CN101701693A - 发光装置 - Google Patents

Abstract

一种发光装置，包括多个光源、一光学板、多个凹陷结构以及至少一出光结构，其中光学板设置于光源的上方，该光学板具有一上表面以及一下表面。凹陷结构由光学板的上表面向光学板的内部延伸，每一凹陷结构对应地设置于一个光源的上方，其中每一凹陷结构的侧表面具有至少两个倾斜角度。出光结构设置于光学板的上表面与下表面的至少其中之一，其中，位于每一凹陷结构下方的光源所产生的光线在凹陷结构的侧表面产生全反射并持续地在光学板内进行至少一次全反射，直到遇到出光结构才射出光学板。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种发光装置，且特别涉及一种出光均匀度较佳的发光装置。

背景技术

现今社会多媒体技术相当发达，其多半受惠于半导体元件或显示装置的进步。就显示器而言，具有高画质、良好的空间利用效率、低功耗、无辐射等优越特性的液晶显示器已逐渐成为市场的主流。由于液晶显示面板并不具有发光的功能，故在液晶显示面板下方必须配置一背光模块来提供一面光源，以使液晶显示面板能达到显示的目的。

一般来说，背光模块可分为侧边式背光模块与直下式背光模块。另外，依照光源的种类又可以分为冷阴极荧光灯管(CCFL)光源背光模块与发光二极管(LED)光源背光模块。对于直下式背光模块而言，由于光线是直接进入使用者的眼睛，需要较长的混光距离将光线混合均匀，使得背光模块的厚度变厚。侧边式背光模块则是通过导光板将光线混合均匀后再进入使用者眼睛，因此侧边式背光模块具有厚度较薄的优势。

近年来液晶显示器逐渐朝向大尺寸的趋势发展，直下式背光模块可将整个液晶显示面板切割成M×N个区块，并且依据每一区块的影像内容而对每一区块所对应的背光源亮度进行调整(即区域点亮(local dimming)技术)，以突显画面的对比度(CR)。因此，使用直下式背光模块的液晶显示器所呈现的对比度大于使用侧边式背光模块的液晶显示器所呈现的对比度。

发明内容

本发明提供一种发光装置，该发光装置具有较佳的出光均匀度。

本发明提出一种发光装置，该发光装置包括多个光源、一光学板、多个凹陷结构以及至少一个出光结构，其中光学板设置于光源的上方，该光学板具有一上表面以及一下表面。凹陷结构由光学板的上表面向光学板的内部延伸，每一凹陷结构对应地设置于一个光源的上方，其中每一凹陷结构的侧表面具有至少两个倾斜角度。出光结构设置于光学板的上表面与下表面的至少其中之一，其中，位于每一凹陷结构下方的光源所产生的光线在凹陷结构的侧表面产生全反射并持续地在光学板内进行至少一次全反射，直到所述光线遇到出光结构才射出光学板。

本发明提出一种发光装置，该发光装置包括多个光源、一光学板、多个凹陷结构以及至少一出光结构。光学板设置于光源的上方，其中光学板具有一上表面以及一下表面。凹陷结构由光学板的上表面向光学板的内部延伸，每一凹陷结构对应设置于一个光源的上方，其中每一凹陷结构的侧表面具有具有一第一段表面与一第二段表面，且第一段表面与第二段表面不位于同一平面上或不位于同一曲面上。出光结构设置于光学板的上表面与下表面至少其中之一，其中，位于每一凹陷结构下方的光源所产生的光线于凹陷结构的侧表面产生全反射并持续于光学板内进行至少一次全反射，直到遇到出光结构才射出光学板。

本发明提出一种发光装置，该发光装置包括多个光源、一光学板、多个凹陷结构以及至少一出光结构。光学板设置于光源的上方，其中光学板具有一上表面以及一下表面。凹陷结构由光学板的上表面向光学板的内部延伸，每一凹陷结构对应地设置于一个光源的上方，其中每一凹陷结构的侧表面具有一第一段表面与一第二段表面，且第一段表面与凹陷结构的轴心线具有一第一夹角，第二段表面与凹陷结构的轴心线具有一第二夹角。出光结构设置于光学板的上表面与下表面的至少其中之一，其中，位于每一凹陷结构下方的光源所产生的光线在凹陷结构的侧表面产生全反射并持续地在光学板内进行至少一次全反射，直到遇到出光结构才射出光学板。

基于上文所述，本发明的光学板内的凹陷结构可使光源发出的光线在光学板内进行至少一次全反射，直到遇到出光结构才射出光学板。由于光源的光线是经过至少一次全反射或者多次全反射之后才射出光学板，因此从光学板射出的光线可呈现出均匀的面光源。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特别例举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的发光装置的剖面图。

图2A为图1的发光装置的凹陷结构的放大图。

图2B绘示了图2A的凹陷结构的一种变型结构。

图3A为图1的发光装置的凹陷结构的示意图。

图3B绘示了图3A的凹陷结构的一种变型结构。

图4为本发明一实施例的发光装置的剖面图。

图5为本发明另一实施例的发光装置的剖面图。

图6A为本发明又一实施例的发光装置的剖面图。

图6B绘示了图6A的发光装置的一种变型。

图7为本发明再一实施例的发光装置的剖面图。

图8为本发明一实施例的发光装置的剖面图。

图9绘示了图8的发光装置的一种变型。

图10A为本发明一实施例的发光装置的剖面图。

图10B为图10A的光学板的局部放大图。

图11为本发明一实施例的发光装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、400、500、600、700、800、1000、1100：发光装置

110：光源                            120：光学板

122：上表面                          124：下表面

124a、124b：开缝                     126：侧表面

130：凹陷结构                        132：侧表面

132a：第一段表面                     132b：第二段表面

132c：第三段表面                     140：出光结构

142：第一图案化反射层                144：第二图案化反射层

146：微结构

148a、148b、148c、148d、148e：开缝

150：基板                            152：凹槽

152a：内壁                           160：透光胶体

170：光学膜片                        410：反射层

610：黏着层              810：聚光结构

A：水平面                D、D1、D2：转折高度

G：轴心线                H：高度

L：光线                  S：空气间隙

T：光学板的厚度          W：发光二极管芯片的宽度

θ：夹角                 θ1：第一夹角

θ2：第二夹角            θ3：第三夹角

θ4：顶角                θ_F：全反射角

具体实施方式

在以下的多个实施例中，发光装置具有多个光源，然而，为简化说明，仅在图1绘示了多个光源，而在图4至图11中仅绘示一个光源作为代表，但其并非用以限定本发明。

图1为本发明一实施例的发光装置的剖面图。图2A为图1的发光装置的凹陷结构的放大图。图2B绘示了图2A的凹陷结构的一种变型结构。图3A为图1的发光装置的凹陷结构的示意图。图3B绘示了图3A的凹陷结构的一种变型结构。

请同时参照图1与图2A，本实施例的发光装置100包括多个光源110、一光学板120、多个凹陷结构130以及多个出光结构140。光源110例如为发光二极管，且光学板120设置于光源110的上方。在本实施例中，光源110可与光学板120直接贴合或者是与光学板120之间隔有一间距以作为散热空间。光学板120内可选择性地分布有多个扩散粒子(未图示)，以提升发光装置100的出光均匀度。

光学板120具有一上表面122以及一下表面124。凹陷结构130位于光学板120内，且每一凹陷结构130对应地设置于一个光源110的上方。值得注意的是，当光源110向上发出的光线L照射到凹陷结构130时会产生全反射而转为朝向光学板120的侧边传递。如此一来，凹陷结构130可使光线L转向凹陷结构130的四周发散，而不会聚集在光源110的正上方，进而可提升发光装置100的出光均匀度。换言之，通过光学板120及凹陷结构130的设计以使光源110的光线向四周发散，便可进一步缩小光源110所需的混光距离。

承上所述，每一凹陷结构130的侧表面132具有至少两个倾斜角度，且凹陷结构130可为锥形凹槽(如图3A所示)或V形凹槽(如图3B所示)。详细而言，请参照图2A，每一凹陷结构130的侧表面132具有一第一段表面132a与一第二段表面132b，且第一段表面132a与第二段表面132b不位于同一平面上或者不位于同一曲面上。

换言之，第一段表面132a与凹陷结构130的轴心线G具有一第一夹角θ1(又可称为第一倾斜角度)，第二段表面132b与凹陷结构130的轴心线G具有一第二夹角θ2(又可称为第二倾斜角度)。在本实施例中，在凹陷结构130中，越靠近凹陷结构130的底部B的侧表面132的倾斜角度越小。换言之，较靠近凹陷结构130的底部B的第一段表面132a与轴心线G的第一夹角θ1小于较远离凹陷结构130的底部B与轴心线G的第二段表面132b的第二夹角θ2。

在本实施例中，第二夹角θ2的角度范围例如为30°～60°之间，且第一夹角θ1小于第二夹角θ2。此外，当光学板120的厚度为T，且光源110(例如发光二极管芯片)的宽度为W时，T与W符合下式：

T＝B×W×[Tan(θ1)+Tan(θ2)]

其中，B介于0.25～0.5之间。

表1列出在不同的转折高度D、第一夹角θ1与第二夹角θ2下，光学板120内的凹陷结构130的漏光率，这种对漏光率的调配可控制凹陷结构130正上方的光源强度以适应于发光装置100对于光源均匀度的需求，其中当光源110之间的间距越小时，所需的漏光率越大。

表1

请参照表1，由表1可知，可通过调整第一夹角θ1与第二夹角θ2的角度大小来调整漏光率。

在其他实施例中，如图2B所示，凹陷结构130的侧表面132可具有一第一段表面132a、一第二段表面132b与一第三段表面132c，且第一段表面132a与凹陷结构130的轴心线G具有一第一夹角θ1，第二段表面132b与轴心线G具有一第二夹角θ2，第三段表面132c与轴心线G具有一第三夹角θ3。第二夹角θ2小于第三夹角θ3且大于第一夹角θ1。

表2列出在不同的转折高度D1、D2以及第一夹角θ1、第二夹角θ2与第三夹角θ3下，光学板120内的凹陷结构130的漏光率。

表2

θ1(°)	20	20
			θ2(°)	22.5	25
θ3(°)	32.5	32.5
			D1(毫米)	4	3.5
D2(毫米)	5	5
			漏光率	2.88％	1.68％

由表2可知，可通过调整第一夹角θ1、第二夹角θ2与第三夹角θ3的角度大小来调整漏光率。

在本实施例中，出光结构140设置于光学板120的下表面124上，且出光结构140例如为一图案化反射层，图案化反射层可以以网点的方式配置或是以其他具有光学均匀化效果的方式配置，且图案化反射层的材质可为油墨等高反射性材料。位于凹陷结构130下方的光源110所产生的光线L可在凹陷结构130的侧表面132产生全反射并持续地在光学板120内进行至少一次全反射，直到遇到出光结构140才射出光学板120。换言之，当光线L在光学板120内进行全反射的过程中，当遇到出光结构140时，全反射作用便会被破坏，如此便可使得光线L射出光学板120而出光。在本实施例中，光线L可在光学板120内进行一或多次全反射直到遇到出光结构140才射出光学板120，此时，出光结构140可分散光线L的出光位置，从而有助于提升发光装置100的出光均匀度。详细而言，在遇到出光结构140之前，光源110所产生的光线L在光学板120内的入射角(或反射角)会保持为一全反射角θ_F，而在遇到出光结构140之后，光线L在光学板120内的反射角(或入射角)会改变，进而破坏全反射作用并使光线从光学板120的上表面122射出而出光。此外，在随后的图4～图9的实施例中，光线在光学板120中的反射路径与图1中的光线L在光学板120中的反射路径相似。

在本实施例中，光源110可配置于一基板150上。详细而言，基板150可为电路板，而在基板150上具有多个凹槽152，每一凹槽152可对应地位于一凹陷结构130的下方，且光源110可配置于凹槽152中并与基板150电性连接。另外，为提高光源110的光线利用率，可在凹槽152的内壁152a上形成一反射层(未图示)，以反射照射到内壁152a的光线。此外，可在凹槽152中填入一透光胶体160，以覆盖并保护光源110。

此外，透光胶体160中可掺杂有荧光粉体或扩散粒子，以调整发光装置100所发出的光的颜色或者是提升发光装置100的出光均匀度。透光胶体160与光学板120可以是一体成型也可以是单独成型，且透光胶体160的材质与光学板120的材质可以相同也可以不同。在本实施例中，可在光学板120的上方配置一光学膜片170，光学膜片170例如为增亮片、抗反射片、扩散片等可提升发光装置100的亮度或出光均匀度的透光膜片。

图4为本发明一实施例的发光装置的剖面图。请参照图4，本实施例的发光装置400的结构与图1的发光装置100的结构相似，两者的差异之处在于发光装置400的出光结构140设置于光学板120的上表面122。出光结构140例如为一图案化反射层。类似地，在光源110的光线在光学板120内进行全反射的过程中，当遇到出光结构140时，全反射作用便会被破坏，如此便可使得光线L射出光学板120而出光。在本实施例中，为增强光学板120的下表面124的反射率，可在光学板120的下表面124上配置一反射层410。

图5为本发明另一实施例的发光装置的剖面图。请参照图5，本实施例的发光装置500的结构与图1的发光装置100的结构相似，两者的差异之处在于发光装置500的出光结构140包括一第一图案化反射层142以及一第二图案化反射层144，且第一图案化反射层142与第二图案化反射层144分别设置于光学板120的上表面122与下表面124。第一图案化反射层142为多个微结构(例如为半圆形凸起)，且第一图案化反射层142可破坏全反射以使得光线L射出光学板120而出光，并可使射出光学板120的光源集中增亮。第二图案化反射层144可为网点结构，以利于光线L射出光学板120的上表面122。

图6A为本发明又一实施例的发光装置的剖面图，图6B绘示了图6A的发光装置的一种变型。请参照图6A，本实施例的发光装置600的结构与图1的发光装置100的结构相似，两者的差异之处在于发光装置600还包括位于光学板120与基板150之间的一黏着层610，且光学板120与透光胶体160之间存在一空气间隙S。在本实施例中，当光由光源110表面射出时，由于空气间隙S中的空气折射率小于透光胶体160的折射率，因此，在透光胶体160与空气间隙S的交界面上，只有小于全反射角的光线L才能射出透光胶体160，故空气间隙S可限缩光线L入射至光学板120的角度，进而产生聚光的效果。因此，射入光学板120的光线L较容易照射到凹陷结构130而产生全反射。

反之，请参照图6B，若是透光胶体160直接连接光学板120(亦即不存在空气间隙S)，由于透光胶体160的折射率接近光学板120的折射率，因此，光源110表面发出的光线L可以以前述的全反射角的角度入射到光学板120，并直接射出光学板120，而不会照射到凹陷结构130。

图7为本发明再一实施例的发光装置的剖面图。请参照图7，本实施例的发光装置700的结构与图1的发光装置100的结构相似，两者的差异之处在于发光装置700的光学板120的上表面122为一非平面，以作为出光结构140。详细而言，在本实施例中，靠近凹陷结构130处的光学板120的厚度大于远离凹陷结构130处的光学板120的厚度。由于光学板120的上表面122为一非平面(例如是斜面)，因此光源110的光线L在光学板120内进行全反射的过程中，当遇到光学板120的上表面122因斜面角度的原因而导致全反射作用被破坏时，可使得光线L射出光学板120而出光。

图8为本发明一实施例的发光装置的剖面图。图9绘示了图8的发光装置的一种变型结构。请参照图8，本实施例的发光装置800的结构与图6的发光装置600的结构相似，两者的差异之处在于发光装置800的光学板120内设置有一聚光结构810(例如为一透镜)，且聚光结构810位于凹陷结构130的下方。聚光结构810可对光源110所发出的光线产生聚光作用，而使光源110的发散角度缩小，如此可使得更多光线能够顺利地在凹陷结构130处产生全反射，进而使光源110的光线在光学板120内持续地进行至少一次全反射。在本实施例中，聚光结构810呈半球状。在其他实施例中，聚光结构810还可呈圆柱状(如图9所示)。

图10A为本发明一实施例的发光装置的剖面图。图10B为图10A的光学板的局部放大图。

请同时参照图10A与图10B，本实施例的发光装置1000的结构与图1的发光装置100的结构相似，两者的差异之处在于发光装置1000的出光结构140为多个微结构146，且发光装置1000的光学板120的侧表面126与一水平面A之间具有一锐角夹角θ。

在本实施例中，出光结构140为多个锯齿状的微结构146。微结构146的顶角θ4可介于30°～60°之间，且微结构146的高度H可介于50微米～200微米之间。

微结构146可选择为设置于光学板120的下表面124、上表面122，或者是同时设置在光学板120的下表面124与上表面122。当微结构146同时设置在光学板120的下表面124与上表面122时，位于上表面122的微结构146与位于下表面124的微结构146为交错设置。换言之，位于上表面122的微结构146在基板150上的投影与位于下表面124的微结构146在基板150上的投影可以彼此不重叠或者彼此部分重叠。

请参照图10B，类似地，在本实施例中，当光源110的光线L在光学板120内进行全反射而向光学板120的侧边传递时，当光线L遇到出光结构140或者是侧表面126时，将破坏全反射作用而使光线L射出光学板120而出光。

详细而言，在遇到出光结构140之前，光源110所产生的光线L在光学板120内的入射角(或反射角)会保持为一全反射角θ_F，而在遇到出光结构140之后，光线L于光学板120内的反射角(或入射角)会减小，从而破坏全反射作用并从光学板120的上表面122出光。

另外，在本实施例中，光学板120的下表面124还可具有两个开缝124a、124b，且开缝124a、124b分别位于凹陷结构130的相对两侧。开缝124a、124b也可作为出光结构之用。详细而言，当光源110的光线L在光学板120内遇到凹陷结构130而产生全反射之后，可遇到开缝124a、124b而破坏全反射作用从而射出光学板120的上表面122而出光。

图11为本发明一实施例的发光装置的示意图。请参照图11，本实施例的发光装置1100的结构与图1的发光装置100的结构相似，两者的差异之处在于发光装置1100的出光结构140为多个位于下表面124的开缝148a、148b、148c、148d、148e，且在这些开缝148a、148b、148c、148d、148e中，离光源110愈远的开缝愈深(例如开缝148e)，反之，离光源110愈近的开缝愈浅(例如开缝148a)。类似地，当光源110的光线在光学板120内进行全反射而向光学板120的侧边传递时，当光线120遇到开缝148a、148b、148c、148d、148e时，将破坏全反射作用而使光线L射出光学板120的上表面122而出光。

综上所述，由于本发明的光学板内设置有凹陷结构，而凹陷结构可使光源所发出的光线在所述凹陷结构处产生全反射并持续地在光学板内进行至少一次全反射，直到遇到出光结构才射出光学板，故所述凹陷结构可提升发光装置的出光均匀度。另外，由于光学板的凹陷结构的设计可使光源的光线向凹陷结构的四周发散，因此可进一步缩小光源所需的混光距离。因而，本发明的光学板与光源之间的距离可以缩小的最低，甚至是直接贴合在一起。如此，将有助于发光装置的薄型化的发展趋势。

虽然本发明已通过实施例披露如上，但这些实施例并非旨在限定本发明，本领域一般技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下应能对这些实施例做出某些更改和修饰，故本发明的保护范围应以随附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种发光装置，包括：

多个光源；

一光学板，设置于所述多个光源的上方，其中该光学板具有一上表面以及一下表面；

多个凹陷结构，由该光学板的上表面向该光学板的内部延伸，每一所述凹陷结构对应地设置于一个所述光源的上方，其中每一所述凹陷结构的侧表面具有至少两个倾斜角度；以及

至少一个出光结构，设置于该光学板的上表面与下表面的至少其中之一上，

其中，位于每一所述凹陷结构下方的光源所产生的光线在该凹陷结构的侧表面产生全反射并持续地在该光学板内进行至少一次全反射，直到遇到所述出光结构才射出该光学板。

2.如权利要求1所述的发光装置，其中在每一所述凹陷结构中，越靠近该凹陷结构底部的该侧表面的倾斜角度越小。

3.如权利要求1所述的发光装置，其中所述至少一个出光结构包括一图案化反射层，该图案化反射层设置于该光学板的上表面。

4.如权利要求1所述的发光装置，其中所述至少一个出光结构包括一图案化反射层，该图案化反射层设置于该光学板的下表面。

5.如权利要求1所述的发光装置，其中所述至少一个出光结构包括分别设置于该光学板的上表面与下表面的一第一图案化反射层以及一第二图案化反射层。

6.如权利要求1所述的发光装置，其中该光学板的该上表面为一非平面，用以作为所述出光结构。

7.如权利要求6所述的发光装置，其中靠近所述多个凹陷结构处的该光学板的厚度大于远离所述多个凹陷结构处的该光学板的厚度。

8.如权利要求1所述的发光装置，还包括一基板，所述多个光源设置于该基板上，其中该光学板与该基板之间还设置有一黏着层。

9.如权利要求8所述的发光装置，其中该光学板与所述光源之间具有一空气间隙。

10.如权利要求1所述的发光装置，还包括多个聚光结构，所述聚光结构设置于该光学板内，且每一所述聚光结构对应地设置于一个所述凹陷结构的下方。

11.如权利要求1所述的发光装置，其中该光学板的下表面还包括多个用于作为所述出光结构的微结构。

12.如权利要求1所述的发光装置，其中该光学板的上表面还包括多个用于作为所述出光结构的微结构。

13.如权利要求1所述的发光装置，其中该光学板的上表面与下表面还包括多个用于作为所述出光结构的微结构，且位于该上表面的所述多个微结构与位于该下表面的所述多个微结构交错设置。

14.如权利要求1所述的发光装置，其中该光学板的侧表面与水平面之间具有一锐角夹角。

15.如权利要求1所述的发光装置，还包括分布于该光学板内的多个扩散粒子。

16.如权利要求1所述的发光装置，其中所述多个凹陷结构为V形凹槽或锥形凹槽。

17.如权利要求16所述的发光装置，还包括位于该光学板的上方的至少一光学膜片。

18.一种发光装置，包括：

多个光源；

一光学板，设置于所述多个光源的上方，其中该光学板具有一上表面以及一下表面；

多个凹陷结构，由该光学板的该上表面向该光学板的内部延伸，每一所述凹陷结构对应地设置于一个所述光源的上方，其中每一所述凹陷结构的侧表面具有一第一段表面与一第二段表面，且该第一段表面与该第二段表面不位于同一平面上或者不位于同一曲面上；以及

至少一出光结构，设置于该光学板的上表面与下表面的至少其中之一上，

其中，位于每一所述凹陷结构下方的光源所产生的光线在该凹陷结构的侧表面产生全反射并持续地在该光学板内进行至少一次全反射，直到遇到所述出光结构才射出该光学板。

19.一种发光装置，包括：

多个光源；

一光学板，设置于所述多个光源的上方，其中该光学板具有一上表面以及一下表面；

多个凹陷结构，由该光学板的上表面向该光学板的内部延伸，每一所述凹陷结构对应地设置于一个所述光源的上方，其中每一所述凹陷结构的侧表面具有一第一段表面与一第二段表面，且该第一段表面与该凹陷结构的轴心线具有一第一夹角，该第二段表面与该凹陷结构的轴心线具有一第二夹角；以及

至少一出光结构，设置于该光学板的上表面与下表面的至少其中之一上，

其中，位于每一所述凹陷结构下方的光源所产生的光线在该凹陷结构的侧表面产生全反射并持续地在该光学板内进行至少一次全反射，直到遇到所述出光结构才射出该光学板。

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