TW201333597A - 光源模組 - Google Patents

Abstract

一種光源模組，包括導光板、至少一集光結構以及適於發出光束的至少一發光元件。導光板具有第一出光面、相對第一出光面之底面、連接底面與第一出光面之第一入光面以及至少一光學微結構單元。光學微結構單元包括至少二第一光學微結構。每一第一光學微結構具有相對於底面凹陷之凹陷部以及相對於底面凸起之凸起部。集光結構具有連接第一入光面的第二出光面、第二入光面及連接第二出光面與第二入光面之第一反射面。第一反射面被第一參考平面所截出之截線包括第一拋物線。第一參考平面平行於第一出光面。

Description

光源模組

本發明是有關於一種光學裝置，且特別是有關於一種光源模組。

習知導光板之光束出光角度分佈範圍廣。所以，在習知的光源模組中，導光板需搭配光學膜片以將光束導至正視方向。以目前最常見的光源模組架構為例，此光源模組包括、具有網點之導光板、配置於導光板旁之發光元件、配置於導光板上之擴散片與二張菱鏡片以及配置於導光板下的反射片。然而，此架構之光源模組無論在水平或垂直方向上，其光束出光角度仍分佈在較大的範圍中，而使得此光源模組在正視方向上的亮度偏低。

中華民國專利公開第201030376號揭露了：光信號通過透射元件、準直元件與導引元件後形成準直的光信號。中華民國專利公開第200933556號揭露了：顯示器件包括顯示元件、轉向膜、第二光導件、轉向鏡面與光源。美國專利第7239792號揭露了：背光模組所發出之光經由次光導板、第二光纖引導至主光導板之出光面出光。中華民國專利公開第200639518號揭露了：照明系統包含複數個光準直區及光混合區。美國專利第5757557號揭露了：二次透鏡包括正面與內部穴位。中華民國專利第I284235號揭露了：導光板面對光源之入射表面具有朝向光源之凸出的球狀表面。中華民國專利第M311911號揭露了：導光板之底面及出光面設有V形凹槽。

本發明提供一種光源模組，其具有高準直性與高正向亮度。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種光源模組。此光源模組包括導光板、至少一集光結構以及至少一發光元件。導光板具有第一出光面、相對於第一出光面之底面、連接底面與第一出光面之第一入光面、以及至少一光學微結構單元。光學微結構單元包括至少二第一光學微結構。每一第一光學微結構具有相對於底面凹陷之凹陷部以及相對於底面凸起之凸起部。凸起部與凹陷部連接。集光結構具有連接第一入光面的第二出光面、第二入光面、連接第二出光面與第二入光面之第一反射面、以及連接第二出光面與第二入光面且相對於第一反射面之第二反射面。第一反射面被第一參考平面所截出之截線包括第一拋物線。第一參考平面平行於第一出光面。發光元件適於發出光束。光束依序經過第二入光面、第一反射面、第二出光面、第一入光面而進入導光板中。進入導光板中的光束被光學微結構單元引導至第一出光面。

本發明之一實施例的光源模組，其中凹陷部具有第一微表面以及與第一微表面連接之第二微表面，凸起部具有第三微表面以及與第三微表面連接之第四微表面，其中第二微表面與第三微表面連接。

本發明之一實施例的光源模組，其中第一微表面及第四微表面的延伸方向實質上與第一出光面垂直，而第二微表面及第三微表面的延伸方向相對於第一入光面的方向傾斜。

本發明之一實施例的光源模組，其中第二微表面與第三微表面直接連接且實質上共平面。

本發明之一實施例的光源模組，其中部份的光束被光學微結構單元之其中一第一光學微結構反射至第一出光面。

本發明之一實施例的光源模組，其中部份的光束被光學微結構單元之其中一第一光學微結構折射至光學微結構單元之另一第一光學微結構，傳遞至另一第一光學微結構的部份光束被另一第一光學微結構反射至第一出光面。

本發明之一實施例的光源模組，其中導光板更包含複數個光學微結構單元，而這些光學微結構單元在底面上的密度隨著遠離第一入光面的方向而遞增。

本發明之一實施例的光源模組，更包含複數個光學微結構單元，其中導光板更具連接第一出光面與底面且與第一入光面直接連接之第一側面、以及相對於第一側面且連接第一出光面與底面之第二側面，其中些光學微結構單元在底面上的密度由導光板之中央向第一側面的方向及第二側面的方向遞增。

本發明之一實施例的光源模組，其中第一反射面被第二參考平面所截出之截線包括凹口實質上朝向發光元件之曲線，其中第二參考平面垂直於第一出光面。

本發明之一實施例的光源模組，其中第二反射面被第一參考平面所截出之截線包括第二拋物線。

本發明之一實施例的光源模組，其中第一拋物線上之任意不同的二點至第二拋物線的最短距離實質上上相等。

本發明之一實施例的光源模組，其中發光元件實質上位於第一拋物線的焦平面上。

本發明之一實施例的光源模組，其中集光結構更具有第一延伸面以及相對於第一延伸面之第二延伸面，第一延伸面連接第一反射面與第二入光面，而第二延伸面連接第二反射面與第二入光面。

本發明之一實施例的光源模組，其中第一延伸面及第二延伸面實質上與底面平行。

本發明之一實施例的光源模組，其中第一延伸面及第二延伸面覆蓋整個底面。

本發明之一實施例的光源模組，更包括：至少一第二光學微結構，位於光束之傳遞路徑上，且位於第二入光面與發光元件之間。

本發明之一實施例的光源模組，其中第二光學微結構具有弧面、分別位於弧面相對兩側且與弧面連接之第一斜面及第二斜面，第一斜面及第二斜面相對於第二入光面傾斜，且第一斜面之傾斜方向與第二斜面之傾斜方向相反。

本發明之一實施例的光源模組，其中第二光學微結構更具有分別位於弧面相對兩側且朝向發光元件延伸之第一連接面與第二連接面，第一連接面連接第一斜面與弧面，第二連接面連接第二斜面與弧面。

本發明之一實施例的光源模組，更包括一反射片，位於導光板之底面與集光結構之間。

基於上述，本發明之實施例的光源模組透過光學微結構單元和集光結構可使光源模組之光強度分佈無論在水平或垂直方向上皆集中至正視方向。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第一實施例

圖1為本發明第一實施例之光源模組的剖面示意圖。圖2為圖1之光源模組的立體視圖。圖3為圖1之光源模組的立體視圖。特別是，圖1是圖2及圖3沿剖線AA’之剖面示意圖。請參照圖1、圖2及圖3，本實施例之光源模組100包括導光板110、至少一集光結構130以及至少一發光元件140。圖2及圖3繪示出4個集光結構130及4個發光元件140為代表。一個集光結構130對應一個發光元件140，然而本發明不並限定集光結構130及發光元件140的數量，集光結構130及發光元件140的數量皆可視實際的需求做適當的設計。

本實施例之導光板110具有第一出光面112、相對於第一出光面112之底面114、連接底面114與第一出光面112之第一入光面116、以及至少一光學微結構單元(圖1至圖3未繪示)。本實施例之集光結構130具有連接第一入光面116的第二出光面132、第二入光面134、連接第二出光面132與第二入光面134之第一反射面136、以及連接第二出光面132與第二入光面134且相對於第一反射面136之第二反射面138。在本實施例中，集光結構130之第二出光面132可與導光板110之第一入光面116連接。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，第二出光面132與第一入光面116之間亦可存在一空隙。

圖4為圖2之光源模組的上視透視圖。請參照圖2及圖4，第一反射面136被第一參考平面S(標示於圖2)所截出之截線包括第一拋物線136a(標示於圖4)，其中第一參考平面S(例如與xy平面平行之平面)平行於第一出光面112。從另一角度來看，如圖1所示，第一反射面136被第二參考平面(例如圖1之紙面或與xz平面平行之平面)所截出之截線包括凹口實質上朝向發光元件140之曲線136b，其中第二參考平面垂直於第一出光面112。請再參照圖2及圖4，在本實施例中，第二反射面138被第一參考平面S(標示於圖2)所截出之截線包括第二拋物線138a(標示於圖4)。更進一步地說，如圖4所示，第一拋物線136a之任意不同的二點P1、P2至第二拋物線138a的最短距離d1、d2實質上相等。換言之，如圖2所示，本實施例之集光結構130可是實質上等厚度的，但本發明並不以此為限，其他實施例之集光結構130也可有厚度的變化。

請參照圖1及圖4，本實施之發光元件140位於第二入光面134旁且適於發出光束L。光束L依序經過第二入光面134、第一反射面136、第二出光面132、第一入光面116而進入導光板110中。在本實施例中，發光元件140可為發光二極體(light emitting diode，LED)或其他適當類型的光源。

值得注意的是，如圖4所示，在本實施例中，發光元件140可位於第一拋物線136a的焦平面上。發光元件140所發出之光束L1在y方向上有較大的發散程度，但光束L1被第一反射面136反射後的光束L2在y方向上的發散程度明顯地被縮小。換言之，透過集光結構130之第一反射面136，本實施例之光源模組100的第一出光面112在y方向上的光強度分佈可往正視方向(即第一出光面112之法線方向)集中。意即，集光結構130可用於收斂光源模組100在y方向上的視角。此外，第一拋物線136a上亦可選擇性地鍍上高反射率的材料，以增加光源模組之光利用效率。

圖5為圖1之局部區域R的放大圖。請參照圖5，每一光學微結構單元120包括至少二第一光學微結構122。每一第一光學微結構122具有相對於底面114凹陷之凹陷部122b以及相對於底面114凸起之凸起部122a。凸起部122a與凹陷部122b連接。詳言之，凹陷部122b具有第一微表面S1以及與第一微表面S1連接之第二微表面S2。凸起部122a具有第三微表面S3以及與第三微表面S3連接之第四微表面S4。第二微表面S2與第三微表面S3連接。如圖1及圖5所示，在本實施例中，第一微表面S1及第四微表面S4實質上可與第一出光面112垂直。第二微表面S2及第三微表面S3可相對於第一入光面116傾斜。更進一步地說，第二微表面S2與第三微表面S3直接連接且實質上共平面。

請繼續參照圖1及圖5，光束L自第一入光面116進入導光板110後，光束L可被光學微結構單元120(繪於圖5)引導至第一出光面112出光。值得一提的是，光學微結構單元120可使光束L在x方向上往正視方向(即第一出光面112之法線方向)集中。換言之，光學微結構單元120可用於收斂光源模組100在x方向上的視角。詳細而言，如圖5所示，部份光束L3可被光學微結構單元120之其中一個第一光學微結構122反射至第一出光面112。由於第一光學微結構122之第二微表面S2及第三微表面S3也相對於第一出光面112傾斜，因此光束L3在被第二微表面S2或第三微表面S3反射後可在x方向上往正視方向集中。另一方面，部份的光束L4可被光學微結構單元120之其中一個第一光學微結構122折射至另一個第一光學微結構122。透過第一光學微結構122之第二微表面S2及第三微表面S3，進而被反射至第一出光面112，光束L4在x方向上亦可往正視方向集中。

此外，如圖1及圖5所示，本實施例之光源模組100可進一步包括反射片150。反射片150位於導光板110之底面114。當有光束L自底面114或光學微結構單元120離開導光板110時，反射片150可將光束L反射回導光板110中，進而增加光源模組100的光利用效率。

圖6示出圖5之導光板與光學微結構單元。請參照圖6，在本實施例中，第一光學微結構122的凸起部122a可為延伸方向與第一入光面116平行的三角柱凸條，而凹陷部122b可為延伸方向與第一入光面116平行的三角柱狀凹槽。值得一提的是，基於光源模組100之出光均勻度考量，在本實施例中，光學微結構單元120在底面112上的密度可隨著遠離第一入光面116的方向而遞增。本實施例之導光板110更具連接第一出光面112與底面114且與第一入光面116直接連接之第一側面118、以及相對於第一側面118且連接第一出光面112與底面114之第二側面119。光學微結構單元120在底面140上的密度可由導光板110之中央向第一側面118及第二側面119遞增。

圖7為一比較例之光源模組剖面示意圖。請參照圖7，比較例之光源模組100A與本實施例之光源模組100類似。兩者差異在於：兩者之光學微結構單元的結構不同。比較例之光學微結構單元包括一個第一光學微結構122’。每一第一光學微結構122’包括相對於底面114凹陷之凹陷部122a’而不包括凸起部。圖8示出比較例之光源模組與本實施例之光源模組在y方向上的光強度分佈。請參照圖8，S100代表本實施例之光源模組100在y方向上之光強度分佈曲線，而S200代表比較例之光源模組100A在y方向上之光強度分佈曲線。由於比較例之光源模組100A及本實施例之光源模組100皆具有截線包括拋物線之第一反射面136，因此比較例之光源模組100A及本實施例之光源模組100在y方向上之光強度分佈皆往正視方向集中。

圖9示出比較例之光源模組與本實施例之光源模組在x方向上之光強度分佈。請參照圖9，S110代表本實施例之光源模組100在x方向上之光強度分佈曲線，而S210代表比較例之光源模組100A在x方向上之光強度分佈曲線。請參照圖7，由於與比較例之第一光學微結構122’不包括凸起部。因此，當部分光束L穿過凹陷部122a’且被反射片150反射回導光板110中時，光束L在x方向上會以較大之出射角離開導光板110。這樣一來，如圖9所示，比較例之光源模組100的光強分佈在x方向上較無集中在正視方向。請參照圖5及圖9，反觀本實施例之光源模組100，其利用包括至少二第一光學微結構122的光學微結構單元120可將穿過其中一個第一光學微結構122的光束L引導至另一第一光學微結構122中，進而使光束L以較小之出射角離開導光板110。因此，如圖9所示，本實施例之光源模組100在x方向上之光強度分佈S110相較於比較例之光源模組100A在x方向上之光強度分佈S210可較集中在正視方向。

第二實施例

圖10為本發明第二實施例之光源模組的剖面示意圖。圖11為圖10之光源模組的立體視圖。圖12為圖10之光源模組的立體視圖。特別是，圖10是與圖11及圖12沿剖線BB’之剖面示意圖。請參照圖10、圖11及圖12，本實施例之光源模組100B與第一實施例之光源模組100類似，因此相同的元件以相同的標號表示。本實施例之光源模組100B與第一實施例之光源模組100主要的差異在於：本實施例之集光結構130B與第一實施例之集光結構130有所不同。此外，本實施例之光源模組100B更包括位於第二入光面134與發光元件140之間的第二光學微結構160。以下就此相異之處做說明，而二者相同之處便不再重述。

請參照圖10、圖11及圖12，本實施例之集光結構130B可進一步具有第一延伸面131以及相對於第一延伸面131之第二延伸面133。第一延伸面131連接第一反射面136與第二入光面134。第二延伸面133連接第二反射面138與第二入光面134。在本實施例中，第一延伸面131及第二延伸面133實質上可與底面114平行。第一延伸面131及第二延伸面133可覆蓋整個底面114。

請參照圖10，本實施例之光源模組100B可進一步包括位於第二入光面134與發光元件140之間的第二光學微結構160。在本實施例中，第二光學微結構160可與第二入光面134連接。然而本發明不限於此，在其他實施例中，第二光學微結構160與第二入光面134之間亦可存在一空隙。請參照圖11及圖12，第二光學微結構160具有弧面162、分別位於弧面162相對兩側且與弧面162連接之第一斜面164及第二斜面168。第一斜面164及第二斜面168相對於第二入光面134傾斜，且第一斜面164之傾斜方向與第二斜面168之傾斜方向相反。第二光學微結構160更具有分別位於弧面162相對兩側且朝向發光元件140延伸之第一連接面161與第二連接面163。第一連接面161連接第一斜面164與弧面162。第二連接面163連接第二斜面168與弧面162。在本實施例中，第一連接面161與第二連接面163可與第二入光面134垂直。

圖13為圖11之光源模組的上視透視圖。請參照圖13，本實施例之第二光學微結構160可使光束L在進入集光結構130之前先在y方向上往正視方向集中。詳細而言，光束經過弧面162後，光束在y方向上的發散角可明顯縮小。發散角較大之光束穿過第一連接面161(或第二連接面163)而被第一斜面164(或第二斜面168)反射。透過第一斜面164(或第二斜面168)之調整，發散角較大之光束可以較小之入射角穿過第二入光面134。換言之，在本實例中，光束可先透過第二光學微結構160在y方向上往正視方向集中，之後再透過集光結構130而更進一步地在y方向往正視方向集中。

此外，本實施例之光源模組100B亦具有與第一實施例之光源模組100類似之功效及優點，於此便不再重述。

綜上所述，本發明一實施例之光源模組透過截線包括拋物線的集光結構可使光源模組在垂直方向(即y方向)上之光強度分佈往正視方向集中。此外，透過第一光學微結構單元，本發明一實施例之光源模組在水平方向(即x方向)上之光強度分佈往正視方向集中。換言之，本發明一實施例之光源模組可在不使用額外之光學膜片的情況下，將其在水平方向及垂直方向上的光強度分佈集中往正視方向，進而使光源模組在正視方向上之亮度增加。

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，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

100、100A、100B．．．光源模組

110．．．導光板

112．．．第一出光面

114．．．底面

116．．．第一入光面

120．．．光學微結構單元

122、122’．．．第一光學微結構

122b、122a’．．．凹陷部

122a．．．凸起部

130、130B．．．集光結構

131．．．第一延伸面

132、132a．．．第二出光面

133．．．第二延伸面

134．．．第二入光面

136．．．第一反射面

136a．．．第一拋物線

136b．．．曲線

138．．．第二反射面

138a．．．第二拋物線

140．．．發光元件

150．．．反射片

160．．．第二光學微結構

161．．．第一連接面

162．．．弧面

163．．．第二連接面

164．．．第一斜面

168．．．第二斜面

d1、d2．．．距離

L、L1~L4．．．光束

P1、P2．．．第一拋物線上的點

R．．．局部區域

S．．．第一參考平面

S1．．．第一微表面

S2．．．第二微表面

S3．．．第三微表面

S4．．．第四微表面

S100、S110、S200、S210．．．光強度分佈曲線

x、y、z．．．方向

圖1為本發明第一實施例之光源模組的剖面示意圖。

圖2為圖1之光源模組的立體視圖。

圖3為圖1之光源模組的立體視圖。

圖4為圖2之光源模組的上視透視圖。

圖5為圖1之局部區域R的放大圖。

圖6示出圖5之導光板與光學微結構單元。

圖7為一比較例之光源模組剖面示意圖。

圖8示出比較例之光源模組與本實施例之光源模組在y方向上的光強度分佈。

圖9示出比較例之光源模組與本實施例之光源模組在x方向上之光強度分佈。

圖10為本發明第二實施例之光源模組的剖面示意圖。

圖11為圖10之光源模組的立體視圖。

圖12為圖10之光源模組的立體視圖。

圖13為圖11之光源模組的上視透視圖。

100．．．光源模組

110．．．導光板

112．．．第一出光面

114．．．底面

116．．．第一入光面

130．．．集光結構

132．．．第二出光面

134．．．第二入光面

136．．．第一反射面

136b．．．曲線

138．．．第二反射面

140．．．發光元件

150．．．反射片

L．．．光束

R．．．局部區域

x、y、z．．．方向

Claims (19)

1. 一種光源模組，包括：一導光板，具有一第一出光面、相對於該第一出光面之一底面、連接該底面與該第一出光面之一第一入光面、以及至少一光學微結構單元，該至少一光學微結構單元包括：至少二第一光學微結構，每一該第一光學微結構具有相對於該底面凹陷之一凹陷部以及相對於該底面凸起之一凸起部，且該凸起部與該凹陷部連接；至少一集光結構，具有連接該第一入光面的一第二出光面、一第二入光面、連接該第二出光面與該第二入光面之一第一反射面、以及連接該第二出光面與該第二入光面且相對於該第一反射面之一第二反射面，其中該第一反射面被一第一參考平面所截出之截線包括一第一拋物線，其中該第一參考平面平行於該第一出光面；以及至少一發光元件，適於發出一光束，該光束依序經過該第二入光面、該第一反射面、該第二出光面、該第一入光面而進入該導光板中，進入該導光板中的該光束被該光學微結構單元引導至該第一出光面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該凹陷部具有一第一微表面以及與該第一微表面連接之一第二微表面，該凸起部具有一第三微表面以及與該第三微表面連接之一第四微表面，其中該第二微表面與該第三微表面連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光源模組，其中該第一微表面及該第四微表面的延伸方向實質上與該第一出光面垂直，而該第二微表面及該第三微表面的延伸方向相對於該第一入光面的方向傾斜。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光源模組，其中該第二微表面與該第三微表面直接連接且實質上共平面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中部份的該光束被該光學微結構單元之其中一該第一光學微結構反射至該第一出光面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中部份的該光束被該光學微結構單元之其中一該第一光學微結構折射至該光學微結構單元之另一該第一光學微結構，傳遞至該另一第一光學微結構的該部份光束被該另一第一光學微結構反射至該第一出光面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該導光板更包含複數個該光學微結構單元，而該些光學微結構單元在該底面上的密度隨著遠離該第一入光面的方向而遞增。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括複數個該光學微結構單元，其中該導光板更具連接該第一出光面與該底面且與該第一入光面直接連接之一第一側面、以及相對於該第一側面且連接該第一出光面與該底面之一第二側面，其中該些光學微結構單元在該底面上的密度由該導光板之中央向該第一側面的方向及該第二側面的方向遞增。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該第一反射面被一第二參考平面所截出之截線包括凹口實質上朝向該發光元件之一曲線，其中該第二參考平面垂直於該第一出光面。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該第二反射面被該第一參考平面所截出之截線包括一第二拋物線。
11. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該第一拋物線上之任意不同的二點至該第二拋物線的最短距離實質上相等。
12. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該發光元件實質上位於該第一拋物線的焦平面上。
13. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，其中該集光結構更具有一第一延伸面以及相對於該第一延伸面之一第二延伸面，該第一延伸面連接該第一反射面與該第二入光面，而該第二延伸面連接該第二反射面與該第二入光面。
14. 如申請專利範圍第13項所述之光源模組，其中該第一延伸面及該第二延伸面實質上與該底面平行。
15. 如申請專利範圍第13項所述之光源模組，其中該第一延伸面及該第二延伸面覆蓋整個該底面。
16. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括：至少一第二光學微結構，位於該光束之傳遞路徑上，且位於該第二入光面與該發光元件之間。
17. 如申請專利範圍第16項所述之光源模組，其中該第二光學微結構具有一弧面、分別位於該弧面相對兩側且與該弧面連接之一第一斜面及一第二斜面，該第一斜面及該第二斜面相對於該第二入光面傾斜，且該第一斜面之傾斜方向與該第二斜面之傾斜方向相反。
18. 如申請專利範圍第17項所述之光源模組，其中該第二光學微結構更具有分別位於該弧面相對兩側且朝向該發光元件延伸之一第一連接面與一第二連接面，該第一連接面連接該第一斜面與該弧面，該第二連接面連接該第二斜面與該弧面。
19. 如申請專利範圍第1項所述之光源模組，更包括一反射片，位於該導光板之該底面與該集光結構之間。