TWI522693B - 光源模組 - Google Patents

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Description

光源模組
本發明係有關一種光源模組，更特別有關一種嵌入式發光二極體光源模組。
習知光學系統中，為了配合不同的光源需求，可設計各種形狀之導光條(light bar)以引導從外部射入該導光條內之光線的傳遞路線。該導光條通常具有一入光面(entrance surface)用以與一主動光源進行光耦合(optical coupling)以使該主動光源所發出的光進入該導光條，因此該主動光源才是實際上提供光的元件。然而，該主動光源必須與該入光面進行繁複的光耦合程序，以盡量提高光耦合效率(optical coupling efficiency)。
例如第1圖顯示習知光源系統之示意圖，其包含彼此獨立之一發光二極體封裝件9以及一導光條8；其中，該導光條8具有一入光面81以供光線射入該導光條8。為了有效地讓該發光二極體封裝件9所發出的光從該入光面81射入該導光條8，該發光二極體封裝件9之發光角度與設置距離均需事先經過設計後才能夠進行組裝，其製作過程繁雜且仍會存在部分漏光的情形。
有鑑於此，本發明另提出一種光源模組，其透過將發光二極體晶粒(LED die)、支架(lead frame)及/或基板(substrate)直接設置於導光件之內部，藉以提高光使用效率並簡化光學系統之製作程序。
本發明之一目的在提供一種光源模組，其直接將發光二極體晶粒埋設於一導光件內並於該導光件表面鍍上一反射膜用以定義該導光件之出光位置，以配合光學系統之照明需求。
本發明另一目的在提供一種利用共射出成型製作之光源模 組，其可與光學系統之其他構件共同製作以簡化製作程序。
本發明提供一種光源模組，包含一發光二極體晶粒、一支架以及一導光件。該支架電性耦接該發光二極體晶粒。該導光件以射出成型的方式包覆該發光二極體晶粒及部分該支架，該導光件之部份表面鍍有一反射膜且具有至少一傾斜面面對該發光二極體晶粒。
本發明另提供一種光源模組，包含一發光二極體晶粒、一支架、至少一導光件、一導光管以及一管支撐。該支架電性耦接該發光二極體晶粒。該至少一導光件以射出成型的方式包覆該發光二極體晶粒及部分該支架，該導光件之一出光面之部分表面鍍有一反射膜且該導光件具有至少一傾斜面面對該發光二極體晶粒。該導光管結合於該導光件之一側面。該管支撐用以固定該導光管。
本發明另提供一種光源模組，包含一管支撐及至少一導光件。該至少一導光件結合於該管支撐並具有一出光面及一傾斜面，該導光件包含一發光二極體晶粒埋設於該導光件內遠離該傾斜面之一端，其中該傾斜面用以朝向該出光面反射該發光二極體晶粒所發出的光。
一實施例中，該發光二極體晶粒可為紅外光發光二極體晶粒。該反射膜為紅外光反射膜用以反射該發光二極體晶粒所發出之光。
一實施例中，該光源模組另包含一承載件與該導光件以共射出成型方式形成，並至少覆蓋於該導光件之該出光面之一相對面；其中，該承載件與該導光件之一結合面未鍍有反射膜且該承載件之材質折射率低於該導光件之材質折射率(material refractive index)。
一實施例中，該管支撐具有至少一結合孔用以容納該至少一導光件靠近該發光二極體晶粒之一端。該管支撐可另包含一電性接點於其內部用以當該至少一導光件插設於該結合孔時電性耦接該支架之裸露部分；其中，該電性接點可電性連接至一外部電源。
一實施例中該導光管及該導光件係以共射出成型方式形成，該導光管及該導光件之一結合面未鍍有反射膜且該導光管之材質折射率低於該導光件之材質折射率。
一實施例中，該導光件係以黏膠或鎖固件結合於該管支撐，或者該管支撐包含至少一結合孔用以容納該至少一導光件靠近該發光 二極體晶粒之一端。
一實施例中，該導光件可另包含至少一鋸齒結構或至少一網狀結構以使該發光二極體晶粒所發出之一部分光透過該鋸齒結構或該網狀結構出射於該導光件，藉以調整出光量。
一實施例中，該導光件可包含不同傾斜角度之複數傾斜面以朝向不同方向反射該發光二極體晶粒所發出的光，藉以調整照明區域。
本發明實施例之光源模組中，該導光件係直接以射出成型包覆發光二極體晶粒，因而於組裝過程中無須進行光耦合。此外，該導光件可直接固定於一管支撐(pipe holder)或先結合於一導光管(light pipe)後再結合於該管支撐；其中，該導光管例如可用以引導可見光而該導光件可用以引導紅外光，例如波長大於700奈米(nm)之紅外光。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先述明。
1、2、3‧‧‧光源模組
11、11'、11"、11'''‧‧‧導光件
111、111'‧‧‧傾斜面
113‧‧‧出光面
12‧‧‧發光二極體晶粒
13‧‧‧支架
14、14'‧‧‧承載件
15‧‧‧鋸齒結構
16‧‧‧網狀結構
21‧‧‧導光管
22‧‧‧管支撐
221‧‧‧紅外光穿透濾光片
222‧‧‧電性接點
223‧‧‧結合孔
L‧‧‧光線
8‧‧‧導光條
81‧‧‧入光面
9‧‧‧發光二極體封裝件
第1圖顯示習知導光條與主動光源之光耦合之示意圖。
第2A圖顯示本發明第一實施例之光源模組之示意圖。
第2B圖顯示本發明第一實施例之光源模組之另一示意圖。
第3A圖顯示本發明第二實施例之光源模組之立體圖。
第3B圖顯示第3A圖之光源模組之分解示意圖。
第4圖顯示第3A圖之光源模組之上視圖。
第5圖顯示本發明第三實施例之光源模組之上視圖。
第6~7圖顯示本發明實施例之導光件之另一示意圖。
請參照第2A圖所示，其顯示本發明第一實施例之光源模組之示意圖。光源模組1係將發光二極體晶粒12直接埋設於一導光件11 內；其中，支架13係電性耦接該發光二極體晶粒12，用以將該發光二極體晶粒12電性耦接至一電源(未繪示)，該電源用以驅動該發光二極體晶粒12發光。藉此，則無須進行主動光源與導光件間之光耦合以簡化製程並提高光使用效率。根據不同的發光二極體模組結構，其他實施中發光二極體模組之基板亦可同時埋設於該導光件11內部。換句話說，本發明中可僅將發光二極體模組之電氣接點裸露於該導光件11外部(例如部分支架13)而將其餘部分直接埋設於該導光件11內部。該導光件11例如可為塑膠(plastic)或樹脂(epoxy)材質，並相對該發光二極體晶粒12所發出之光為透明。
必須說明的是，本發明說明中該支架13可包含電性耦接之兩導體，該兩導體分別作為不同極性電極(陽極以及陰極)。
一實施例中，該發光二極體晶粒12可為紅外光發光二極體晶粒，用以發出波長大於700奈米之紅外光。必須說明的是，該發光二極體晶粒12所發出的光波長可根據不同應用而定，並無特定限制。
一實施例中，為了利於控制該發光二極體晶粒12之發光方向，該支架13可包含一杯狀凹部(cup shaped concave)用以設置該發光二極體晶粒12，以定義發光方向為朝向杯狀凹部的前方。
該導光件11以射出成型的方式包覆該發光二極體晶粒12及部分該支架13，並使該支架13之一部分裸露於外以利於與外部電源進行電性耦接。該導光件11具有至少一傾斜面111(例如此處顯示一個傾斜面)及一出光面113，其中該傾斜面111面對該發光二極體晶粒12用以將該發光二極體晶粒12所發出之光朝向該出光面113反射。例如，該傾斜面111可面對所述杯狀凹部或面對該發光二極體晶粒12之一發光面(emitting surface)。一實施例中，該傾斜面111可與該出光面113呈45度夾角。必須說明的是，該傾斜面111與該出光面113間之夾角端視該發光二極體晶粒12與該傾斜面111之相對位置而決定，當該傾斜面111與該發光二極體晶粒12之相對位置改變時，所述夾角可相對進行調整，只要將該發光二極體晶粒12所發出的光朝向該出光面113反射即可，並無特定限制。
此外，該導光件11之部份表面可鍍有一反射膜以避免漏光。例如，該出光面113以外的表面均可鍍上該反射膜以避免漏光。此外，該出光面113至少一部份表面可未鍍有反射膜，例如第2A圖中未填滿斜線 之區域，因此光線L則能夠從未鍍有反射膜之區域射出該導光件11。可以了解的是，該出光面113上反射膜之形成區域可根據不同應用而定，並不限於本發明圖式所揭示者。此外，所述反射膜所能反射之光波長係配合該發光二極體晶粒12所發出的光來決定，並不限於紅外光反射膜。
一實施例中，該光源模組1可另包含一承載件14結合於該導光件11，例如第2A圖顯示該承載件14覆蓋於該導光件11之該出光面113之相對面(此處包含一底面及該傾斜面111)。例如一實施例中，該承載件14可透過黏膠(例如光學膠)黏合於該相對面。另一實施例中，該承載件14與該導光件11可以共射出成型(co-injection molding)的方式形成，例如該承載件14及該導光件11均為塑膠或樹脂材質且該承載件14之材質折射率低於該導光件11之材質折射率。藉此，該發光二極體晶粒12因其發光角度使得光線不易從該導光件11穿透至該承載件14，此時所述相對面可選擇不鍍有反射膜。換句話說，該導光件11上可能產生漏光處可鍍上反射膜而無漏光之虞的部分則可選擇不鍍上反射膜。
此外，該承載件14亦可同時覆蓋於該導光件11之其他表面，並不限於僅覆蓋於如第2A圖所示該出光面113之底面及傾斜面111。
必須說明的是，第2A圖中所示該導光件11的形狀並非用以限定本發明。例如第2B圖顯示該導光件11'亦可製作為一直角三角形而該發光二極體晶粒12設於相對該傾斜面111處以使該傾斜面111能夠將該發光二極體晶粒12所發出的光朝向該出光面113反射。該承載件14'的形狀則無特定限制，只要其包含一表面搭配該傾斜面111即可。換句話說，本發明中該導光件11及該承載件14的形狀並無特定限制。
請參照第3A及3B圖所示，其顯示本發明第二實施例之光源模組之示意圖；其中，第3B圖為第3A圖之分解示意圖。本實施例中，光源模組2包含至少一第一實施例之導光件11或至少一光源模組1(例如此處顯示為兩光源模組1)；其中，導光件11係大致相同於第一實施例。不同之處在於第3A圖顯示該導光件11具有兩傾斜面111以反射該發光二極體晶粒12所發出的光線L從該出光面113之兩處射出該導光件11；其中，每一傾斜面例如均可反射50%的光，但並不以此為限。位於該導光件11內部之傾斜面例如可於製作時於該導光件11內部形成一空氣介面以作為部分反 射面。可以了解的是，傾斜面111之個數可根據照明需求而定，並無特定限制。
本實施例中，該光源模組2另包含一導光管21及一管支撐22，且該導光管21之一第一表面係固定於該管支撐22之一表面，例如該導光管21可利用黏膠(例如光學膠)黏合於該管支撐22上。該導光管21及該管支撐22例如可用以傳遞紅光、綠光及藍光等可見光。
該導光管21係結合於該等導光件11之一側面，該側面連接該出光面113及該至少一傾斜面111。一實施例中，該導光管21之一第二表面例如利用黏膠(例如光學膠)黏合於該等導光件11之一側面。另一實施例中，該導光管21及該導光件11係以共射出成型方式形成且該導光管21之材質折射率低於該導光件11之材質折射率；其中，該導光管21、該導光件11及該管支撐22可均為塑膠或樹脂材質。藉此，該發光二極體晶粒12因其發光角度而使得光線不易從該導光件11穿透至該導光管21，此時該側面可選擇不鍍有反射膜。
該管支撐22係用以結合該導光管21，其可利用紅外光透明材質(IR transparent material)或紅外光不透明材質(IR opaque material)製成，端視其應用而定。一實施例中，若該管支撐22亦用作為系統光源之發光部分，該管支撐22可另包含至少一紅外光穿透濾光片(IR pass filter)221用以透出紅外光，例如第4圖所示。可以了解的是，若該等導光件11之末端未置入該管支撐22內部，所述紅外光穿透濾光片221可不予實施。
第4圖係顯示第3A圖之光源模組2之上視圖，此時該管支撐22具有至少一結合孔223(如第3B圖顯示兩結合孔)用以容納該導光件11靠近該發光二極體晶粒12之一端。藉此，當該導光管21結合於該管支撐22表面時，該導光件11靠近該發光二極體晶粒12之一端可插入該結合孔223內。此實施例中，該管支撐22之紅外光穿透濾光片221例如可相對該發光二極體晶粒12之位置來設置，但也可依系統需求決定其位置。
第二實施例中，該光源模組2同樣可另包含一承載件14結合於該導光件11。一實施例中，該導光件11之一長度可不同於該承載件14之長度，因此當該導光管21結合於該管支撐22時，僅該導光件11之端部置入該管支撐22內。另一實施例中，該結合孔223之尺寸可同時容納該 導光件11及該承載件14之端部且該導光件11之一長度可相同於該承載件14之長度，因此當該導光管21結合於該管支撐22時，該導光件11及該承載件14之端部可同時置入該管支撐22內。
其他實施例中，該管支撐22可不具有結合孔，而該導光件11、該承載件14及該導光管21均透過黏膠結合於該管支撐22之一表面。
此外，該管支撐22另可包含至少一電性接點222於其內部，用以當該至少一導光件11插設於該結合孔223時電性耦接該支架13之裸露部分；其中，所述電性接點222係電性耦接至一電源(未繪示)。
請參照第5圖所示，其顯示本發明第三實施例之光源模組3之上視圖。上述第二實施例中，該導光管21係為了特殊需求而設計，例如用以引導可見光。然而於某些實施例中，該導光管21可不予實施。因此，本發明之第三實施例中，光源模組3僅包含一管支撐22及至少一導光件11或至少一光源模組1(例如此處顯示為一個光源模組1)；其中，該至少一導光件11結合於該管支撐22並具有一出光面及一傾斜面(如第一實施例之標號111、113)，該導光件11包含一發光二極體晶粒12埋設於該導光件11內遠離該傾斜面之一端(如第2A圖所示)，其中該傾斜面用以朝向該出光面反射該發光二極體晶粒12所發出之光。如第一實施例所述該傾斜面只要能夠將該發光二極體晶粒12所發出之光朝向出光面反射即可，並無特定限制。
該導光件11可以黏膠或鎖固件(例如，但不限於，螺栓)結合於該管支撐22，或者該管支撐22可包含一結合孔(如第3B圖所示)用以容納該至少一導光件11靠近該發光二極體晶粒12之一端。同理，所述結合孔內同樣可包含電性接點用以當該至少一導光件11插設於該結合孔時電性耦接該支架13之裸露部分。
第三實施例中，該導光件11同樣另可與一承載件(如第2A及2B圖之元件14)以共射出成型的方式結合在一起。如第二實施例所述該結合孔223之尺寸可同時容納該導光件11及該承載件14之端部或僅能容納該導光件11之端部，端視其需求而定。
必須說明的是，雖然第5圖僅顯示一個導光件11，然而本發明並不以此為限。該導光件11之個數可根據系統需求而設定。此外，如前所述，該導光件11之出光面上反射膜之鍍膜位置亦可根據系統需求而設 置，且該出光面以外的表面均可鍍上反射膜，但並不以此為限。
本發明之光源模組例如可用於瞳孔定位(pupil positioning)系統中，從該出光面未鍍有反射膜處所射出的光線L可用以照明一眼球，而該眼球之反射光則被一影像感測器接收以輸出影像圖框。一影像處理單元則可根據該影像圖框中亮點(bright dots)之位置進行瞳孔定位。該導光管21所引導之可見光可用以投射影像，例如應用於LCOS投影系統。
請參照第6圖所示，其顯示本發明實施例之導光件11"之另一示意圖；其中，該導光件11"可具有一鋸齒結構15(saw tooth structure)用以破壞全反射條件，以使該發光二極體晶粒12所發出的一部分光從該鋸齒結構15射出該導光件11"，藉以控制自該出光面113的出光量。同理，本實施例中該出光面113的一部分、該出光面113以外的表面(不包含該鋸齒結構15)可選擇鍍上反射膜以避免漏光。此外，根據不同光源需求，該導光件11"可具有不同傾斜角度的複數傾斜面(例如111、111')以控制出光方向。必須說明的是，第6圖中該鋸齒結構15之尺寸、位置及數量僅為例示性，並非用以限定本發明，該鋸齒結構15之配置係根據所欲得到之出光量決定，例如亦可於該導光件11"之側面(非出光面)形成鋸齒結構。此外，第6圖中傾斜面之傾斜角度以及數目亦僅為例示性，並非用以限定本發明。
請參照第7圖所示，其顯示本發明實施例之導光件11'''之另一示意圖；其中，該導光件11'''可具有一網狀結構16(reticulated structure)用以破壞全反射條件，以使該發光二極體晶粒12所發出的一部分光從該網狀結構16射出該導光件11'''，藉以控制自該出光面113的出光量。該網狀結構15例如可利用油墨印刷(ink printing)而形成。同理，本實施例中該出光面113的一部分、該出光面113以外的表面(不包含該網狀結構16)可選擇鍍上反射膜以避免漏光。此外，根據不同光源需求，該導光件11"可具有不同角度的複數傾斜面(例如111、111')以控制出光方向。必須說明的是，第7圖中該網狀結構16之尺寸、位置及數目僅為例示性，並非用以限定本發明，該網狀結構16之配置係根據所欲得到之出光量決定，例如亦可於該導光件11"之側面(非出光面)形成網狀結構。此外，第7圖中傾斜面之傾斜角度以及數目亦僅為例示性，並非用以限定本發明。
綜上所述，習知光學系統中，彼此獨立的導光件與主動光 源必須於組裝時進行複雜的光耦合程序，具有組裝費時以及光耦合效率等考量。因此，本發明另提供一種光學模組(第2A~2B、3A及5圖)，其將發光二極體晶粒直接製作於導光件內部以提高光使用效率，因而於組裝時不需進行光耦合程序。此外，導光件可與系統其他構件以共射出成型的方式製作，以簡化組裝程序。
雖然本發明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。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。
1‧‧‧光源模組
11‧‧‧導光件
111‧‧‧傾斜面
113‧‧‧出光面
12‧‧‧發光二極體晶粒
13‧‧‧支架
14‧‧‧承載件
L‧‧‧光線

Claims (21)

  1. 一種光源模組，包含：一發光二極體晶粒；一支架，電性耦接該發光二極體晶粒；以及一導光件，以射出成型的方式包覆該發光二極體晶粒及部分該支架，該導光件之一出光面之部份表面上鍍有一反射膜，該導光件具有至少一傾斜面且該導光件之內部具有一部分反射面，其中該至少一傾斜面及該部分反射面係面對該發光二極體晶粒用以朝向該出光面反射該發光二極體晶粒所發出之光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該導光件包含不同傾斜角度之複數傾斜面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該出光面至少一部份表面未鍍有該反射膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，另包含一承載件與該導光件以共射出成型方式形成，並覆蓋於該導光件之該出光面之一相對面，其中該相對面未鍍有該反射膜且該承載件之材質折射率低於該導光件之材質折射率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該支架包含一杯狀凹部用以設置該發光二極體晶粒。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該導光件另包含一鋸齒結構或一網狀結構以使該發光二極體晶粒所發出之光透過該鋸齒結構或該網狀結構出射於該導光件。
  7. 一種光源模組，包含： 一發光二極體晶粒；一支架，電性耦接該發光二極體晶粒；至少一導光件，以射出成型的方式包覆該發光二極體晶粒及部分該支架，該導光件具有一出光面、至少一傾斜面以及一側面且該導光件之內部具有一部分反射面，其中，該側面連接該出光面及該至少一傾斜面，該出光面之部分表面上鍍有一反射膜，且該至少一傾斜面及該部分反射面係面對該發光二極體晶粒用以朝向該出光面反射該發光二極體晶粒所發出之光；一導光管，具有一第一表面及一第二表面，該第二表面結合於該導光件之該側面；以及一管支撐，具有一表面，該表面結合於該導光管之該第一表面以固定該導光管於該管支撐之該表面。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該導光件包含不同傾斜角度之複數傾斜面。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該至少一傾斜面與該出光面呈45度夾角。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該導光管之該第一表面係黏合於該管支撐之該表面且該導光管之該第二表面係黏合於該導光件之該側面。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該管支撐之該表面具有至少一結合孔用以容納該至少一導光件靠近該發光二極體晶粒之一端。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光源模組，其中該管支撐另包含一電性接點用以當該至少一導光件插設於該結合孔時電性耦接該支架之裸露部分。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該管支撐為紅外光透明材質。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該管支撐為紅外光不透明材質並另包含至少一紅外光穿透濾光片。
  15. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該導光管及該導光件係以共射出成型方式形成，該導光件之該側面未鍍有該反射膜且該導光管之材質折射率低於該導光件之材質折射率。
  16. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，另包含一承載件與該導光件以共射出成型方式形成，並覆蓋於該導光件之該出光面之一相對面，其中該相對面未鍍有該反射膜且該承載件之材質折射率低於該導光件之材質折射率。
  17. 如申請專利範圍第7項所述之光源模組，其中該導光件另包含一鋸齒結構或一網狀結構以使該發光二極體晶粒所發出之光透過該鋸齒結構或該網狀結構出射於該導光件。
  18. 一種光源模組，包含：一管支撐；以及至少一導光件，結合於該管支撐並具有一出光面及一傾斜面且該導光件之內部具有一部分反射面，該導光件包含一發光二極體晶粒埋設於該導光件內遠離該傾斜面之一端，該傾斜面及該部分反射面用以朝向該出光面反射該發 光二極體晶粒所發出之光，其中該導光件之該出光面之部份表面上鍍有一反射膜。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之光源模組，其中該導光件之該出光面以外的表面鍍有該反射膜。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之光源模組，其中該導光件係以黏膠或鎖固件結合於該管支撐，或者該管支撐包含至少一結合孔用以容納該至少一導光件靠近該發光二極體晶粒之一端。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之光源模組，其中該至少一導光件另包含一鋸齒結構或一網狀結構以使該發光二極體晶粒所發出之光透過該鋸齒結構或該網狀結構出射於該至少一導光件。
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