TWI723921B - 面光源之led裝置 - Google Patents

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TWI723921B
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張志強
黃文星
蔡增光
黃國欣
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Abstract

本發明公開一種面光源之LED裝置，包括有一電路板、至少一電源輸入以及至少二LED Bar 組件，該至少二LED Bar 組件之間為交錯式排列；每一LED Bar組件內部係由多個LED Bar呈線形排列於該電路板上而組成；該多個LED Bar中的每一個LED Bar本身為直條狀結構且內部設有同類型的多個LED晶粒，該多個LED晶粒之間為等間距線形排列。本發明能有效解決因耗能過大而衍生散熱器設計複雜或尺寸過大的問題，同時也能改善現有以LED為光源的燈具中在視覺上會有面光源不均勻、明暗不均或是無法以少量的LED達成較大面光源面積的問題，有效提升燈體的高質感，並且可得到光使用效率高及光形可精準控制的一次透鏡結構，應用在車燈領域效果極佳。

Description

面光源之LED裝置
本發明涉及一種面光源之LED裝置，特別是一種能夠運用於各種車燈結構中的廣角度面光源之LED裝置。
現有技術中，關於LED具有高亮度、節能、多色彩及快速變化的諸多特性，已廣泛應用於各種需要光源的照明領域，其中在汽車車燈領域，LED已經是最主要的光源。眾所周知，汽車燈具在汽車行駛過程中除了需要提供必要的路面照明外，另一個重要的功能就是向其他車輛或行人發出信號(標誌)或警報，使其注意安全。從功能上來看，車用信號燈主要包括位置燈、轉向燈、制動燈等。
在日益追求品牌辨識度的今天，汽車燈具中的信號燈也不再局限於僅僅提供信號功能，更是突出品牌造型特徵的重要媒介。為了實現各種酷炫的造型創意，傳統的光源技術已經力不從心，越來越多新的技術及材料被應用到車用信號燈上。又以一均勻面光源為車用信號的未來趨勢，從2D顯示一直到3D顯示的上升趨勢分別：首先是白熾燈(與鹵素燈)，接者LED燈(即直下式LED燈)，再來是LED燈結合擴散材料，之後是特殊結構的LED燈，最後則是OLED燈。其中本發明將以特殊結構的LED燈為出發點，研發出具有廣角度面光源之LED裝置。
針對目前習知的車用性號燈主要的三款光源的產品特點，分析 說明如下：
一、直下式LED車燈：
優點：直下式LED特點為多顆光源、高效能。
缺點：直下式LED光源的問題，在於光源不夠均勻。
二、LED+擴散材料所組裝的車燈：
優點：LED+擴散材料的特點，為使用LED顆數較少。
缺點：LED+擴散材料的問題在於結構較為龐大、設計空間少，由於經擴散材料亮度衰減，需求LED亮度較高的車燈無法使用。
三、OLED車燈技術優勢：
優點：OLED的特點主要為點亮均勻、結構輕薄、節能減碳。
缺點：OLED光源瓶頸和問題在於產能低，且客製化光源的成本極高，一般而言OLED成本約為普通LED的5倍以上，並且壽命短。OLED又稱有機發光半導體，其組成部分中有機材料易於環境中的氧氣發生反應，使得可發光區域逐漸減小，因此OLED的平均壽命僅有6000hr(LED光源20000hr以上)整體亮度較低。
有關均勻面光源的專利前案，US8497519，專利名稱：BATWING LED WITH REMOTE PHOSPHOR CONFIGURATION，其說明書所揭露的技術缺點為：1.透鏡的製作模具為固定形式，LED晶粒固定四角排列，無法針對不同的客製化燈具進行彈性化的調整；2.製作過程繁複，不具有簡化製程的能力，更不具有經濟價值之考量。
專利前案US8382337，專利名稱：LIGHTING DEVICE,LIGHT SPREADING PLATE AND MEHTOD FOR MANUFACTURING THE SAME，說明書所揭露的技術缺點：1.不具有線條狀的排列組合，不容易符合客製化燈具造型之需求；2.不具有較佳廣角度均勻面光源的擴散效果；3.LED晶粒 顆數較多；4.應用在車燈上，無法滿足在視覺上看不到顆粒狀發光源的均勻性要求。
專利前案US2011/0141729A1，專利名稱：RETROFIT-STYLE LAMP AND FIXTURE,EACH INCLUDING A ONE DIMENSIONAL LINEAR BATWING LENS，其技術缺點為：1.其本身為一直接替換型的LED燈管；2.LED光源為單一的LED元件結構(非為LED晶粒)，個別成分離的點狀排列；3.其面光源的均勻度不佳，容易有發光亮度集中的缺失；4.完全無法使用於車燈的運用中。
專利前案US2015/0036347A1，專利名稱：COMPOUND LENS AND LED LIGHT SOURCE DEVICE INCORPORATING THE SAME，技術缺點為：1.透鏡的製作模具為固定形式，無法針對不同的客製化燈具進行彈性化的調整；2.透鏡非直接覆蓋貼附在LED光源上，兩者間尚有一空間結構，使發光強度降低；3.不具有模組化製程的能力，不具有製造上的經濟價值。
本發明為一種面光源之LED裝置，針對上述現有技術的缺點，提出一種能夠在視覺上發光均勻之廣角度面光源之LED裝置的構造及製作技術。該廣角度面光源之LED裝置係由一個或多個本發明所揭示的LED Bar組件在一承載面或一電路板上而成。該LED Bar組件內設有多個LED Bar，每一個LED Bar內含多顆LED晶粒，其LED晶粒可以呈直線、彎曲或曲線形，且為緊密排列，為達視覺上發光均勻之需求，所述LED晶粒排列間距以不大於2mm為原則。該LED Bar本身具有一次透鏡結構，其特點之一是厚度異常的薄且寬度極窄。
該廣角度面光源之LED裝置的出光在長條方向(又稱縱向)，視 覺上呈現連續且均勻分佈，透過多條LED Bar組件的交錯排列，能呈現出均勻面光源的效果。該發光裝置的另一特點，可以利用該LED Bar特殊的一次透鏡設計，有效率的滿足應用燈具(例如車燈)的配光需求。尤其針對採用透光導光片(light blade)設計的流線形車燈的應用領域，則本發明揭示的廣角度面光源之LED裝置，因LED發光晶粒的緊密排列，使能滿足其視覺上面光源更加均勻發光的要求，且因具有一次透鏡的結構及厚度極薄、寬度極窄的特點，發出的光能有效的進入透光導光片，使滿足車燈的配光要求。
本發明之目的，不僅是以細小LED晶粒的出光當作面光源，且進行一次光學透鏡的設計，可得到尺寸較小、光使用效率高及光形可精準控制的一次透鏡結構，使應用在車燈領域，能夠有效的解決燈條尺寸太寬，無法匹配較窄導光片的問題，也能夠解決燈條尺寸太厚，無法匹配較窄燈體空間的問題，且本發明亦能改善無法以較少量的LED達成較大面光源面積的技術瓶頸。此外，本發明能夠滿足配光法規要求較高中心點及其附近亮度的相關規定，且本發明之出光光形為對稱，所以不需要過大的出光流明數，因此沒有耗能的問題，也無因耗能過大而衍生散熱器設計複雜或尺寸過大的問題。同時本發明也能改善現有技術以LED為光源的燈具中在視覺上會有明暗不均或面光源不均勻的問題，有效提升燈體的高質感。因此，本發明能夠完全滿足車燈必需呈現透明的(water clear)高質感之市場需求。
為了達成上述目的，本發明的面光源之LED裝置包括有：一電路板，該電路板上層設有連接電路；至少一電源輸入，與該電路板電性耦接；至少二LED Bar組件，設在該電路板上且與該至少一電源輸入電性耦接；該至少二LED Bar組件中的每一LED Bar組件內部係由多個LED Bar呈線形排列於該電路板上而組成；該多個LED Bar中的每一個LED Bar本身為直條狀結構且內部設有同類型的多個LED晶粒，該多個LED晶粒之間以介於0.15mm到 2.8mm之間的等間距線形排列；其中該多個LED Bar中的每一個LED Bar所相鄰的間距相同於該多個LED晶粒之間的該等間距；且該多個LED Bar中的每一個LED Bar本身設有廣角度透鏡，使該多個LED Bar中的每一LED Bar的橫向截面發光角度擴散；且該廣角度透鏡係在該多個LED Bar中的每一LED Bar模制封裝時一體成型而成，各自包覆該多個LED Bar中的每一LED Bar內的該多個LED晶粒。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
10、10a、10b:LED Bar
11:廣角度透鏡
12:基板
14、16:高反射光學結構
21-24:第一-第四LED晶粒
25:螢光材料
31-34:第一-第四晶區
35:電極區
37:第一上電極區
38:第二上電極區
40a、40b:電路板
41:第一下電極區
42:第二下電極區
50、50a、50b、60:LED Bar組件
51-56:第一-第六LED Bar組件
61-64:第一-第四LED Bar組件
71、71a、71b、71c:正極輸入線路
72、72a、72b、72c:負極輸入線路
74:連接器
76:驅動IC
圖1為本發明第一實施例的透視示意圖；圖2A為本發明第一實施例中製作結構的俯視示意圖；圖2B為本發明第一實施例中製作結構的底部示意圖；圖2C為本發明第一實施例的電路符號連接示意圖；圖3為本發明第二實施例中製作結構的透視示意圖；圖4為本發明第三實施例中製作結構的透視示意圖；圖5為本發明第四實施例的俯視示意圖；圖6為本發明第五實施例的俯視示意圖；圖7為本發明第六實施例的俯視示意圖；圖8為本發明第七實施例的俯視示意圖；圖9A為本發明第八實施例的透視示意圖；圖9B為本發明第九實施例之透視示意圖；圖10A為本發明第十實施例的透視示意圖； 圖10B為本發明第十一實施例的透視示意圖
圖10C為本發明第十二實施例的透視示意圖
圖11A為本發明第一實施例的發光示意圖；圖11B為本發明第八實施例的發光示意圖；圖11C為本發明第九實施例的發光示意圖。
本發明公開一種面光源之LED裝置，揭示一種能夠有效解決現有以LED為光源的車燈燈具在呈現一面光源的視覺上，常常會有明暗不均或顆粒狀亮點或是面光源不夠均勻分佈的問題，本發明能有效提升燈體的高質感；且能依事先設計需求利用多顆LED晶粒(plurality LED chips)緊密線形排列的結構，結合矽膠封裝製程完成一次透鏡製作及封裝結構，於切割後，能製成各種不同的LED Bar(稱LED燈條，或稱為節)；本發明亦能夠依設計需求，選擇各種適當的LED Bar或LED燈條，搭配必要的其他電子零件、連接器驅動IC，再以表面貼焊的技術，將LED晶粒打件在依設計需求選用的電路板上，完成廣角度面光源的LED發光裝置之製作。
在下文中將參閱隨附圖式，藉以更充分地描述各種例示性實施例，並在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明之概念可能以許多不同形式來加以體現，且不應解釋為僅限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且具體，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可以為了清楚而誇示LED晶粒、LED Bar、LED Bar組件、發光二極體、電路板、連接器或IC等尺寸的大小與各相對應位置距離，其中對於類似或相似的英文標號或數字，始終指示類似或相關係的元件。
應理解，雖然在本文中可能使用術語係包括出現之第一、第二、第三…，此等術語乃用以清楚地區分一元件與另一元件，並非具有一定的元件的先後數字的順序關係。如本文中所使用術語之左側或右側、左端或右端、左側邊或右側邊等等，此等術語乃用以清楚地區分一個元件的一側邊與端點與對應該元件的另一側邊與端點，或為區分一元件與另一元件之間的對應連接位置關係，或是一個側邊與另一個側邊之間係為不同位置，其並非用以限制該文字序號所呈現之順序關係或是位置關係，且非必然有數字上連續的關係；亦即由另一角度觀之，描述元件的右側(或左側)可以被改稱為左側(或右側)而不影響技術的本質。再者，本文中可能使用術語「至少一個」來描述具有一個或有多個元件以上所實施之技術。另外本文也可能使用術語「多個」來描述具有多個元件或複數個元件，但此等複數個，乃不僅限於實施有二個、三個或四個及四個以上的數目表示所實施之技術。以上，合先敘明。
參閱圖1所示，本發明面光源之LED裝置的第一實施例的示意圖示，其中揭露單一個LED Bar 10的結構，在LED Bar 10中包括有一基板12及一廣角度透鏡11，在基板12上表面設置有多個晶區、多個電極區、以及有多個LED晶粒(plurality LED chips)個別對應設置在該多個晶區之上，廣角度透鏡11並且覆蓋於該多個晶區、多個電極區、以及多個LED晶粒之上。在實際運用上，所述的基板12可以是一電路板(PCB)、一軟性電路板(FPCB)或是一多層電路板，其中有關多個晶區、多個電極區的相關說明將於圖2A中再予以描述。
在圖1中，所述廣角度透鏡11覆蓋於多個LED晶粒21-24及基板12(或稱電路板)上。其中，多個LED晶粒21-24在實際製作上可以採用晶片直接封裝製程(COB)讓多個LED晶粒21-24緊密線形排列在基板12上，形成一燈條結構；亦能選擇各種適當的LED燈條，搭配必要的其他電子零件、連接器，並可以採用表面貼焊製程，以打件方式在依設計需求選用的電路板上， 但本發明不以此為限制。之後結合矽膠封裝完成廣角度透鏡11的製作及封裝製程，切割後製成各種不同的LED Bar 10。在實際製作上，該LED Bar 10的長度可以為1.8-30mm，此範圍是依據考量良率、表面貼焊製程能力及應用需求，而有所不同，且依LED晶粒尺寸、顆數及間距而定。實務上寬度約0.7-1.9mm，高度約0.7-1.9mm，依LED晶粒尺寸及一次透鏡的尺寸而定。需聲明者，本發明之實施範圍並不以此為限制。
此外，實施多個LED晶粒21-24(plurality LED chips)時，每一相鄰的LED晶粒21-24固著於基板12(或稱電路板)上的間距，基本上為0.15mm-2.8mm，在實際製作上則為小於1.9mm，且每一相鄰的LED晶粒21-24之間的間距為等間距。所述的廣角度透鏡11外觀形狀結構雙凸出弧形的上表面外觀結構，該橫截面的兩側邊為垂直面結構，且該廣角度透鏡11可以為一個直條狀結構，亦或是為一彎曲型的長條狀結構(係指搭配一彎曲型的基板12整體所形成的彎曲狀)。本發明亦能採用直接表面黏著(SMT)的方式將LED晶粒21-24與基板12電性接合，或是採用打線接合(wire bounding)的方式電性接合。
圖2A所示，配合如圖1所顯示，在單一個LED Bar 10包括有第一-第四LED晶粒21-24，有第一-第四晶區31-34，有第一上電極區37、第二上電極區38以及電極區35，其中第一-第四LED晶粒21-24透過第一-第四晶區31-34的串聯連接的電性連接方式，同時導通而點亮。第一上電極區37與第二上電極區38在一實施例中，可以為第一上電極區37為正極區，第二上電極區38為負極區，所述的正極區及負極區能做為相鄰的LED Bar 10之間的電極電性連接區，以便於串連多個LED Bar 10而形成一LED Bar組件50(如圖3所示)。另一方面，亦能透過電極區35以及第一晶區31作為左右相鄰LED Bar 10的電極連接點，方便電路設計者依據不同的設計而做電極連接之製作。
由圖2A中可以進一步了解，所述第一晶區31的面積小於第二晶區32、第三晶區33及第四晶區34，所述電極區35又更小於第一晶區31、第二晶區32、第三晶區33及第四晶區34；再配合所述第一-第四LED晶粒21-24所配置在個別晶區31-34之中的放置位置，能夠進一步提供給兩兩相鄰的LED Bar 10中所相鄰的間距相同於該多個LED晶粒21-24之間的該等間距的排列配置，使得由多個LED Bar 10所線形排列的架構，其發光效果為均勻的面發光效果，不會因為相鄰的LED Bar 10中所相鄰的間距不同於該多個LED晶粒21-24之間的該等間距而產生不均勻的發光問題。
圖2B所示，是在一個實施例中將基板12(或稱電路板)的背面設置有不同的電極區，如圖所示，包括有第一下電極區41以及一第二下電極區42，這些電極區可以經過導孔(圖中未顯示)將基板12上表面的電極導引到下表面的第一下電極區41與一第二下電極區42，使得LED Bar 10可以由其底部所承載的電路與其他電路相連接。亦即，本發明的LED Bar 10可以經由基板12的上表面的電極與鄰近的LED Bar 10電性連接，亦能透過基板12的下表面傳輸電極信號而電性連接，俾利於方便電路連接之設計。
圖2C所示是依據圖2A與圖2B的電路布局結構，所對應之電路符號的電路圖，顯示出第一~第四LED晶粒21-24所形成的電路為串聯連接的一LED發光二極體元件。
在上述中，所述廣角度透鏡11所覆蓋於第一~第四LED晶粒21-24及基板12(或稱電路板)上，乃是以矽氧樹酯封裝(Silicone Molding)或稱矽膠封裝的方式製成，亦即，設置有一柱狀體模具(圖中未揭示)，用以包覆住已經設有第一~第四LED晶粒21-24之基板12上，該柱狀體模具之內部具有該廣角度透鏡11所欲成形之一光學形狀，對該柱狀體模具執行灌膠，該廣角度透鏡11成形後，則將該柱狀體模具移除，形成廣角度透鏡11與基板12為一條 狀的LED燈條且為一體成型之廣角度面光源之LED裝置，所述的第一~第四LED晶粒21-24則為內嵌於廣角度透鏡11之中。另一方面，也能夠採取一整個長條柱狀體模具包覆多數個的同種類、同類型LED晶粒，形成一長條狀的廣角度透鏡11之後，再依據單一個LED Bar 10內所需求包覆的LED晶粒顆數，再行切割成為一個一個的LED Bar 10，此點，本發明並不加以限制。
上述中，對於多個LED Bar 10而言，每一個LED Bar 10的廣角度透鏡11為個別包覆自己的多個晶粒21-24，即每一個LED Bar 10本身設有廣角度透鏡11，使多個LED Bar 10中的每一LED Bar 10的橫向截面發光角度能夠加以擴散；且廣角度透鏡11係在多個LED Bar 10中的每一LED Bar 10模制封裝時，即為一體成型的結構。在本發明圖1所揭示的實施例而言，採用四顆相同類型、同種類的LED晶粒內嵌於廣角度透鏡11之中而形成一個LED Bar 10。然而，本發明並不以此為限制，設計者可以依據自身需求，以一個LED Bar 10包覆二顆、三顆或六顆同種類、同類型的LED晶粒而形成一個LED Bar 10。
圖3所示，揭露本發明第二實施例的一LED Bar組件50的結構透視圖，乃是將多個LED Bar 10成線狀的排列在一承載物上，該承載物可以是一電路板或是一軟性電路板，在該軟性電路板上面設有多條的連接線路，使該多個LED Bar 10能與外部的控制電路電性連接。須強調的是，所述多個LED Bar 10所相鄰的間距等同於該多個LED晶粒21-24之間的該等間距。如圖3所示，LED Bar組件50為一長條狀結構，且該長條狀結構為一個直線形的長條狀結構。在實際運用上，圖3所揭示的LED Bar組件50本身亦為本發明之廣角度面光源之LED裝置的實施例之一。
圖4所示，揭露本發明第三實施例的一LED Bar組件60的結構透視圖，乃是將多個LED Bar 10a成彎曲線狀(或稱弧形)的排列在一承載物上，該承載物可以是一電路板或是一軟性電路板，在該軟性電路板上面設有多條 的連接線路，使該多個LED Bar 10a能與外部的控制電路電性連接。須強調的是，所述多個LED Bar 10a所相鄰的間距等同於該多個LED晶粒21-24之間的該等間距。如圖4所示，LED Bar組件60為一長條狀結構，且該長條狀結構為具有弧形的長條狀結構。該彎曲型可以為向左彎曲或向右彎曲，當然也可以是部分直形部分彎曲弧形，或是連續彎曲呈”S”型的結構形狀，本發明於實際製作上並不限制。該弧形結構形狀的LED Bar組件60中包括有該多個LED晶粒21-24是位在同一平面上，亦即多個LED晶粒21-24的發光方向皆為垂直向上的同一方向上，並且廣角度透鏡11也同時是彎曲弧形的形狀。在實際運用上，圖4所揭示的LED Bar組件60本身亦為本發明之廣角度面光源之LED裝置的實施例之一。
圖5所示，揭露本發明第四實施例的LED Bar組件50a的結構俯視圖，其中含一電路板40a，電路板40a上設有一連接器74、多條連接電路(所述連接電路包括有正極輸入線路71、71a、71b、71c以及負極輸入線路72、72a、72b、72c)，多個LED Bar 10，所述多個LED Bar 10呈線形排列於電路板40a上，每一LED Bar 10經由各別的前述連接電路與連接器74電性連接。電路板40a上導電層(即銅箔)設置有焊盤(soldering pad，圖中未顯示)及前述連接電路，遵循零件(例：本實施例中只含有多個LED Bar 10及連接器74)規格書的建議及設計需求而佈置。在本實施例中，驅動LED的電源或控制IC是在外部(圖中未顯示)，其外部電源或訊號源經由連接器74傳輸到所述本發明第四實施例的LED裝置中。本實施例中，因設計簡單且無額外散熱需求，電路板40a為一FR4單層印刷電路板(PCB)，所有LED Bar 10的正負極輸入線路71、71a、71b、71c、72、72a、72b、72c都設置在電路板40a的正面。本實施例中，多個LED Bar 10係依前述LED Bar 10第一實施例的設計，採四個LED晶粒21-24串聯的設計，故每個LED Bar 10只需連接一電源正極輸入線路71及一電源負極輸入 線路72，即可利用外部輸入電源同時點亮其內部四顆LED晶粒21-24，本發明中前述連接電路即為包括電源正極輸入線路71及電源負極輸入線路72。
同時在此第四實施例中，連接器74提供有多條獨立的電源正極輸入線路71及一條共用的電源負極輸入線路72，使各個LED Bar 10，依外部輸入電源設計的不同，可以被各別點亮或同時點亮，也可以被輪流點亮，使滿足動態點燈的需求。當有其他電氣特性需求時，例如電磁干擾防護(EMC)、電流控制或訊號傳遞等，相關需要的零件，例如電容、電阻、電感及各類IC等，可以依設計需求，裝置在電路板40a上，構成本發明案的另一個實施例(未顯示)。在實際運用上，圖5所揭示的LED Bar組件50a本身亦為本發明之廣角度面光源之LED裝置的實施例之一。
參閱圖6所示，揭示本發明LED Bar組件50b的第五實施例結構俯視圖，其中含一電路板40b，電路板40b上設有一連接器71、至少一LED驅動IC 76、連接電路(所述連接電路包括有正極輸入電路71、71a、71b、71c與負極輸入電路72、72a、72b、72c)及多數個弧形LED Bar 10b，該多個LED Bar 10b呈弧線形排列於電路板40b上，每一LED Bar 10b經由各別所述的連接電路與該LED驅動IC 76電性連接。其中每個LED Bar 10b內含六顆LED晶粒33，本實施例採用每三顆LED晶粒串聯的電路設計。在本實施例中，因設計較為複雜，電路板40b不僅呈現彎曲且可為不規則形狀，也因線路設計複雜及空間要求，係為一雙層軟性印刷電路板(Flexible Print Circuit Board,FPCB)的電路板40b，使設置連接器74及LED驅動IC 76部位的FPCB可以向下彎折90度，避免後續組裝時，跟導光片(圖中未顯示)產生干涉。電路板40b底層銅箔提供額外的線路設計(如圖6之虛線所示)及散熱用，必要時可以增加額外的導熱貼布及鋁材散熱器(圖中未顯示)提供散熱。因需搭配薄形且呈現彎曲造型設計的導光片(圖中未顯示)，採用彎曲型LED Bar 10b，係依類似前述圖四中LED Bar 10a 的方法製作而成。在圖六中每個LED Bar 10b內含六顆LED晶粒，採取每三顆LED晶粒串聯的電路設計，可經由電路板40b上所設置的線路，例如第一個LED Bar 10b的兩個電源正極輸入線路71a、71b，兩個電源負極輸入線路72a、72b，使每個LED Bar 10b可以被全部點亮或局部點亮或是交錯點亮，由LED驅動IC 76控制。本實施例的廣角度面光源之LED裝置50b可以為向下彎曲或向上彎曲，當然也可以是部分直形部分彎曲形，或是連續彎曲呈”S”型的結構形狀，本發明於實際製作上並不限制。本發明也可以採用不同長度的LED Bar、不同彎曲形的LED Bar，設置在一電路板上，製成廣角度面光源之LED裝置，使滿足不同形狀導光片的燈具應用。在實際運用上，圖6所揭示的LED Bar組件50b本身亦為本發明之廣角度面光源之LED裝置的實施例之一。
圖7所示，為本發明第六實施例，說明有關將多條如圖3的直線形LED Bar組件50加以交錯式的排列組合，能使得LED發光裝置的面發光效果更加擴散，且更加的均勻分佈，使LED燈具的面發光效果更為優化與美觀。所述多個LED Bar組件50主要為交錯式排列於一承載面(如圖7中各個LED Bar組件51-56的底面)上，其中多個直線形長條狀結構的LED Bar組件51-56之間的交錯式排列，乃係為前、後、左、右之間各自交錯排列，形成一均勻面光源。在圖7中，左側圖示代表傳統一般的面光源的LED發光源排列方式，主要為呈現整齊的矩陣式排列，且彼此相鄰排列。圖7中的右側所示，為本發明之交錯式排列，包括第一-第六LED Bar組件51-56，然而第一LED Bar組件51與第二LED Bar組件52之間，係為該第一LED Bar組件51的最右側LED Bar 10對齊到該第二LED Bar組件52的最左側LED Bar 10，上下相鄰並列，亦即，第一LED Bar組件51與第二LED Bar組件52的排列為各別向兩側延伸，中間段所對齊的上下相鄰LED Bar 10為上方的是該第一LED Bar組件51最右側的LED Bar 10，下方則是該第二LED Bar組件52的最左側LED Bar 10。依據同 樣的排列方式，再向下排列所述的第三-第六LED Bar組件53-56。由圖7中可以明顯的比較得知，本發明之右側實施例所呈現交錯排列的第一-第六LED Bar組件51-56，所能夠獲得的面光源均勻發光的擴散效果，大大優於圖7中左側圖示傳統相鄰陣列排列方式的面發光效果。在實際運用上，圖7所揭示的第一-第六LED Bar組件51-56的間隔交錯式的排列所形成的面光源，其本身亦為本發明之廣角度面光源之LED裝置的實施例之一。更進一步而言，圖7中右側圖示使用本發明新設計的面光源LED，圖7中左側圖示使用一般傳統線光源LED，如此，使用右側本發明所搭配新的面光源LED結構，可大幅度減少LED使用數量同時達到更好的均勻面光源的效果。顯見，本發明之廣角度面光源之LED裝置極具有技術功效之增進與改善。
圖8所示，為本發明之第七實施例，說明有關將多條如圖4或圖6的弧線形(或稱弧形)的弧形長條狀的LED Bar組件50b、60加以交錯式的排列組合，形成圓形的均勻發光之LED面光源，同時能使得LED發光裝置的圓面發光效果更加擴散與均勻分佈，使LED燈具的圓形面發光效果能夠更為優化與美觀。所述多個弧形長條狀的LED Bar組件50b、60主要為交錯式排列於一承載面(如圖8中各個LED Bar組件61-64的底面)上，其中多個LED Bar組件61-64為兩兩一對，且為對稱排列，兩兩之間再進一步配合交錯式排列，例如：前、後、左、右、上、下之間各自交錯排列，形成一圓形的均勻面光源。在圖8中，包括有第一-第四LED Bar組件61-64，且每一LED Bar組件61-64為成對成對的方式存在，例如有兩個第一LED Bar組件61、有兩個第二LED Bar組件62。所述兩個第一LED Bar組件61各別設置在圓弧的兩個邊緣上，且以對稱式的方式加以排列；所述兩個第二LED Bar組件62則是與該兩個第一LED Bar組件61之間為前後上下相互對稱交錯的方式排列。兩兩的LED Bar組件61、62、63、64之間的排列方式，乃係依據不同的弧線長度，依序由圓心的 方向作為出發點而漸進的向外擴散，由小弧長的第四LED Bar組件64依序交錯排列到弧長較長的第一LED Bar組件61。
圖8中第一LED Bar組件61與第二LED Bar組件62之間，係為該第一LED Bar組件61最右側的外邊緣，對齊到該第二LED Bar組件62的最左側的外邊緣，上下相鄰且有相互間隔開的加以排列。亦即，所述第一LED Bar組件61與第二LED Bar組件62的排列為各別向圓弧的外側延伸。依據同樣的排列方式，亦即採用相互對稱交錯式間隔排列於承載面上，形成一均勻的圓面光源，再向內排列所述的第三-第四LED Bar組件63-64。在圖8中可以明顯得知，本發明之第七實施例所呈現交錯排列的第一-第四LED Bar組件61-64，所能夠獲得的面光源均勻發光的擴散效果，優於一般相鄰圓弧陣列排列方式的面發光擴散效果。在實際運用上，圖8所揭示的間隔交錯式的排列所形成的面光源，其本身亦為本發明之廣角度面光源之LED裝置的實施例之一。顯然，本發明之廣角度面光源之LED裝置極具有技術功效之增進與改善。
圖9A所示，為本發明第八實施例的LED Bar 10，其所差異於圖1所揭示第一實施例之處在於，設置有一高反射光學結構14，所述的高反射光學結構14設置在每一廣角度透鏡11的該雙凸出弧形上表面結構上方，且該高反射光學結構14為長條狀結構且覆蓋於該雙凸出弧形上表面的中間凹陷處，該高反射光學結構的長度與所述廣角度透鏡11的長度相同，以及高反射光學結構14的寬度在圖9A所揭示的實施例中，其寬度是小於該雙凸出弧形的雙頂點之間的距離。
另一方面，圖9B所揭示的本發明第九實施例LED Bar 10的結構，其所差異於圖9A第八實施例之處，在於圖9B中的高反射光學結構16的寬度在圖9B所揭示的實施例中，其寬度是等於該雙凸出弧形的雙頂點之間的距離。
圖10A所示，為本發明第十實施例LED Bar 10的結構透視圖，其所差異於圖1第一實施例之處，在於第十實施例中的LED Bar 10在每一個LED晶粒21-24上方與廣角度透鏡11之間設有螢光材料25，其作用在於讓LED Bar 10透過所述螢光材料25的作用，而產生白光效果。亦即，當圖7及圖8所揭示的第六、第七實施例中，若使用如圖10A能發出白光的LED Bar 10，則圖7及圖8即能發出白色而均勻的面發光且美觀大方的LED面光源。
圖10B所示，為本發明第十一實施例LED Bar 10的結構透視圖，其所差異於圖10A之第十實施例之處，在於第十一實施例中的LED Bar 10在設置有一高反射光學結構14，所述的高反射光學結構14設置在廣角度透鏡11的該雙凸出弧形上表面結構的上方，且該高反射光學結構14為長條狀結構且覆蓋於該雙凸出弧形上表面的中間凹陷處，該高反射光學結構的長度與所述廣角度透鏡11的長度相同，以及高反射光學結構14的寬度在圖10B所揭示的實施例中，其寬度是小於該雙凸出弧形的雙頂點之間的距離。同時，每一個LED晶粒21-24上方與廣角度透鏡11之間設有螢光材料25，其作用在於讓LED Bar 10透過所述螢光材料25的作用，而產生白光效果。
圖10C所揭示的本發明第十二實施例LED Bar 10的結構，其所差異於圖10B第十一實施例之處，在於圖10C中的高反射光學結構16的寬度在圖10C所揭示的實施例中，其寬度是等於該雙凸出弧形的雙頂點之間的距離。同樣的，在每一個LED晶粒21-24上方與廣角度透鏡11之間設有螢光材料25，其作用同樣是讓LED Bar 10透過所述螢光材料25的作用，而產生白光效果。
圖11A-圖11C所示，是針對第一、八、九等不同實施例，亦即針對高反射光學結構不同的形式構造，對應LED Bar 10的發光角度示意圖，利用所述廣角度透鏡11上表面形狀與高反射光學結構14、16所增加的光學折射與反射，使三種(係指第一、第八、第九實施例)不同形式LED Bar 10的 發光效果不相同。一般而言，常見的LED結構可視角度依據結構不同大約落於120~140度；然而在本發明實施例中，圖11A經過電腦光學模擬分析，其可視角度為161.75度，圖11B經過電腦光學模擬分析，其可視角度為163.07度，圖11C經過電腦光學模擬分析，其可視角度為164.12度。
本發明中單一LED Bar 10的長度(即基板12切割後長度)及彎曲弧度(即基板12切割後形狀)可依設計需求(包括功能，表面黏著SMT，組裝及成本方面的需求)決定，針對LED Bar 10的長度，舉例而言，兩顆LED晶粒封裝則長度小於2mm；則四顆LED晶粒封裝則長度小於5mm；八顆LED晶粒封裝則長度小於9mm；十二顆LED晶粒封裝則長度小於214mm；但須強調者，本發明實際製作上並不以此為限制。基板12上導電層的分佈(layout)及走線(circuit design)都分別依各LED Bar 10的設計所需，事先完成特定的設計。單一LED Bar 10的銲接引線(soldering leads，or terminals)均依設計需求，設置在基板(或稱電路板)之底層，經由導電通孔(via holes)(圖示中未揭示)跟基板的上層或其他層電性導通連接。再者，基板或電路板可以是薄FR4板、BT板、金屬PCB基板或陶瓷PCB基板。主要是考量LED晶粒本身散熱的需求，LED Bar的基板必要時，會設置有導熱孔(thermal via)。
當本發明之面光源之LED裝置所應用的燈具，其結構為光源在同一平面時，依據設計者的設計需求，選擇依該設計需求製作的各種適當面積大小的矩形LED面光源或是圓形LED面光源，並且請能被配置組成各種不同幾何面積的面光源，搭配必要的電子零件、連接器，以表面黏著(SMT)技術製程，以打件在依設計需求選用的電路板上，完成該廣角度面光源之LED裝置的製作。另一方面，當本發明之廣角度面光源之LED裝置所應用燈具有部分或全部是幾何形狀時，若是光源是在同一平面時，則依設計需求，選擇依設計需求製作的各種幾何形狀的面光源LED裝置或LED燈及(或)各種不規則面 積的LED燈具或LED燈節，搭配必要的電子零件、連接器，以表面黏著(SMT)技術製程，打件在依設計需求選用的電路板上，完成該不規則面積形狀燈具的製作。又或者，當本發明之廣角度面光源之LED裝置所應用燈具有部分是不規則形狀，且光源不是在同一平面時，針對光源不在同一平面區域，也能夠依設計需求，選擇長度最短的廣角度面光源之LED裝置(Slim LEDs)(例如：只有單一或雙LED晶粒的LED Bar)，其它同平面區域比照上述兩種選擇適當LED Bar，搭配必要的電子零件、連接器，以表面黏著(SMT)技術製程，打件在依設計需求選用的可撓式電路板(Flexible PCB；FPCB)上，完成該彎曲形狀燈條的製作。
此外，本發明透過採用不同顏色的LED Bar組件50、50a、60、60a，例如在圖7的實施例中，第一、三、五LED Bar組件51、53、55採用黃色發光的LED晶粒，而第二、四、六LED Bar組件52、54、56採用紅色發光的LED晶粒，則圖7所揭示的廣角度面光源之LED裝置即可發出兩種不同顏色的面光源。同樣的，圖8所示的實施例中，將第一、第三LED Bar組件61、63採用黃色發光的LED晶粒，而第二、四LED Bar組件62、64採用紅色發光的LED晶粒，則圖8所揭示的圓形的廣角度面光源之LED裝置即可發出兩種不同顏色的面光源。亦即，所有發出第一顏色光的LED Bar呈一線形或弧形排列於一電路板或一承載面上，所有發出第二顏色光的LED Bar呈另一線形或弧形排列於該電路板或該承載面上，且該所有發出第一顏色光的LED Bar與該所有發出第二顏色光的LED Bar，兩者為相互平行或交互對稱並排於該電路板或該承載面上。
更進一步而言，當本發明之面光源之LED裝置應用的燈具或載具是雙色燈種時，依上述LED Bar組件50、50a、60、60a的製作方式及各式燈種的要求，製作兩組不同顏色的LED Bar，平行或是對稱的組裝在共用的載 具或散熱器(carrier or heat sink)上。單顆LED晶粒或單個LED Bar可以經由一微晶片IC控制，輪流點亮，使能滿足動態(animated function)車燈需求，增添車燈美觀與獨特的發光效果。
本發明所述之面光源之LED裝置，其中，LED光源經由一次光學透鏡設計以及整體LED Bar 10的布局設計，能有效的達到擴大發光角度之效果，且利用透鏡光學相關結構、LED Bar組件的交錯式排列以及LED Bar 10本身優異的發光效果，使得LED的面光源發光均勻性更加優異。本案中的第一、八、九實施例，經過電腦光學模擬分析，該透鏡光學相關結構所配合LED Bar 10本身條狀結構能將發光角度有效的展開，縱然，一般而言，光學結構會使亮度下降，但是本發明得設計結構能有效的增加面發光的均勻度及其發光角度，此外，本發明亦能克服無法以較少量的LED達成較大面光源面積的技術瓶頸。
綜上所述，本發明之面光源之LED裝置不僅開發出了厚度薄且寬度小但是發光角度大的LED Bar 10，且具有一次光學配光透鏡之廣角度透鏡11的多個LED晶粒21-24(plurality LED chips)所封裝成型的LED光源，可以是多個LED Bar(燈條)或LED節(Section LED)。更進一步可以利用多個LED燈條(LED Bar)(可以是直型LED條或彎曲形LED條)組成LED Bar組件50、60，相互交錯排列而形成一具有面積擴散效果的廣角度面光源之LED裝置，以表面黏著的SMT製程打件在適當的印刷電路板PCB上，製成具高配光效率且尺寸又小的面光源LED發光裝置，取得在性能上及成本上都優於現有技術的新產品；並且本發明有效的解決現有技術中以LED為光源的燈具，在視覺上會有明暗不均或有顆粒狀亮點或是面光源不均於的問題產生，本發明能提升燈體的高質感，並且可得到尺寸較小、光使用效率高及光形可精準控制的一次透鏡結構，有效地應用在車燈領域之中。顯見，本發明技術內容具有極強的 專利申請要件。
然而，本發明說明所述之內容，僅為較佳實施例之舉例說明，當不能以之限定本發明所保護之範圍，任何相關局部變動、微小的修改修正或增加之技術，或為數字上或位置上的變化等等，仍不脫離本發明所保護之範圍。
10:LED Bar
11:廣角度透鏡
12:基板
21-24:第一-第四LED晶粒
37:第一上電極區
38:第二上電極區
42:第二下電極區

Claims (13)

  1. 一種面光源之LED裝置，係使用於車用之燈具中，該面光源之LED裝置包括有：一電路板，該電路板上層設有連接電路；至少一電源輸入，與該電路板電性耦接；至少二LED Bar組件，設在該電路板上且與該至少一電源輸入電性耦接；該至少二LED Bar組件中的每一LED Bar組件內部係由多個LED Bar呈線形排列於該電路板上而組成；該多個LED Bar中的每一個LED Bar本身為直條狀結構且內部設有同類型的多個LED晶粒，該多個LED晶粒之間以介於0.15mm到2.8mm之間的等間距線形排列；其中該多個LED Bar中的每一個LED Bar包括有：一基板，用以承載該多個LED晶粒；一廣角度透鏡，設於該基板之上方，用以使該多個LED Bar中的每一LED Bar的橫向截面發光角度擴散；其中該多個LED Bar中的每一個LED Bar所相鄰的間距相同於該多個LED晶粒之間的該等間距；且該廣角度透鏡係在該多個LED Bar中的每一LED Bar模制封裝時與該基板為一體成型而成，各自包覆該多個LED Bar中的每一LED Bar內的該多個LED晶粒；並使該基板與該廣角度透鏡的兩側邊為切齊。
  2. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該至少二LED Bar組件中的每一LED Bar組件為長條狀結構，該長條狀結構為直線形長條狀結構。
  3. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該多個LED Bar中的每一LED Bar的該廣角度透鏡之橫截面的結構為雙凸出弧形的上表面結構，該橫截面的兩側邊為垂直面結構，且該廣 角度透鏡為直條狀結構。
  4. 如請求項2所述的面光源之LED裝置，其中該至少二LED Bar組件為配置有多個LED Bar組件，該多個LED Bar組件為交錯式排列於一承載面上，其中該多個直線形長條狀結構的LED Bar組件之間的交錯式排列為前、後、左、右之間各自交錯排列，形成一均勻面光源。
  5. 如請求項2所述的面光源之LED裝置，其中該至少二LED Bar組件中的每一LED Bar組件的長條狀結構，係為弧形長條狀結構，且該多個弧形長條狀結構的LED Bar組件的弧長度，係為兩兩一組成對而有不同的弧長度，再依據該不同的弧長度尺寸，將該不同弧長度而成對的LED Bar組件依序排列，採用相互對稱交錯式間隔排列於一承載面上，形成一均勻的圓面光源。
  6. 如請求項3所述的面光源之LED裝置，其中該多個LED Bar中的每一廣角度透鏡的該雙凸出弧形上表面結構上，設有一高反射光學結構，該高反射光學結構為長條狀結構且覆蓋於該雙凸出弧形上表面的中間凹陷處，該高反射光學結構的長度與該廣角度透鏡的長度相同，該高反射光學結構的寬度小於或等於該雙凸出弧形的雙頂點之間的距離。
  7. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該電路板為一可撓型電路板或一軟性電路板，該多個LED Bar中的全部或部分係由較少顆數的同類型多個LED晶粒所構成之長度較短的LED Bar，使該廣角度面光源之LED裝置具有可彎曲性。
  8. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該多個LED Bar中的每一LED Bar內同類型的該多個LED晶粒係全部以串聯線路連接，使該多個LED Bar內同類型的該多個LED晶粒，能被同時點亮。
  9. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中在該電路板上，該多個LED Bar中的每一LED Bar經由獨立的該連接電路跟該電源輸入連接，使該多個LED Bar中的每一LED Bar能依外部電源或訊號源控制，被各別點亮，呈現動態點燈的效果。
  10. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該多個LED Bar中的每一LED晶粒上方與該廣角度透鏡之間，更包括塗布一有螢光材料。
  11. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該多個LED Bar中的每一LED Bar電性連接該連接電路中至少一的電源正極輸入線路及至少一的電源負極輸入線路；且該多個LED Bar中每一LED Bar的本身還包括有：該基板正面上設有多個晶區與多個電極區，該基板的底面設有多個電極區；同類型的該多個LED晶粒呈線形緊密地分別對應排列在該多個晶區中；該廣角度透鏡，覆蓋於該多個LED晶粒及該基板上，該廣角度透鏡是經模制封裝製程而成，該模制封裝製程係將樹脂填充於一模具的模穴中，該模具的模穴係依所需該廣角度透鏡尺寸加工成型，放置前述已有同類型的該多個LED晶粒之該基板於上模，再合模烘烤後完成封裝，形成有擴散發光角度效果且完全覆蓋於該多個LED晶粒上的廣角度透鏡；其中於該電路板上設有一連接器，設於該電路板上，該連接器分別電性連接該連接電路中的該電源正極輸入線路及該電源負極輸入線路，作為與外部輸入電源相連接之作用。
  12. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，其中該多個LED Bar 組件中的該多個LED Bar係由兩種發出不同顏色光的LED Bar所組成，所有發出第一顏色光的LED Bar呈一線形或弧形排列於該電路板上，所有發出第二顏色光的LED Bar呈另一線形或弧形排列於該電路板上，且該所有發出第一顏色光的LED Bar與該所有發出第二顏色光的LED Bar，兩者為相互平行或交互對稱並排於該電路板上。
  13. 如請求項1所述的面光源之LED裝置，還包括有至少一LED驅動IC，設置於該電路板上，該多個LED Bar中的每一LED Bar經由該電路板上的該連接電路與該LED驅動IC電性連接，該LED驅動IC經由該電路板上的該連接電路與該電源輸入電性連接。
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