善光漫射與光散射。
第二實施例中第一及第二密度微結構區域之結構亦可被實施於第一實施例中導光板之表面上。
3.第三實施例
圖4係根據圖3中第二實施例之一修正，繪示有一發光裝置結構之剖面圖。
除一光學微結構可被進一步地形成於樹脂材料150之頂面上以外，其餘的組成構件與圖3中的實施例相同。也就是說，一光學微結構可形成於形成在導光板130上之樹脂材料150之一層的頂面上。尤其，係形成一第三密度微結構區域X1以及微結構密度大於第三密度微結構區域X1之一第四密度微結構區域X2，且第四密度微結構區域X2 與LED之發光表面的距離係小於第三密度微結構區域X1與LED之發光表面的距離。
尤其，一第三密度微結構區域X1以及微結構密度大於第三密度微結構區域X1之一第四密度微結構區域X2係形成於堆疊在導光板130之一表面(頂面)上的樹脂層之上。在此情況下，該第四密度微結構區域與LED之發光表面的距離係小於第三密度微結構區域X1與LED之發光表面的距離。
組成第三及第四密度微結構區域X1、X2之光學微結構可包括複數個突起微結構彼此交疊或彼此相隔而設。舉例而言，第四密度微結構區域X2之微結構密度係大於第三密度微結構區域X1之微結構密度，其中該突起微結構可形成為更密集，或可彼此交疊，以控制微結構密度。
在此情況下，第四密度微結構區域X2與LED之發光表面的距離係小於第三密度微結構區域X1與LED之發光表面的距離。也就是說，第四密度微結構區域X2可形成於靠近LED之發光表面之一側，而第三密度微結構區域X1可形成於遠離LED之發光表面之一側。形成在導光板之頂面上的第四密度微結構區域X2係以一高密度微結構或一交疊微結構來實施，且係被設置在靠近LED之發光表面，以大幅地漫射或散射入射強光，進而減少熱點的生成。另外，第四密度微結構區域X2 係形成於該導光板之表面上、容納槽形成位置之垂直向上方向，且可形成於一區域中，其係為鄰近容納槽之一第一距離d1的1/5內。該第四密度微結構區域之形成極限點(formation limit point)係形成於一距離X3，在離LED之發光表面之10mm處，以去除熱點。
另一方面，第三密度微結構區域X1係形成以具有一單一結構包括一獨立突起微結構，進而能降低微結構密度、將光傳輸至較遠的距離、提升取光效率、並改善光均勻度。
第三實施例所述之第一至第四密度微結構區域亦可被實施於第一實施例中的導光板之表面上。然而，在此情況下，第三與第四密度微結構區域係直接形成於圖2中導光板130之頂面(一表面)之上。
4.第四實施例
圖5係根據本發明之另一修正實施例，繪示有一發光裝置之剖面圖。
圖5中的結構大致上與圖3中的結構相同。然而，其可被修改為一結構包含一光學薄膜層160，包括一微透鏡陣列結構161堆疊於樹脂材料層150之頂面上，且樹脂材料層150係堆疊於導光板130之一表面上。
在此情況下，微透鏡陣列161可包括各種不同的光學微結構，以漫射光。
另外，如圖6所示，微透鏡陣列結構161之排列密度可被控制，以形成一第五密度微結構區域Z1以及微結構密度大於第五密度微結構區域Z1之一第六密度微結構區域Z2；且該第六密度微結構區域係被設置為與LED之發光表面的距離小於第五密度微結構區域Z1與LED之發光表面的距離。
第四實施例之結構係包括包含微透鏡陣列微結構161之光學薄膜層160，其亦可被應用於圖2中所示之第一實施例的結構中，如圖7所示。又，參見圖8所示，包含微透鏡陣列結構161之光學薄膜層160堆疊結構亦可被應用於圖4中的結構。
5.光學微結構排列之實施例
在下文中，將詳述說明被包含於形成在導光板之另一表面上的第一及第二密度微結構區域中、或被包含於形成在樹脂層之頂面上的第三及第四密度微結構區域中、或第二至第四實施例中的光學薄膜層之頂面上之光學微結構實施例。
在上述實施例中，第一及第二密度微結構區域之光學微結構係包括突起微結構，且第三及第四密度微結構區域之光學微結構係包括凹陷微結構。然而，第一及第二密度微結構區域之光學微結構可具有與第三及第四密度微結構區域之光學微結構相同之微結構形狀，差異僅在於其係突起或是凹陷結構。
圖9A係繪示有密度微結構區域中金字塔多角形微結構之一例：金字塔四角形微結構。圖9A之左側繪示有金字塔四角形微結構之一結構，其係集合於一高密度，且圖9A之右側繪示有金字塔四角形微結構，其係被設置為彼此局部地交疊，以增加微結構密度。金字塔多角形微結構之其他例係包括一金字塔三角形微結構、一金字塔六角形微結構、及一金字塔八角形微結構。在此處，『金字塔四角形』此一用語係使用來指稱具有一尖頂之一金字塔形。
另外，如圖9B所示，該光學微結構可包括半球形狀微結構。該半球微結構可集合為一高密度，或可被設置為彼此局部地交疊，以增加微結構密度。半球微結構之其他例係包括一半橢圓形微結構及各種不具有一尖頂之3D立體微結構。
圖10A、10B係繪示有將圖9中金字塔四角形微結構或半球微結構排列為一低密度之實例。
若光學微結構係包括突起或凹陷金字塔多角形微結構如圖11A所示，則金字塔多角形微結構之一底部傾斜角σ(bottom inclination angle)之值可為35至70度，如圖11B所示。在此處，該底部傾斜角可被控制，藉此控制微結構密度。
舉例而言，在金字塔四角形微結構之情況下，微結構可形成為在低密度排列時具有一底部傾斜角為35至50度，而在高密度排列時 具有一底部傾斜角為50至70度。
6.樹脂材料之修正例
在第一至第四實施例中，堆疊於容納槽之內及之上的樹脂材料可為各種液態紫外線硬化樹脂，且可由下述材料形成，以改善光漫射，並減少熱點的生成。
舉例而言，該樹脂材料可包括具有丙烯酸酯寡聚物(acrylate oligomer)作為一主要材料之樹脂。舉例而言，該樹脂材料可包括丙烯酸氨基甲酸酯寡聚物(urethane acrylate oligomer)(化合物寡聚物(compound oligomer)與高分子型(polymer type)聚丙烯(polyacryl)之一混合物。該樹脂材料可進一步包含有一單體(monomer)，其係為低沸點反應性稀釋單體(low-boiling-point diluted reactive monomer)，例如：丙烯酸異冰片酯(isobornyl acrylate，IBOA)和丙烯酸羥基丙酯(hydroxylpropyl acrylate，HPA)、丙烯酸2-羥基乙酯(2-hydroxyethyl acrylate，2-HEA)，以及一光起始劑(photo initiator)如1-羥基環己基苯基酮(1-Hydroxycyclohexyl Phenyl-Ketone)之混合，或者一抗氧化劑(antioxidant)可被混合作為一添加劑(additive)。
尤其，該樹脂層可包括一合成樹脂，包含寡聚物與高分子樹脂(高分子型)之混合物。特別是，其係可包括寡聚物、高分子樹脂(高分 子型)、單體、及添加劑之混合。
在此情況下，寡聚物與高分子樹脂可包含10~21%的丙烯酸氨基甲酸酯寡聚物以及10~21%的聚丙烯。另外，該單體係為一低沸點反應性稀釋單體，且可包含10~21%的IBOA、10~21%的HPA、以及10~21%的2-HEA。在此處，1~5%的光起始劑可被添加以起始光反應，且1~5%的抗氧化劑可被加入，以改善一黃變現象(yellowing phenomenon)。
上述之樹脂材料的使用係可藉由一光漫射效果去除一熱點現象，避免低聚合物型表面黏著力降低，並防止長時間硬化所造成之量產速率降低，對於導光板之溝槽之熱點去除進而以滿足量產速率、可靠度、及黏著特性。
如上所述，本發明係形成一容納槽於一導光板中，以容納一LED，並將一液態樹脂材料填入於該容納槽中，藉此避免LED因元件如一導光板、一反射膜、及一PCB間的熱膨脹率差異而損壞。
另外，藉由樹脂材料的光漫射、折射、與散射性質，本發明可有效地取光與傳輸光。
尤其，藉由提供具有漫射微結構或或漫射珠粒之一微透鏡陣列薄膜，以及該樹脂材料之光漫射功能，本發明可顯著地減少熱點的產生。
雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其 他修改及實施例。因此，本發明之範疇應由所附之專利範圍之範疇，而非本參考書之說明內文，來定義，且所有落入本發明範疇之修改均應被理解為被包括於本發明申請範疇之內。
X‧‧‧熱點
10、110‧‧‧印刷電路板
20、120‧‧‧發光二極體
30、130‧‧‧導光板
121‧‧‧發光表面
140‧‧‧容納槽
150‧‧‧樹脂材料
151．．．漫射珠粒
131、132．．．光學微結構
X1 、X2 、Y1 、Y2 、Z1 、Z2 ．．．區域
160．．．光學薄膜層
161．．．微透鏡陣列結構
σ．．．傾斜角
圖1係繪示有使用一LED作為一光源之一發光裝置結構；圖2係根據本發明一實施例，繪示有一發光裝置結構的剖面圖；圖3係根據本發明一實施例，繪示有一發光裝置結構之剖面圖；圖4至9係根據本發明其他實施例，繪示有一發光裝置結構圖；以及圖10、11係根據本發明實施例，繪示發光裝置中光學微結構之實例。
110．．．印刷電路板
120．．．發光二極體
121．．．發光表面
130．．．導光板
140．．．容納槽
150．．．樹脂材料

Claims (16)

  1. 一種發光裝置，包括：一印刷電路板，其上裝設有複數個發光二極體(LED)；一導光板，在印刷電路板上，該導光板具有一表面以及與該表面相對之另一表面，且該另一表面面對該印刷電路板；複數個容納槽，係形成為穿透該導光板，以容納該些LED；以及一樹脂材料，填充在該容納槽中，且堆疊在該導光板之該表面上，該樹脂材料可包括具有丙烯酸氨基甲酸酯寡聚物(urethane acrylate oligomer)作為一主要材料之樹脂。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該樹脂材料係包括10~21wt%的丙烯酸氨基甲酸酯寡聚物以及10~21wt%的聚丙烯(polyacryl)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其進一步包括複數個光漫射珠粒，包含於該樹脂材料中。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光裝置，其中該珠粒係以對應於該樹脂材料總重量之0.01%至0.3%被包含於其中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中一第一密度微結構區 域以及微結構密度大於該第一密度微結構區域之一第二密度微結構區域係形成於該導光板之該另一表面上，且該第一密度微結構區域與該LED發光表面的距離係小於該第二密度微結構區域與該LED發光表面的距離。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該第一密度微結構區域與該第二密度微結構區域係包括複數個凹陷微結構彼此互相交疊或彼此相隔而設。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光裝置，其中該凹陷微結構係包含有金字塔多角形微結構或半球形微結構，朝向該導光板之表面的內側凹陷。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中其中一第三密度微結構區域以及微結構密度大於該第三密度微結構區域之一第四密度微結構區域係形成於該導光板之該表面上或形成在該導光板之該表面上的一樹脂材料層之頂面上，且該第四密度微結構區域與該LED發光表面的距離係小於該第三密度微結構區域與該LED發光表面的距離。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該第四密度微結構區域X2係形成於該導光板之該表面上、該容納槽形成位置之垂直向上方向，且可形成於一區域中，其係為鄰近容納槽之一第一距離d1 的1/5內。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光裝置，其中該第一距離的1/5內的區域在該LED發光表面之10mm內形成。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該第一至第四密度微結構區域係包括突起或凹陷金字塔多角形微結構，其中該金字塔多角形微結構之一底部傾斜角之值可為35至70度。
  12. 如申請專利範圍第5項所述之發光裝置，其中該第一密度微結構區域與該第二密度微結構區域係包括突起金字塔多角形微結構，其中該第一密度微結構區域之該金字塔多角形微結構之一底部傾斜角係為35至50度，而該第二密度微結構區域之該金字塔多角形微結構之一底部傾斜角係為50至70度。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中一光學薄膜層係包括一微透鏡陣列微結構堆疊於該樹脂材料之一頂面上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光裝置，其中該光學薄膜層係包括一第五密度微結構區域以及微結構密度大於該第五密度微結構區域之一第六密度微結構區域，且該第六密度微結構區域與該LED發光表面的距離係小於該第五密度微結構區域與該LED之發光表面的距離。
  15. 如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其中該樹脂材料係進一步 包括10~21wt%的丙烯酸異冰片酯(IBOA)、10~21wt%的丙烯酸羥基丙酯(HPA)、以及10~21wt%的丙烯酸2-羥基乙酯(2-HEA)。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之發光裝置，其中該樹脂材料係進一步包括1~5wt%的光起始劑(photo initiator)以及1~5wt%的抗氧化劑(antioxidant)。
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