TWI723563B

TWI723563B - 燈條結構

Info

Publication number: TWI723563B
Application number: TW108135771A
Authority: TW
Inventors: 洪群泰; 徐偉峰; 沈俊男; 吳孟杰; 高國隆
Original assignee: 明基材料股份有限公司
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-04-01
Also published as: TW202115343A; US10941919B1

Abstract

本發明係有關於一種燈條結構，其包含一電路基板；一點光源陣列、以及一導光膜。其中，該導光膜在相對於該點光源陣列之另一側表面包含複數個長條狀微透鏡，該等長條狀微透鏡在表面上還具有複數個光柵。藉由導光膜的折射及繞射，可使點光源陣列所發出的光在一維方向的擴散角增加，進而使燈條結構呈現輝度均勻的一維圖案。

Description

燈條結構

本發明是有關於一種燈條結構，其可呈現均勻的一維光源效果。

隨著低發熱、低耗能的發光二極體普及，許多用於照明或燈號指示之燈具中，皆已改為採用發光二極體作為光源，但因發光二極體屬於高輝度的點光源，因此，對於大面積的照明需求通常須採用複數個發光二極體搭配導光板及擴散板，以達到均勻且柔和的照射效果。

此外，對於車用燈具等應用，除了照明的基本需求外，更需具備多樣化的設計性，以及達到對光源出射角度的精準控制，因此，採用發光二極體作為光源時還需解決其他問題，例如，當以長條形光源組合成各種圖案設計之燈具時，現行常採用單一側發光二極體光源搭配柱狀導光條形成一維燈條，或以複數個直下式發光二極體光源排列形成一維線型圖案，再進行後續燈具結構設計。但側發光二極體光源搭配柱狀導光條的方式中，側發光二極體的光源強度會隨著柱狀導光條的長度遞減不均，光線進入柱狀導光條後，因僅可於柱狀導光條中整體同時點亮或熄滅，故亦無法藉由時序控制產生動態光源圖案變化。以複數個直下式發光二極體光源排列的方式，也會因為各發光二極體光源局部輝度過高，及燈具空間限制使擴散距離不足而難以形成均勻的一維光源，影響所欲呈現之效果。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明提出一種燈條結構，其包含：一電路基板；一點光源陣列，該點光源陣列係依一第一方向成一維線型排列的方式設置於該電路基板上；以及一導光膜，該導光膜配置於該點光源陣列之出光側，且該導光膜在相對於該點光源陣列之另一側表面上包含複數個長條狀微透鏡，該等長條狀微透鏡係依與該第一方向垂直之一第二方向延伸排列，於該長條狀微透鏡之表面形成有複數個光柵，其中，該等光柵係依該第二方向延伸排列。

透過本發明的燈條結構，成列的點光源陣列所發出的光源可在其排列方向上擴散而使燈條呈現均一輝度的一維線型圖案，並因為擴散性佳而能減少發光二極體使用數量，具備節能效果，還能縮短導光膜與點光源陣列之間的間隔，有助於燈具的小型化。

在本發明之一實施例中，每一該等長條狀微透鏡在該第一方向上之底部寬度係介於15~1000μm。

在本發明之一實施例中，每一該等長條狀微透鏡之底部至頂點的高度係介於1~100μm。

在本發明之一實施例中，每一該等長條狀微透鏡於該第一方向之表面曲率半徑係介於7.5~125000μm。

在本發明之一實施例中，每一該等長條狀微透鏡在該第二方向上之表面包含依正弦函數式A×sin(2nπ/T)所定義之形貌，其中振幅A介於0~45μm，周期T介於5~500μm，距離變數n係介於0~T。

在本發明之一實施例中，當振幅A=0時，每一該等長條狀微透鏡係為在該第二方向上表面呈平坦狀之一柱狀微透鏡。

在本發明之一實施例中，當振幅A≠0時，每一該等長條狀微透鏡係為在該第二方向上表面呈高低起伏之一波浪狀微透鏡，且任兩相鄰的該等長條狀微透鏡之形貌為不同。

在本發明之一實施例中，每一該等光柵之寬度係介於0.25~1.5μm。

在本發明之一實施例中，每一該等光柵之深度係介於0.1~1.5μm。

在本發明之一實施例中，該等光柵的節距係介於0.5~3μm。

在本發明之一實施例中，該點光源陣列與該導光膜之間的間距係介於0.1~50mm。

在本發明之一實施例中，該導光膜之折射率係介於1.4~1.65。

10:電路基板

20:點光源陣列

30:支撐框架

40:導光膜

42:長條狀微透鏡

44:X軸方向之表面

46:光柵

48:凸面

100:燈條結構

H:長條狀微透鏡之底部至頂點的高度

L_x:長條狀微透鏡之底部寬度

w:光柵之寬度

h:光柵之深度

p:光柵之節距

D₁:第一區間

D₂:第二區間

圖1為本發明之燈條結構的結構示意圖。

圖2為本發明一實施例中導光膜表面的微結構示意圖。

圖3為本發明一實施例中導光膜表面的局部放大圖。

圖4為本發明另一實施例中導光膜表面的微結構示意圖。

圖5為本發明另一實施例中導光膜表面的部分截面圖。

圖6為光源強度分佈圖。

圖7為燈條結構點亮時的影像圖。

為使本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效更易瞭解，本發明將配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之燈條結構之實施例。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

圖1為本發明之燈條結構的結構示意圖，燈條結構100至少包含：電路基板10、點光源陣列20、以及導光膜40。電路基板10可為具有時序控制器的印刷電路基板，以用於電性連接每一個點光源陣列20並且使其能夠單獨閃爍。點光源陣列20可由複數個發光二極體(LED)所構成，並透過表面黏著等的習知技術而設置在電路基板10的長度方向(X軸)上，成一維線型排列。導光膜40設置在點光源陣列20之出光側，透過支撐框架30使導光膜40與點光源陣列20之間產生間距，以將點光源陣列20所發出的光進行擴散。

在本發明的燈條結構中，如圖2所示，導光膜40在相對於該點光源陣列20之另一側表面上包含沿Y軸方向延伸排列的複數個長條狀微透鏡42，且每一個長條狀微透鏡42在X軸方向上之底部寬度L_x係介於15~1000μm，底部至頂點的高度H係介於1~100μm。

在本發明的燈條結構中，每一個長條狀微透鏡42在X軸方向上之表面44其曲率半徑R_x(未標示)可介於7.5~125000μm，如此當光線通過長條狀微透鏡42時可在X軸方向產生折射。

在本發明的燈條結構中，長條狀微透鏡42在Y軸方向上之表面包含依以下正弦函數式所定義之形貌：A×sin(2nπ/T) (式1)

其中A表示振幅，T表示周期，n表示距離變數，可透過調整該些參數使長條狀微透鏡42成為在Y軸方向上表面形貌呈平坦狀之柱狀微透鏡、或者表面形貌呈波浪狀之波浪狀微透鏡。較佳地，適用於本發明之振幅A介於0~45μm，周期T 介於5~500μm，並且從前述範圍中分別選定一個A值以及T值後，距離變數n則根據T值而填入0~T，以形成一個完整的波形。

進一步地，圖2顯示了式1中振幅A設為0時的實施例，長條狀微透鏡42在Y軸方向上之表面會呈平坦狀，如此光線通過長條狀微透鏡42時不易發生Y軸方向的折射，使得光線僅在X軸方向發生折射擴散，於是燈條結構呈現往X軸方向延伸的一維線型圖案。

此外，因全反射等因素限制，透鏡曲率半徑有其擴光角度極限，因此，如圖3的局部放大圖所示，本發明之長條狀微透鏡42的表面上進一步形成有複數個光柵46，以使光線產生繞射而更加擴散。該等光柵46係由依Y軸方向延伸排列的凹凸結構所形成，以使長條狀微透鏡42表面的折射率產生周期性變化，當光線通過折射率周期性變化的表面時會產生繞射現象而突破折射時全反射角度限制，更增加擴散角度。由於本發明一實施例之光柵46係在Y軸方向沿伸延伸排列，經繞射後的光線則會往X軸方向擴散，因此能夠使通過長條狀微透鏡42的光線往X軸方向更大角度地擴散。此外，長條狀微透鏡42的折射效果還可彌補光線繞射的不均勻性，當光線通過導光膜40後可產生均勻且擴散角度大的一維線型圖案。

光柵46的尺寸可根據點光源陣列20的發光波長而進行調整。較佳地，適用於本發明一實施例之光柵46之寬度w係介於0.25~1.5μm，深度h係介於0.1~1.5μm之間，且節距(pitch)p係介於0.5~3μm。

接著，圖4顯示了本發明另一實施例中導光膜表面的微結構示意圖，其為式1中振幅A≠0時的實施例，且顯示長條狀微透鏡42為在Y軸方向上表面形貌呈高低起伏之波浪狀微透鏡。透過圖5的a-a’截面圖，其部分地示例出長條狀微透鏡42在Y軸方向上之表面形貌係為由至少二個隨機波形接續而成的波浪狀，其中第一區間D₁的波形可由第一正弦函數(A=A₁，T=T₁，n=0~T₁)所定義，第二區間D₂的波形可由第二正弦函數(A=A₂，T=T₂，n=0~T₂)所定義。長條狀微透鏡42在Y軸方向上的表面形貌並不限於上述波浪狀，只要表面形貌包含二個以上正弦函數所定義的波形，且每一個波形的振幅A、周期T為隨機產生。

波浪狀之形貌可使長條狀微透鏡42在Y軸方向上形成複數個類似透鏡的凸面48，且當光線穿過凸面48時可在Y軸方向上折射擴散，進而形成在Y軸方向具有寬度的一維線型圖案。當增加振幅A及/或減少周期T時，凸面48的曲率半徑變小，Y軸方向的擴散效果變大，Y軸方向之圖案寬度增加；當減少振幅A及/或增加周期T時，凸面48的曲率半徑變大，Y軸方向的擴散效果變小，進而減少Y軸方向之圖案寬度。

雖然在上述內容說明了長條狀微透鏡42在Y軸方向上的表面形貌係由二個以上相異的正弦函數所定義，但在一未示出的實施例中也可由單一個正弦函數連續重複所定義。此外，任兩相鄰長條狀微透鏡42的表面形貌可不相同，這些設計皆可有助於圖案的輝度均勻分佈。

在本發明另一實施例中，為了使長條狀微透鏡42在Y軸方向上表面呈波浪狀，適用之振幅A小於45μm且不等於0μm即可，且振幅A的2倍應小於長條狀微透鏡42的高度H，以使Y軸方向之圖案寬度控制在預定範圍內。較佳地，振幅A介於0.5~45μm。

雖未圖示，但在本發明另一實施例中，表面呈波浪狀的長條狀微透鏡42在其表面上亦形成有在Y軸方向上延伸排列的相同光柵結構，以使繞射後的光線往X軸方向擴散。

適用本發明之具有光柵46的長條狀微透鏡42的形成方法例如可為習知的壓印方法，例如但不限於以鑽石刀及聚焦離子束(Focus Ion Beam,FIB)來製造凹面母模，再利用母模於膜厚介於20~500μm的導光膜40表面上壓印，以形成包含複數個光柵46的複數個長條狀微透鏡42。適用本發明之導光膜材料為光學級的透明樹脂，較佳包含PMMA、PET、PC及TAC等，且折射率係介於1.4~1.65之間。

再者，習知技術中擴散膜會與光源隔有一段距離，以具有足夠的擴散效果，但由於本發明之導光膜40可藉由折射及繞射機制進行擴光，即使在較小間隔的情況下也能夠具有相比習知擴散膜同等或更佳之擴散性。較佳地，本發明中導光膜40與點光源陣列20之間的間距可為0.1~50mm之間。

實施例

以下透過實施例以及比較例來說明本發明之燈條結構的光擴散效果。

(燈條製作)

實施例1

提供厚度為100μm的PET導光膜，透過習知壓印方法在其表面上形成頂點高度H=20μm、X軸方向之底部寬度L_x=80μm、X軸方向之曲率半徑R_x=50μm、Y軸方向之表面呈平坦狀的複數個長條狀微透鏡，並且每一個長條狀微透鏡的表面上形成沿著Y軸延伸排列的深度h=0.6μm、寬度w=0.4μm的複數個光柵，且光柵的節距p=0.8μm。

準備電路基板，將由LED組成的點光源陣列安裝在電路基板，將上述壓印完成的導光膜設置在點光源陣列的出光側上，而具有長條狀微透鏡的一面背對點光源陣列的出光側，導光膜離點光源陣列的間距為3mm。

實施例2~3

如同實施例1的燈條結構的製作方法，實施例2~3的差異在於長條狀微透鏡於Y軸方向上的表面形成依據複數個正弦函數A×sin(2nπ/T)所定義之形貌。長條狀微透鏡、光柵的尺寸以及波形參數如表1所示。

比較例1

如同實施例1的燈條結構的製作方法，其差異在於未在導光膜的長條狀微透鏡表面上形成光柵。

(光源分佈測量)

將實施例1以及比較例1的燈條結構進行光源分佈測量，係將光線正交射入膜材中，然後量測光線擴散角與相對光源強度之間的關係。將比較例1中擴散角為0度時所量測的強度設為1，再將其他角度所量測的強度轉換為相對值，其結果整理於圖6。

透過圖6中光源強度分佈的比較結果，其顯示實施例1中光線通過具有光柵結構的長條狀微透鏡時，光線在一維方向的擴散角可達40度，且在擴散角0至40度範圍內亦有相對均勻的輝度；而比較例1中點光源陣列所發出的光線通過未具有光柵結構的長條狀微透鏡時，光線的強度在一維方向隨著擴散角增加而快速衰退。由圖6的比較結果可證實：長條狀微透鏡的表面上形成有光柵時，光線通過導光膜後可產生折射及繞射，使光線的擴散角增加且在角度範圍內有均勻的輝度。實施例2~3中導光膜在長條狀微透鏡的表面上亦形成有光柵，同樣能夠使光線擴散並在較大擴散角範圍內具有均勻的輝度。

進一步地透過圖7的燈條結構在暗處點亮時的影像圖來說明，左側為實施例1的燈型圖案，右側為比較例1的燈型圖案，可見實施例1的燈型圖案呈一直線且輝度均勻，而比較例1的燈型圖案邊緣呈現不規則，且在二個點光源之間有暗部產生的現象(燈型圖案不連續)。

藉由以上說明，本發明之燈條結構中係將複數個長條狀微透鏡排列於導光膜表面上，透過長條狀微透鏡使光線折射而在一維方向上擴散，再透過長條狀微透鏡表面上所形成的複數個光柵使光線產生一維方向繞射，如此光線能夠在同一維度上均勻擴散，進而使燈具產生均勻的一維線型圖案。

由於本發明中所使用之導光膜具有顯著的一維擴散性，即使將導光膜與點光源陣列之間的間距縮小時，還是能夠透過導光膜的高擴散性來彌補擴散距離不足的問題，因此本發明之燈條結構適用於燈具空間有限的情況。

又，本發明中所使用之導光膜因擴散性佳，可減少發光二極體使用數量，進一步具備節能效果。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

40:導光膜

42:長條狀微透鏡

44:X軸方向上之表面

Claims

一種燈條結構，其包含：一電路基板；一點光源陣列，該點光源陣列係依一第一方向成一維線型排列的方式設置於該電路基板上；以及一導光膜，該導光膜配置於該點光源陣列之出光側，且該導光膜在相對於該點光源陣列之另一側表面上包含複數個長條狀微透鏡，該等長條狀微透鏡係依與該第一方向垂直之一第二方向延伸排列，於該長條狀微透鏡之表面形成有複數個光柵，其中，該等光柵係依該第二方向延伸排列；其中，每一該等長條狀微透鏡在該第二方向上之表面包含依正弦函數式A×sin(2nπ/T)所定義之形貌，其中振幅A介於0~45μm，A≠0，周期T介於5~500μm之間，距離變數n係介於0~T，且每一該等長條狀微透鏡係為在該第二方向上表面呈高低起伏之一波浪狀微透鏡，且任兩相鄰的該等長條狀微透鏡之形貌為不同。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中每一該等長條狀微透鏡在該第一方向上之底部寬度係介於15~1000μm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中每一該等長條狀微透鏡之底部至頂點的高度係介於1~100μm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中每一該等長條狀微透鏡於該第一方向之表面曲率半徑係介於7.5~125000μm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中每一該等光柵之寬度係介於0.25~1.5μm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中每一該等光柵之深度係介於0.1~1.5μm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中該等光柵的節距係介於0.5~3μm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中該點光源陣列與該導光膜之間的間距係介於0.1~50mm。
如申請專利範圍第1項所述之燈條結構，其中該導光膜之折射率係介於1.4~1.65。