TWI667499B - 微型透鏡導光板及發光裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種發光裝置，包含：一曲面基板，以及一微型透鏡導光板。其中，曲面基板設置有複數個發光元件，每一個發光元件用以輸出一光束；微型透鏡導光板，包含：一入光面、一出光面以及複數個微型透鏡結構，其中，出光面設置於相對入光面一側，複數個微型透鏡結構設置於該入光面與該出光面之間。此外，一種微型透鏡導光板亦被提出。

Description

微型透鏡導光板及發光裝置

關於一種微型透鏡導光板及發光裝置，尤指一種能將光束以平行光形式輸出的導光板及發光裝置。

現有的發光裝置主要以兩種形式呈現，一種是將發光元件放置於傳統燈具內；另一種是將發光元件均勻排布，透過局部反射照或光學膜片進行控光。

然而，這兩種呈現形式仍然未能克服傳統照明燈具的缺陷。這些缺陷包含有：光照方向性差，導致照射區域性不明顯，也就是說光線照射到到不需要的地方，在產生同樣光通量的情況下，造成部分照射區域亮度下降。亮度不均勻，造成距離較遠區域的照(亮)度不達標準，距離較近區域的照(亮)度遠遠高於標準，由於光照分佈不均勻，為使所有照射區域達到照明標準，設計時往往得用更大功率、更高光通量的光源以滿足暗區的照度要求，進而造成了電能的浪費。無法消除眩光現象，所謂眩光現象是指當使用者觀察某一視覺物件時，如果視線中有一耀眼的發光點(亮點)，就會影響觀察效果，而且會使人感到不舒適。

產生上述缺陷的原因在於：現有技術未能充分利用發光元件的定向性特點，未能對發光元件所產生的光線進行合理有效地控制。

為了解決現有發光元件的光線進入導光板時，發光源的直接照射使導光板上形成明顯的亮點，造成發光不均勻的問題，本發明提供了一種微型透鏡導光板及使用該微型透鏡導光板的發光裝置。

本發明提出一種微型透鏡導光板，包含：一入光面，該入光面係用於接收一光束；一出光面，設置於相對該入光面一側，該出光面係用於輸出該光束；以及複數個微型透鏡結構，設置於該入光面與該出光面之間，進入該入光面的光束經過該複數個微型透鏡結構後，透過微型透鏡結構的折射或反射，該光束以平行光的形式由該出光面輸出。

本發明還提出一種發光裝置，包含：一曲面基板，設置有複數個發光元件，每一該發光元件輸出一光束；以及一微型透鏡導光板，包含：一入光面，該入光面係用於接收該光束；一出光面，設置於相對該入光面一側，該出光面係用於輸出該光束；以及複數個微型透鏡結構，設置於該入光面與該出光面之間。設置於曲面基板的複數個發光元件，輸出光束進入該入光面經過該複數個微型透鏡結構後，透過微型透鏡結構的折射或反射，該光束以平行光的形式由該出光面輸出，進而使得發光裝置具有良好的顏色均勻度。

以上對本發明的簡述，目的在於對本發明之數種面向和技術特徵作一基本說明。發明簡述並非對本發明的詳細表述，因此其目的不在特別列舉本發明的關鍵性或重要元件，也不是用來界定本發明的範圍，僅為以簡明的方式呈現本發明的數種概念而已。

100‧‧‧發光裝置

10‧‧‧曲面基板

12‧‧‧發光元件

13‧‧‧光束

14‧‧‧反射板

20‧‧‧微型透鏡導光板

201‧‧‧第一側表面

202‧‧‧第二側表面

203‧‧‧第三側表面

204‧‧‧第四側表面

22‧‧‧入光面

24‧‧‧出光面

26‧‧‧微型透鏡結構

28‧‧‧反射單元

30‧‧‧光學膜片

圖1為本發明較佳實施例之發光裝置示意圖。

圖2為本發明較佳實施例之微型透鏡導光板示意圖。

圖3為本發明另一較佳實施例之微型透鏡導光板示意圖。

圖4為本發明另一較佳實施例之發光裝置示意圖。

為能瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，茲進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如後：本發明提出一種包含微型透鏡導光板的發光裝置，請參考圖1所示，其為圖1為本發明較佳實施例之發光裝置示意圖。發光裝置100包含：一曲面基板10，設置有複數個發光元件12，每一該發光元件12輸出一光束13；以及一微型透鏡導光板20，包含：一入光面22，該入光面22係用於接收該光束13；一出光面24，設置於相對該入光面22一側，該出光面24係用於輸出該光束13；以及複數個微型透鏡結構26，設置於該入光面22與該出光面24之間。

在本實施例中，設置於曲面基板10上的該複數個發光元件12可以是有機發光二極體單元(OLED)、發光二極體單元(LED)、冷陰極燈管(CCFL)或其組合，用以輸出光束13至該微型透鏡導光板20。為使每一個發光元件12輸出的光束13夠完全射入微型透鏡導光板20中，介於該曲面基板10及該發光元件12上還可設置一反射板14(Reflector)，修正發光元件12的出光方向。其中該曲面基板10的曲面結構在本實施例中以圓弧狀結構作為代表。然而在其他可能的實施例中，該曲面基板10的曲面結構亦可構築為 其他形狀，如波浪狀、折線狀或其他非平面形狀；且相應地微型透鏡導光板20的形狀亦相應調整並適配於曲面基板10的形狀變化，本發明並不加以限制。

在本實施例中，微型透鏡導光板20為曲度與曲面基板10相同的曲面結構，且微型透鏡導光板20與該曲面基板10相連接設置，進一步而言，微型透鏡導光板20與曲面基板10相連接設置的方式為微型透鏡導光板20貼合於曲面基板10。其中，微型透鏡導光板20包含一入光面22，該入光面22是用於接收設置於曲面基板10上複數個發光元件12輸出的光束13；一出光面24，設置於相對該入光面22一側，該出光面24係用於輸出光束13；以及複數個微型透鏡結構26，設置於該入光面22與該出光面24之間，進入該入光面22的光束13經過該複數個微型透鏡結構26後，透過微型透鏡結構26的折射或反射，該光束13以平行光的形式由該出光面24輸出。

請同時參考圖2，其為本發明較佳實施例之微型透鏡導光板示意圖。在本實施例中，微型透鏡導光板20中的複數個微型透鏡結構26是以陣列方式均勻分布於該微型透鏡導光板20的入光面22與出光面24之間；在此，微型透鏡結構26均勻分布是指每一個微型透鏡結構26的佈點面積、疏密程度以及厚度大小在微型透鏡導光板20各處的比例是一致的。在本實施例中，該複數個微型透鏡結構26為凸透鏡，其結構可為圓形或多邊形，本發明並不限制微型透鏡結構26的形狀，所屬技術領域中具有通常知識者當可依實際需求決定適合的微型透鏡結構26，在此就不予贅述。

在其他可能的實施例中，該複數個微型透鏡結構26還可以是錐型或杯型的折反射式透鏡，使得光束13可以在微型透鏡導光板20內用穿 透式聚光，而錐形面可以將側光全部收集並反射出去，透過具有該複數個微型透鏡結構26的微型透鏡導光板20，可以將曲面基板10上發光元件12所輸出的光束13角度匯聚收攏，以平行光的形式由微型透鏡導光板20的出光面24輸出。

在本實施例中，微型透鏡導光板20及複數個微型透鏡結構26的材質可以是光學級的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、光學級的聚碳酸酯(PC)或玻璃材料製作。考量到材質本身透光率、應用環境及生產成本等因素，微型透鏡導光板20及複數個微型透鏡結構26優先採用光學級的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材質製作，所屬技術領域中具有通常知識者當亦可依實際需求決定適合的材料製作，本發明不應以此為限。此外，微型透鏡導光板20的折射率應小於複數個微型透鏡結構26的折射率，可以使整個導光板20的導光效果更好。

本發明透過雷射蝕刻製程來製作微小尺寸及高填充率的微型透鏡結構26，透過雷射方式於微型透鏡導光板20蝕刻出具有空腔體積的圓弧狀凹槽結構，並透過電鑄鎳製程製作微貫穿孔。其中微型透鏡導光板20上雷射蝕刻出的空腔，可分別置入不同形狀的複數個微透鏡結構26，每一個微透鏡結構26的半徑約為50微米(μm)至500微米(μm)，厚度亦約為50微米(μm)至500微米(μm)，其間距約為100微米(μm)至500微米(μm)；進一步而言，同一個雷射蝕刻製程中可以製作出具有不同填充率的微透鏡結構26，至於透鏡的大小及曲率，則分別可以由空腔的體積、加熱的溫度、光阻的材料特性或塗佈的厚度等因素進行控制。

本發明發光裝置之微型透鏡導光板20含還可包含一第一 側表面201、一第二側表面202、一第三側表面203以及一第四側表面204，其中第一側表面201與第三側表面203相對，第二側表面202與第四側表面204相對，且第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表204面皆與入光面22與出光面24連接。在本實施例中，微型透鏡導光板20的第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表面204亦包含複數個微型透鏡結構26，當設置於曲面發光基板10的複數個發光元件12輸出光束13，光束13可由入光面22進入微型透鏡導光板20，在微型透鏡導光板20內部以全反射行進，並藉由位於微型透鏡導光板20第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表面204的複數個微型透鏡結構26將光束13再反射回微型透鏡導光板20，進而使光束13彙聚收攏由出光面24以平行光的形式離開微型透鏡導光板20，增加發光裝置100的光亮度。

在其他可能的實施例中，請同時參考圖3，其為本發明另一較佳實施例之微型透鏡導光板示意圖。微型透鏡導光板20的第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表面204包含複數個反射單元28，當設置於曲面發光基板10的複數個發光元件12輸出光束13，光束13可由入光面22進入微型透鏡導光板20，在微型透鏡導光板20內部以全反射行進，並藉由位於微型透鏡導光板20第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表面204的複數個反射單元28將光束13再反射回微型透鏡導光板20，進而使光束13彙聚收攏，並統一由出光面24以平行光的形式離開微型透鏡導光板20，增加發光裝置100的光亮度。

此外，不論是介於微型透鏡導光板20入光面22及出光面24 之間的複數個微型透鏡結構26，或是微型透鏡導光板20第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表面204所包含複數個反射單元28或複數個微型透鏡結構26，皆還可印刷或塗佈藍色油墨，其藍色油墨的顏色濃度深淺可依實際需求調整，本發明不應以此為限。

透過設置在微型透鏡導光板20塗有藍色油墨的複數個微型透鏡結構26，可加強在微型透鏡導光板20中以全反射行進的光束13的藍光強度。如此一來，經由複數個微型透鏡結構26反射而離開微型透鏡導光板20的光束13亦可較為偏向藍色，改善遠離每一個發光元件12畫面位置的黃化現象，進而使發光裝置100的白光具有良好的顏色均勻度。

而設置於微型透鏡導光板20第一側表面201、第二側表面202、第三側表面203以及第四側表面204的複數個反射單元28或複數個微型透鏡結構26，亦可加強在微型透鏡導光板20中以全反射行進的光束13的藍光強度。如此一來，經由複數個微型透鏡結構26或複數個反射單元28反射而離開微型透鏡導光板20的光束13亦可較為偏向藍色，改善遠離每一個發光元件12畫面位置的黃化現象，進而使發光裝置100的白光具有良好的顏色均勻度。

請同時參考圖4，其為本發明另一較佳實施例之發光裝置示意圖。本發明之發光裝置還可包含一光學膜片30設置於該微型透鏡導光板20上，該光學膜片30為曲度與微型透鏡導光板20相同的曲面結構，且貼合於該微型透鏡導光板20。當光束13離開微型透鏡導光板20而傳遞至光學膜片30處時，發光裝置100可透過光學膜片30使光束13分佈均勻化，並修正出光方向，以提升發光裝置100的正向輝度。在本實施例中，光學膜片30可包 含擴散膜、增亮膜、稜鏡片或是其他光學膜片的至少其中之一，本發明不以此為限，藉此發光裝置100可提供一均勻的面光源。

綜上所述，在本發明一實施例的發光裝置100及微型透鏡導光板20中，光束13經由微型透鏡導光板20入光面22及出光面24之間的微型透鏡結構26，使得出光面24射出的光束13為平行光，達到亮度大且發光均勻的效果。此外，在微型透鏡導光板20側表面上設有塗佈著色的反射單元28或微型透鏡結構26，當光束13被著色的反射單元28或微型透鏡結構26反射時，光束13中藍光的強度比例將會被加強，藉此經由著色的反射單元28或微型透鏡結構26反射，而離開微型透鏡導光板20的光束13亦較為偏向藍色，而可改善遠離發光元件12畫面位置的黃化現象，進而使發光裝置100的亮光具有良好的顏色均勻度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明涵蓋之範圍內。

Claims (10)

1. 一種發光裝置，包含：一曲面基板，設置有複數個發光元件，每一個發光元件輸出一光束；以及一微型透鏡導光板，與該曲面基板相連，該微型透鏡導光板包含：一入光面，該入光面係用於接收該光束；一出光面，設置於相對該入光面一側，該出光面係用於輸出該光束；以及複數個微型透鏡結構，設置於該入光面與該出光面之間，且該複數個微型透鏡結構為凸透鏡或錐形折反射式透鏡；其中，該微型透鏡導光板的折射率小於該複數個微型透鏡結構的折射率。
2. 如請求項1所述之發光裝置，其中該曲面基板及該複數個發光元件之間還設有一反射板。
3. 如請求項2所述之發光裝置，其中該複數個發光元件為有機發光二極體單元(OLED)、發光二極體單元(LED)、冷陰極燈管(CCFL)或其組合。
4. 如請求項2所述之發光裝置，其中該出光面輸出的該光束為垂直於該出光面的平行光。
5. 如請求項2所述之發光裝置，更包含一光學膜片，該光學膜片為擴散膜、增亮膜、稜鏡片或其組合。
6. 一種微型透鏡導光板，包含：一入光面，該入光面係用於接收一光束； 一出光面，設置於相對該入光面一側，該出光面係用於輸出該光束；以及複數個微型透鏡結構，設置於該入光面與該出光面之間，且該複數個微型透鏡結構為凸透鏡或錐形折反射式透鏡；其中，該微型透鏡導光板的折射率小於該複數個微型透鏡結構的折射率。
7. 如請求項6所述之微型透鏡導光板，更包含一第一側表面、一第二側表面、一第三側表面以及一第四側表面，其中該第一側表面與該第三側表面相對，該第二側表面與該第四側表面相對，且該第一側表面、該第二側表面、該第三側表面以及該第四側表面皆與該入光面與該出光面連接。
8. 如請求項7所述之微型透鏡導光板，其中該第一側表面、該第二側表面、該第三側表面以及該第四側表面分別包含複數個反射單元。
9. 如請求項7所述之微型透鏡導光板，其中該微型透鏡導光板材質為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。
10. 如請求項7所述之微型透鏡導光板，其中每一個微型透鏡結構半徑為50微米(μm)至500微米(μm)。