JP3196465U

JP3196465U - 側面照射面状発光モジュール

Info

Publication number: JP3196465U
Application number: JP2014006851U
Authority: JP
Inventors: ▲呉▼秉宸
Original assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Current assignee: Unity Opto Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: CN103185237A; CN103185237B; ES2441916R1; FR2984994A1; DE102012104245A1; ES2441916B1; US20150103530A1; KR101411218B1; TWI444569B; JP2013137988A; US20130163284A1; DE102012104245B4; ES2441916A2; KR20130075652A; FR2984994B1; TW201326673A

Abstract

【課題】導光板構造を利用することなく、光出射面上にて、発光ダイオードの光強度分布が均一な光出射効果を実現できる側面照射面状発光モジュールを提供する。【解決手段】対角線の長さが５〜１００ｃｍの矩形底板１０を有し、発光ダイオード１２をアレイ配列方式によって、それぞれ矩形底板対向の両側に設ける。発光ダイオードの出射光源が直接照射する照射区域、または矩形底板の微細突起構造１０１によって反射された後、同じ発光ダイオードが形成する異なる光強度の照射区域をそれぞれの光出射面に対し、強い発光区域では長い光路、弱い発光区域では短い光路となるように、異なる距離の光路を形成して、光出射面にて光強度分布が均一となる光出射効果を実現する。【選択図】図２Ａ

Description

本考案は面状発光モジュールの分野に関し、特に導光板構造を利用する必要はなく、発光ダイオードの光源を直接に光出射面上にて、光強度分布が均一な光出射効果を実現できる側面照射面状発光モジュールに関する。

発光ダイオードの応用がますます幅広くなり、照明、警告または表示装置など、いずれの分野においても重要な地位を占めている。その理由として、発光ダイオードが長寿命、低電力消費、高輝度などの長所を有することから、業者が常に優先に選択することが挙げられる。
一方で、発光ダイオードは同時に高指向性の特性をもっているため、このような高指向特性が様々な応用分野で光源の応用範囲を限定している。そのため、光源全体の構造改良が必要である。
例えば、照明分野向けに全方位の照明設備を提供し、または表示装置向けの背光モジュールに導光板構造を利用して光線を導き、光路を改変して均一に出射させる必要がある。

しかし、背光モジュールの例では、発光ダイオードを光源に利用した場合は省電力、省エネルギー、低汚染、高輝度、軽い、薄いなどの優位性を有するが、特に側面照射面状発光モジュールにとって、導光板の適用がなお不可欠である。前述のとおり、導光板は光線を誘導する役目を有する一方、多くの光エネルギーを吸収する。
さらに、表示装置の大型化ニーズにつれて、コスト、重量ともにかさばり、末端製品にとって、不利な生産条件となっている。一方、大型分野に提供される導光板は薄い構造を実現する必要がある。このため、生産が難しくなり、生産コストも高くなる。よって、導光板構造を省くことができ、かつ他の構造に取り替えても、光源が面状で均一な光出射効果を達成することが、当業者が改善を急ぐ課題である。

このため、考案者が公知技術の不足点について、鋭意に研究すると共に当産業分野で長年に蓄積した経験に基づき、矩形底板と、複数の発光ダイオードと、を備える側面照射面状発光モジュールを考案した。
本考案の側面照射面状発光モジュールにおいて、矩形底板対角線の長さは５〜１００ｃｍを有し、発光ダイオードをアレイ配列方式によって、それぞれ矩形底板対向の両側に設ける。発光ダイオードの出射光源が直接照射するまたは矩形底板の微細構造によって反射された後、同じ発光ダイオードが形成する異なる光強度の照射区域をそれぞれの光出射面に対し、異なる距離の光路を形成して、光出射面にて光強度分布が均一な光出射効果を形成する。
本考案の側面照射面状発光モジュールと従来の背光モジュールまたは面状光源に使用されている導光板、輝度向上フィルム構造などの方式を取り替えれば生産コストを徹底的に軽減でき、発光効率を有効に向上できる。

本考案の目的は、前述の問題について、導光板構造を利用することなく、直接に発光ダイオードの光源を出射し、光出射面にて光強度分布が均一な光出射効果を形成できる側面照射面状発光モジュールを提供し、表示装置の背光モジュールまたその他面状照明装置において有効な運用を図ることである。

前記目的を達成するため、本考案が提案する側面照射面状発光モジュールは、矩形底板と、複数の発光ダイオードと、を備える。矩形底板の対角線の長さは５〜１００ｃｍを有し、発光ダイオードはアレイ配列方式により、それぞれ矩形底板対向の両側に設置することによって、発光ダイオードの出射光が直接照射または矩形底板によって反射された後、光出射面において、均一な強度の光出射効果を形成する。本考案の側面照射面状発光モジュールは、以下の特徴を有する。

各発光ダイオードと環境媒体の界面法線の夾角は０°から９０°へ順を追って、強い発光区域と、副次的発光区域と、弱い発光区域と、微弱発光区域と、を形成する。また、矩形底板は少なくとも一つの反射微細構造を有し、各発光ダイオードの出射光が反射経路を経過せずに、または矩形底板の反射微細構造によって反射された後、強い発光区域から光出射面に出射される第１光出射点ｐ１、副次的発光区域が光出射面に出射される第２光出射点ｐ２、弱い発光区域から光出射面に出射される第３光出射点ｐ３及び微弱発光区域から光出射面に出射される第４光出射点ｐ４は、それぞれ同じ二次元空間の発光ダイオードの距離がＲ_p1、Ｒ_p2、Ｒ_p3及びＲ_p4であり、かつＲ_p1＞Ｒ_p2＞Ｒ_p3＞Ｒ_p4（式１）の関係にある。

そのうち、強い発光区域のいずれかの光路と環境媒体の界面法線の夾角θ₁、発光区域のうちいずれかの光路と環境媒体の界面法線の夾角θ₂、弱い発光区域のうちいずれかの光路と環境媒体の界面法線の夾角θ₃、及び微弱発光区域のうちいずれかの光路と環境媒体の界面法線の夾角はθ₄、かつ

の数式を満足する。

一好ましい実施例において、θ₁は０°＜θ₁≦３０°、θ₂は３０°＜θ₂≦４５°、θ₃は４５°＜θ₃≦６０°、θ₄は６０°＜θ₄≦９０°である。

もう一つの好ましい実施例において、矩形底板と光出射面との距離は０．１ｃｍ〜５ｃｍの間である。

もう一つの好ましい実施例において、反射微細構造は２つの主傾斜板構造を形成され、かつ矩形底板両側の発光ダイオードに対向して、矩形底板の中間位置に設けられている。または、反射微細構造に２つの副次的傾斜板構造を有し、それぞれ２つの主傾斜板構造の一側に設けられている。
もう一つの好ましい実施例において、側面照射面状発光モジュールは発光ダイオードの光出射場所に取り付ける光学レンズをさらに有する。
もう一つの好ましい実施例において、側面照射面状発光モジュールの発光ダイオードは矩形底板に対して、それぞれ異なる角度向きに設けられている。

本考案による矩形底板と、複数の発光ダイオードと、を備える側面照射面状発光モジュールは、矩形底板の対角線の長さは５〜１００ｃｍを有し、発光ダイオードはアレイ配列方式により、それぞれ矩形底板対向の両側に設ける。
これによって、発光ダイオードの出射光源が直接照射するか、または前記矩形底板の微細構造によって反射された後、同じ発光ダイオードが形成する異なる光強度の照射区域をそれぞれの光出射面に対し、異なる距離の光路を形成して、光出射面にて光強度分布が均一な光出射効果を形成する。
このように、従来の背光モジュールまたは面状光源に使用されている導光板、輝度向上フィルム構造などの方式に代わって、生産コストを徹底的に軽減でき、発光効率を有効に向上できる効果がある。

本考案の側面照射面状発光モジュールにおける発光ダイオードの設計論理の放射線場態様図（その１）である。本考案の側面照射面状発光モジュールにおける発光ダイオードの設計論理の放射線場態様図（その２）である。本考案の側面照射面状発光モジュールにおける発光ダイオードの設計論理の放射線場態様図（その３）である。本考案の側面照射面状発光モジュールにおける上面構造態様図（その１）である。本考案の側面照射面状発光モジュールにおける上面構造態様図（その２）である。本考案の側面照射面状発光モジュールにおける断面構造態様図（その１）である。本考案の側面照射面状発光モジュールにおける断面構造態様図（その２）である。本考案の側面照射面状発光モジュールに設置された光学レンズの断面構造態様図である。本考案の側面照射面状発光モジュールに備える発光ダイオードを異なる角度により矩形底板向きに取り付ける断面構造態様図である。

本考案の内容のさらなる理解を図るため、以下、図面と組合せて説明する。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３の、本考案の側面照射面状発光モジュールにおける発光ダイオードの設計論理の放射線場態様図（その１）、（その２）、（その３）、本考案の側面照射面状発光モジュールにおける上面構造態様図（その１）、（その２）、及び本考案の側面照射面状発光モジュールにおける断面構造態様図（その１）を参照する。
図示のとおり、本考案の側面照射面状発光モジュール１は矩形底板１０と、複数の発光ダイオード１２とを有し、前記矩形底板１０の対角線の長さは５〜１００ｃｍであり、前記発光ダイオード１２はアレイ配列方式によって、それぞれ前記矩形底板１０の対向両側に設置する。これによって、前記発光ダイオード１２の出射光が直接照射または前記矩形底板１０に設けられた反射微細構造１０１によって反射された後、光出射面１４において、均一な強度の光出射効果を形成する。
本考案は側面照射面状発光モジュール１であるため、発光ダイオード１２の光源を有効に導き、かつ強度を均一に分布させて、各発光ダイオード１２がそれぞれ異なる光強度の分布区域を有し、異なる光路に対応できることが本考案の設計の主なポイントである。

引き続き、図１Ａと１Ｂを参照する。発光ダイオード１２と周りの環境媒体２との間の屈折率に差があるため、発光ダイオード１２の放射線場態様も非等方性分布のパタンを形成する。図示のとおり、各発光ダイオード１２は半導体構造１２０２に備える点光源１２０１より組み合わされることが分かる。
仮に、半導体構造１２０２の屈折ｎ_s、環境媒体ｎ_e、点光源１２０１は半導体構造１２０２と環境媒体２との間の距離が（図１Ｂに示す）非常に短い場合は、発光ダイオード１２の光路と環境媒体２との界面法線の夾角Φ、取り合い点での回折された後の屈折角θ、スネルの法則及びΦが極小の場合

の関係式が得られる。
したがって、エネルギー保存則によれば、取り合い点両側の輻射力がほぼ一致であり、すなわち、Ｉ_sｄＡ_s＝Ｉ_eｄＡ_e（式３）である。Ｉ_sは半導体構造１２０２内部の光強度（Ｗ／ｍ²）、Ｉ_eは環境媒体２の光強度（Ｗ／ｍ²）、ｄＡ_sとｄＡ_eはそれぞれ半導体構造１２０２と環境媒体２の単位面積である。
よって、各発光ダイオード１２の放射線場が対称軸を形成された場合、

の関係式より、環境媒体２のうち点光源１２０１から距離Ｒの光強度、Ｉ_e＝（Ｐ／４πＲ²）（ｎ_e ²／ｎ_s ²）ｃｏｓθ（式５）を算出することができる。この点から、光強度の分布はｃｏｓθに関連し、かつ最大強度がθ＝０°である。さらに、θ＝６０°のとき、光強度は最大値の半分に減少されることが分かる。
引き続き図１Ｃを参照する。各発光ダイオード１２の光強度の分布区域を各発光ダイオード１２と環境媒体２の取り合い点法線の夾角、すなわち、０°から９０°順を追って、強い発光区域１２１、副次的発光区域１２２、弱い発光区域１２３、微弱発光区域１２４が形成される。好ましくは、仮に強い発光区１２１のうちいずれかの光路が環境媒体２の取り合い点法線の夾角がθ₁、副次的発光区域１２２のうちいずれかの光路が環境媒体２の取り合い点法線の夾角がθ₂、弱い発光区域１２３のうちいずれかの光路が環境媒体２の取り合い点法線の夾角がθ₃、微弱発光区域１２４のうちいずれかの光路が環境媒体２の取り合い点法線の夾角がθ₄のとき、θ₁は０°＜θ₁≦３０°、θ₂は３０°＜θ₂≦４５°、θ₃は４５°＜θ₃≦６０°、θ₄は６０°＜θ₄≦９０°である。
前述の説明から、各発光ダイオード１２と環境媒体２の取り合い点法線の夾角が０°のとき、光強度が最大値となり、３０°のとき、その強度が最大値の（√３）／２、４５°のとき、光強度が最大値の（√２）／２、６０°のとき、光強度が最大値の１／２、９０°のとき、光強度がゼロに近いことが分かる。

前述より、環境媒体２のうちある場所の光強度と発光ダイオード１２の照射角が正比例関係を形成し、距離の平方と反比例を形成する条件において、一つの発光ダイオード１２における異なる光強度区域はそれぞれ反射微細構造１０１を経由して、または直接に光出射面１４に照射させた場合、ほぼ同じ光強度の光出射効果が得られる。
例えば、発光区域が光出射面の第１光出射点ｐ１、発光区域が光出射面の第２光出射点ｐ２、発光区域が光出射面の第３光出射点ｐ３、発光区域が光出射面の第４光出射点ｐ４、それぞれ同じ二次元空間に備える発光ダイオード１２との距離がそれぞれＲ_p1、Ｒ_p2、Ｒ_p3、Ｒ_p4のとき、Ｒ_p1＞Ｒ_p2＞Ｒ_p3＞Ｒ_p4（式１）となる。

さらに、異なる寸法の設計において、例えば矩形底板１０と光出射面１４との距離が０．１ｃｍ〜５ｃｍの間にあるときは、

の関係式を修正することによって、最適な光出射効果が得られる。
特に説明すべきことは、図２Ｂに示すとおり、発光ダイオード１２は矩形底板１０の対向する２つの長手側に設けて、かつ反射微細構造１０１の構造は発光ダイオード１２距離の遠近に従って、サイズの大小を選択して突起構造を設けることができる。その目的は発光ダイオード１２より出射する異なる角度の光源を反射微細構造１０１によって反射する際、光強度の強い発光区域が反射された後の光路増加が長すぎず、光強度の弱い発光区が光出射面１４において、ほぼ同じ光強度を維持することである。
引き続き、図３を参照する。反射微細構造１０１は２つの主傾斜板構造１０１１を設けられ、かつ２つの主傾斜板構造１０１１は矩形底板１０両側に設けられた発光ダイオード１２に対応して、矩形底板１０の中間位置に設けられている。図示のとおり、２つの主傾斜板構造１０１１の設置の高さと傾斜度は発光ダイオード１２の距離に対応して、前述関係式により決定される。
好ましくは、２つの主傾斜板構造１０１１はそれぞれそのうち一側にて、アレイ配列により発光ダイオード１２を配置する。これにより、光路を光出射面１４の反射位置にて有効に制御することができる。矩形底板１０と光出射面１４との距離に合わせて、２つの主傾斜板構造１０１１の高さと傾斜度は、

の関係式を修正することによって決定することができる。
さらに、図４本考案の側面照射面状発光モジュールにおける断面構造態様図（その２）を合わせて参照する。各発光ダイオード１２の光路を光出射面１４の位置にて柔軟に調節するため、２つの主傾斜板構造１０１１の隣接側にはそれぞれ２つの副次的傾斜板構造１０１２を設ける。各発光区域の固定の光出射角を光出射面１４にて、異なる光路を形成することによって、光出射するときの光強度と位置を調節できる。特に説明すべきことは、２つの主傾斜板構造１０１１と２つの副次的傾斜板構造１０１２には平坦でない表面を設けて、光路の角度を大幅に改変しても、長すぎる光路の増加は必要なく、出射される光強度を有効に維持できる。

引き続き、図５の本考案の側面照射面状発光モジュールに設置された光学レンズの断面構造態様図を参照する。前述の実施例による構造設計は、発光ダイオード１２固定の発光区域分布について、反射微細構造１０１によって、光出射位置と光路距離の長さにあわせて、出射される光強度の調節が行われている。
一方、本実施例において、光学レンズ１６を介して、発光ダイオード１２の発光区域を直接に改変調節し、２つの変調可能な指数について、光出射するときに光出射面１４の位置及び強度を調整する。図示のとおり、本考案を一般のパネル照明に適用した場合、主に光出射面１４の中央部に対策し、光学レンズ１６を利用し光強度を最大強度の半分以上の区域より強くさせ、屈折してすべてを反射微細構造１０１に照射することによって、光強度の大きい範囲を有効に利用できる。

引き続き、図６の、本考案の側面照射面状発光モジュールに備える発光ダイオードを異なる角度により矩形底板向きに取り付ける断面構造態様図を参照する。本考案の発光ダイオード１２はアレイ配列方式に配置されているため、光出射面１４にある各発光ダイオード１２の放射線場は重ね合わせ効果を形成できる。よって、矩形底板１０の脇（例えば、表示装置のフレーム）における重ね合わせ効果は中央区域より少ない。矩形底板１０の脇と他の光出射面１４の光強度を均一に調節するため、発光ダイオード１２が矩形底板１０に対する設置角度は、発光ダイオード１２の発光区域を有効に利用するため、それぞれ異なる角度を設置するができる。

前記各実施例で説明したとおり、本考案の側面照射面状発光モジュールは、矩形底板と、複数の発光ダイオードと、を備える。矩形底板の対角線の長さは５〜１００ｃｍを有し、発光ダイオードはアレイ配列方式により、それぞれ矩形底板対向の両側に設ける。
これによって、発光ダイオードの出射光源が直接照射し、または前記矩形底板の微細構造により反射された後、同じ発光ダイオードが形成する異なる光強度の照射区域をそれぞれの光出射面に対し、異なる距離の光路を形成して、光出射面にて光強度分布が均一な光出射効果を形成する。
そのため、従来の背光モジュールまたは面状光源に使用されている導光板、輝度向上フィルム構造などの方式に替って生産コストを徹底的に軽減でき、発光効率を有効に向上できる。

１発光モジュール
１０矩形底板
１０１反射微細構造
１０１１主傾斜板構造
１０１２副次的傾斜板構造
１２発光ダイオード
１２１強い発光区域
１２２副次的発光区域
１２３弱い発光区域
１２４微弱発光区域
１２０１点光源
１２０２半導体構造
１４光出射面
１６光学レンズ
２環境媒体
ｎｓ半導体屈折率
ｎｅ環境媒体屈折率

Claims

矩形底板と、複数の発光ダイオードと、を備える側面照射面状発光モジュールであって、
前記矩形底板の対角線の長さは５〜１００ｃｍを有し、前記発光ダイオードをアレイ配列方式により、それぞれ前記矩形底板対向の両側に設置することによって、前記発光ダイオードの出射光が直接照射または前記矩形底板によって反射された後、光出射面において、均一な強度の光出射効果を形成し、
各前記発光ダイオードと環境媒体の界面法線の夾角は０°から９０°へ順を追って、強い発光区域と、副次的発光区域と、弱い発光区域と、微弱発光区域と、を形成していて、
かつ前記矩形底板は少なくとも一つの反射微細構造を設けられ、
各発光ダイオードの出射光源が反射経路を経由されず、または前記矩形底板の反射微細構造によって反射された後、一の二次元空間での前記強い発光区域が光出射面に出射する第１光出射点ｐ１と、前記副次的発光区域が光出射面に出射する第２光出射点ｐ２と、前記弱い発光区域が光出射面に出射する第３光出射点ｐ３と、前記微弱発光区域が光出射面に出射する第４光出射点ｐ４における前記発光ダイオードとの距離はＲ_p1、Ｒ_p2、Ｒ_p3及びＲ_p4であり、かつＲ_p1＞Ｒ_p2＞Ｒ_p3＞Ｒ_p4（式１）であり、
前記強い発光区域のうちいずれかの光路は前記環境媒体との界面法線の夾角θ₁、前記副次的発光区域のうちいずれかの光路は前記環境媒体との界面法線の夾角θ₂、前記弱い発光区域のうちいずれかの光路は前記環境媒体との界面法線の夾角θ₃、前記微弱発光区域のうちいずれかの光路は前記環境媒体との界面法線の夾角θ₄であり、かつ

であることを特徴とする、
側面照射面状発光モジュール。
そのうち、θ₁は０°＜θ₁≦３０°、θ₂は３０°＜θ₂≦４５°、θ₃は４５°＜θ₃≦６０°、θ₄は６０°＜θ₄≦９０°であることを特徴とする、請求項１に記載の側面照射面状発光モジュール。
前記矩形底板と前記光出射面との距離は０．１ｃｍ〜５ｃｍの間であることを特徴とする請求項２に記載の側面照射面状発光モジュール。
前記反射微細構造は２つの主傾斜板構造からなり、かつ前記矩形底板両側の前記発光ダイオードに対向して、前記矩形底板の中央部に設けることを特徴とする、請求項１に記載の側面照射面状発光モジュール。
前記反射微細構造は２つの副次的傾斜板構造をさらに有し、それぞれ隣接して２つの主傾斜板構造の一側に設けることを特徴とする、請求項４に記載の側面照射面状発光モジュール。
前記発光ダイオードの光出射場所に設ける少なくとも一つの光学レンズをさらに有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の側面照射面状発光モジュール。
前記発光ダイオードはそれぞれ異なる角度により前記矩形底板に対向して設けることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の側面照射面状発光モジュール。