TWI544471B - 發光模組及照明模組 - Google Patents

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TWI544471B TW103121147A TW103121147A TWI544471B TW I544471 B TWI544471 B TW I544471B TW 103121147 A TW103121147 A TW 103121147A TW 103121147 A TW103121147 A TW 103121147A TW I544471 B TWI544471 B TW I544471B
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Description

發光模組及照明模組
本發明係有關於發光模組及照明模組，特別是有關於包括液晶模組及二極體發光元件之發光模組及照明模組。
發光二極體(light-emitting diodes,LEDs)屬半導體元件之一種，由於發光二極體具有輕薄短小、自發光、反應時間短、壽命長及耗電量低等優點，帶動LED的蓬勃發展。在成功量產高亮度藍光二極體後，LED已具備紅、綠、藍三元色而得以合成白光及彩色，大幅增加LED的應用範圍。
目前，LED已普遍應用於日常生活中，例如：資訊、通訊、消費性電子產品的指示器與顯示裝置。而白光LED的推出，更開啟LED發展作為光源或照明產品的新紀元，也可說是LED最大最具發展潛力的市場。因此，開發更多能被消費者接受的產品，拓展LED的日常照明應用已成為業界首要的設計目標。
本發明提供一種發光模組，包括：(a)液晶模組，包括：一對透明基板，及液晶層，位於該對透明基板之間；(b) 第一組發光二極體元件，配置於液晶模組之第一側；(c)第一透明外板，覆蓋於第一組發光二極體元件上，使第一組發光二極體元件係夾於液晶模組及第一透明外板之間；以及(d)控制電路，用以控制液晶模組的開關頻率及第一組發光二極體元件之發光頻率，使液晶模組同步遮蔽第一組發光二極體元件所發出之光線，且第一組發光二極體元件所發出之光線自相反於液晶模組之一側透出。
本發明另提供一種照明模組，包括：(a)透明液晶模組，包括：一對透明基板，及液晶層，位於該對透明基板之間；(b)發光二極體照明元件；以及(c)控制電路，用以控制液晶模組的開關頻率及發光二極體照明元件之發光頻率，使液晶模組同步遮蔽發光二極體照明元件所發出之光線，且透明液晶模組及發光二極體照明元件係彼此分離。
100‧‧‧發光模組
101、102‧‧‧觀察者
110‧‧‧液晶模組
111、112‧‧‧透明基板
113、117‧‧‧電極層
114、116‧‧‧配向膜
115‧‧‧液晶層
120‧‧‧發光二極體元件
130‧‧‧透明外板
140‧‧‧控制電路
300‧‧‧發光模組
301、302‧‧‧觀察者
320‧‧‧發光二極體元件
330‧‧‧透明外板
410‧‧‧線路層
420‧‧‧黏著層
500‧‧‧照明模組
501、502‧‧‧觀察者
510‧‧‧液晶模組
520‧‧‧發光二極體照明元件
540‧‧‧控制電路
601、602‧‧‧觀察者
610‧‧‧物件
620‧‧‧發光二極體照明元件
630‧‧‧隔板
700‧‧‧發光模組
701、702‧‧‧觀察者
710‧‧‧透明基板
720‧‧‧發光二極體元件
730‧‧‧分佈布拉格反射器
740‧‧‧透明外板
800‧‧‧發光模組
801、802‧‧‧觀察者
810‧‧‧透明基板
820‧‧‧發光二極體元件
830‧‧‧反射鍍層
840‧‧‧透明外板
F‧‧‧螢光粉材料
L‧‧‧光線
P、P1、P2、M、B‧‧‧觀察者所見之影像
第1圖繪示本發明一實施例之發光模組的剖面圖。
第2圖繪示本發明一實施例之液晶模組的剖面圖。
第3圖繪示本發明另一實施例之發光模組的剖面圖。
第4圖繪示本發明一實施例之部份發光模組的剖面圖。
第5圖繪示本發明一實施例之照明模組的剖面圖。
第6圖繪示本發明另一實施例之照明模組的剖面圖。
第7圖繪示本發明一實施例之發光模組的剖面圖，其包括分佈 布拉格反射器。
第8圖繪示本發明一實施例之發光模組的剖面圖，其包括反射鍍層。
為使本發明之目的、特徵和優點能更清楚易懂，下文特舉出較佳實施例並配合所附圖式，對本發明之應用方式作詳細說明。然而應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅用於說明製造與使用本發明之特定方式，而非用以限制本發明之範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。
本發明中特定的元件及安排係為了簡化，而不以此為限。舉例而言，當述及第一元件形成於第二元件上時，可包括第一元件與第二元件直接接觸之情形，亦包括具有額外的元件形成在第一元件與第二元件之間，使得第一元件與第二元件並未直接接觸之情形。
根據常規的作法，圖式中各種特徵並未依比例繪示。相反地，為簡化或是方便標示，各種特徵之尺寸可能任意擴張或縮小。再者，圖中未繪示或描述之元件，可為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。
近年來，LED已普遍應用於廣告或指示看板中，但常 見之廣告或指示看板多屬不透明裝置，配置於窗戶或落地窗時會遮蔽視線，使室內人員無法看到窗戶或落地窗外之景象。即使製備出透明之LED廣告或指示看板，也會產生各種問題，例如：(1)在廣告或指示看板後方看見之內容為左右相反，而無法達到廣告或指示的功效、(2)配置於窗戶或落地窗時，LED所發出之光線會影響室內人員，且室內人員亦無法看到窗戶或落地窗外之景象。
為解決上述問題，本發明提供一種結合液晶模組及發光二極體元件所構成之發光模組及照明模組。其中，發光二極體元件可發出光線或顯示圖案以作為廣告、指示或照明之用，而液晶模組則用以同步遮蔽發光二極體元件所發出之光線，則室內人員不但不會受到LED光線影響，還可因視覺暫留作用持續看見窗外風景。
本文中所述液晶模組的”開”或”關”係指液晶模組因施加電壓與否而表現遮蔽或不遮蔽光線之效果。例如：在未施加電壓形成電場時，光線行進方向可受液晶分子的影響產生偏轉，而順利地穿透液晶模組由另一側射出(此時稱液晶模組為”開”的狀態)；而在施加電壓形成電場時，液晶分子將受電場驅動而改變排列方向，於是光線便無法穿透液晶模組，進而遮蔽光源(此時稱液晶模組為”關”的狀態)。再者，本文中所述液晶模組的”開關頻率”係指液晶模組表現遮蔽或不遮蔽光線之切換頻率。
本文中所述發光二極體元件之”發光頻率”係指發光二極體元件之發光/不發光(亮/暗)轉換頻率。一般而言，發光二極體元件為達省電功效多以某一定頻率進行發光/不發光(亮/暗)轉換，而非持續發光。當此頻率大於每秒15次時，觀察者將 因視覺暫留而無法分辨此發光/不發光(亮/暗)變化，並認為發光二極體元件係持續發光。
本文中所述”同步遮蔽”係指液晶模組之開關狀態對應於發光二極體元件之發光情形以遮蔽所發出之光線，例如：當發光二極體元件發光(亮)時，液晶模組表現”關”的狀態以遮蔽發光二極體元件所發出之光線；當發光二極體元件不發光(暗)時，液晶模組則表現”開”的狀態，可允許光線穿過，此時位於液晶模組一側的觀察者可觀察到對側景物。
本文中所述以液晶模組”遮蔽”光線係指光線大抵無法穿過液晶模組，故位於液晶模組之一側的觀察者大抵不會看到被遮蔽的光線。
第1圖繪示本發明一實施例之發光模組100的剖面圖。本實施例之發光模組100包括：液晶模組110、發光二極體元件120、透明外板130及控制電路140，其中控制電路140可調控液晶模組110的開關頻率及發光二極體元件120之發光頻率，使液晶模組110同步遮蔽發光二極體元件120所發出之光線。因此，在發光模組100運作過程中，靠近發光二極體元件120之一側的觀察者101可看到發光二極體元件120所發出的光線L或其顯示之圖案P，而靠近液晶模組110之一側(即相反於靠近發光二極體元件120之一側)的觀察者102則不會看到發光二極體元件120所發出的光線L或其顯示之圖案P，並可不受其影響地持續看見液晶模組110後方之景物M。
詳細而言，當發光二極體元件120發光時，靠近發光二極體元件120之一側的觀察者101可直接看到發光二極體元件 120所發出的光線L或其顯示之圖案P；而此時液晶模組110表現”關”的狀態以遮蔽發光二極體元件120所發出之光線，故觀察者102不會看到發光二極體元件120所發出的光線L或其顯示之圖案P；當發光二極體元件120不發光時，液晶模組110表現”開”的狀態且光線大致上可穿透。再者，發光二極體元件120體積很小又絕大部分為透明結構(半導體層為透明結構，僅電極為不透明結構)，故在此情況下，整個液晶模組110大致上可視為透明板或透明模片，靠近液晶模組110之一側的觀察者102可看穿液晶模組110，並看見液晶模組110後方之景物M。若發光二極體元件120之發光頻率/液晶模組之開關頻率大於每秒15次，則觀察者將產生視覺暫留效果，使其無法感知發光二極體元件120之亮暗變化或液晶模組之開關變化，故觀察者101將持續地看見發光二極體元件120所發出的光線L或其顯示之圖案P；而觀察者102則可不受發光二極體元件120之影響，持續地看見液晶模組110後方之景物M。
如上所述，液晶模組110之功能為於某一方向上同步遮蔽發光二極體元件120所發出之光線。此技藝人士當可瞭解，液晶模組110可為任何具有同步遮蔽發光二極體元件120所發出之光線之液晶模組，以下僅配合第2圖示例一典型的液晶模組110作為說明。如第2圖所示，液晶模組110包括：一對透明基板111/112及液晶層115，且液晶層115係位於透明基板111及透明基板112之間。
透明基板111/112可獨立地為軟板或是硬板。透明基板111/112可為相同或不同之材質，其材質包括：玻璃、高分子材料、或其他適宜之材料，其中高分子材料例如為：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽膠(silicone)、環氧樹脂(epoxy)。
液晶層115之液晶種類可包括：向列型液晶(nematic liquid crystal)、層列型液晶(smectic liquid crystal)、膽固醇型液晶(cholesteric liquid crystal)、或其他適宜之液晶種類。於較佳實施例中，液晶層115之液晶種類可為對外加電場的反應較靈敏之向列型液晶。
可經由任何適宜之方式控制液晶模組110的開關狀態，例如：可經由電壓、溫度變化等改變液晶層115中液晶分子的排列情形，進而控制液模組110的開關狀態。在一些實施例中，可藉由施加外部電壓形成電場，使液晶層115之液晶分子轉動，並透過外部電壓控制來改變液晶分子的排列情形，使液晶模組110達到遮蔽或不遮蔽光線之效果(即液晶模組的開關狀態)。
液晶模組110可為主動式驅動或被動式驅動。在一些實施例中，液晶模組110可包括一組電極層113/117，分別配置於透明基板111/112與液晶層115之間。電極層113/117可耦合至控制電路140以控制液晶模組110的開關狀態。電極層113/117之材料可包括透明電極材料，例如：銦錫氧化物(indium tin oxide,ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc,IZO)、氧化鋅(ZnO)系導電材料、導電性高分子(PEDOT)、奈米碳管(CNT)、或其他透明導電材料。
在一些實施例中，液晶模組110可包括一組配向膜114/116，分別配置於液晶層115與電極層113/117之間。配向膜114/116可為任何習知之配向膜，其主要功能為使液晶分子排列的方向整齊一致及提供液晶預傾角，使液晶材料達成良好旋轉效果。配向膜表面可具有一定方向排列之溝槽，使液晶材料因分子間作用力達到定向效果，產生配向(align)作用，進而控制液晶 分子依特定之方向與預定之傾斜角度排列。
在一些實施例中，液晶模組110更包括一對偏光片(polarizer)(未繪示)，配置於透明基板111/112之外側表面上。偏光片可將不具偏極性之自然光轉化成偏極光，以協助液晶模組110控制光線通過與否。
再回到第1圖，發光二極體元件120係配置於液晶模組110之第一側。在一些實施例中，發光二極體元件120係配置於透明基板112(第2圖)上。在一些實施例中，發光二極體元件120係先配置於其他基板後，再將此基板組裝至液晶模組110之第一側，例如：此具有發光二極體元件120之基板可與透明基板112貼合；或者此具有發光二極體元件120之基板與透明基板112間具有真空或非真空之空隙，其可避免發光二極體元件120產生的熱傳至液晶模組110。
發光二極體元件120可包括已封裝之發光二極體晶片、未封裝之發光二極體晶片、或其他適宜之發光二極體結構(可參見申請人之先申請案，台灣專利申請號：101109796)。
透明外板130係覆蓋於發光二極體元件120上，使發光二極體元件120夾於液晶模組110及透明外板130之間，例如：發光二極體元件120係夾於透明基板112及透明外板130之間。透明外板130可為軟板或是硬板。透明外板130之材質包括：玻璃、高分子材料、或其他適宜之材料，其中高分子材料例如為：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽膠(silicone)、環氧樹脂(epoxy)。
控制電路140係耦合至液晶模組110及發光二極體元件120，以控制液晶模組110之開關頻率及發光二極體元件120之發 光頻率，使液晶模組110得以同步遮蔽發光二極體元件120所發出之光線，而觀察者只能由相反於液晶模組110之一側觀察到發光二極體元件120所發出之光線。亦即，發光二極體元件120所發出之光線係自相反於液晶模組110之一側透出，只有靠近發光二極體元件120一側之觀察者101可觀察到發光二極體元件120所發出之光線L，靠近液晶模組110一側之觀察者102則因液晶模組110之遮蔽效果而不會看到發光二極體元件120所發出之光線L。
在一些實施例中，液晶模組110之開關頻率可相同於發光二極體元件120之發光頻率。在一些實施例中，液晶模組110之開關頻率可不同於發光二極體元件120之發光頻率，惟液晶模組110仍需同步遮蔽發光二極體元件120所發出之光線。舉例而言，當發光二極體元件120發光時，液晶模組110表現”關”的狀態以遮蔽發光二極體元件所發出之光線，且液晶模組110表現”關”的狀態之時間長度可大於發光二極體元件120發光時間長度。於一實施例中，液晶模組110之開關頻率及發光二極體元件120之發光頻率至少為每秒16次。
發光模組100可作為窗戶、落地窗、展示窗或外牆或者貼附至窗戶、落地窗、展示窗或外牆。舉例而言，發光模組100可作為窗戶或者貼附至窗戶，其中發光二極體元件120之一側朝向室外，而液晶模組110之一側朝向室內。如此一來，室外可看見發光二極體元件120所發出的光線或其顯示之圖案，具有廣告或指示效果；而室內則因液晶模組110之同步遮蔽效果，不會看見發光二極體元件120所發出的光線，故室內人員不會受其干擾，更可持續地看見窗外之景物。
第3圖繪示本發明另一實施例之發光模組300的剖面圖。發光模組300包括：液晶模組110、發光二極體元件120、透明外板130及控制電路140，且發光模組300更包括發光二極體元件320及透明外板330。同上述所解釋之視覺暫留原理，當液晶模組110分別同步遮蔽發光二極體元件120/320所發出之光線時，則在發光模組300運作過程中，位於發光模組300兩側的觀察者可分別看到發光二極體元件120/320所發出的光線L1/L2或其顯示之圖案P1/P2，且彼此不互相干擾。
發光二極體元件320大致上相同於發光二極體元件120。發光二極體元件320係配置於液晶模組110相反於發光二極體元件120之另一側。在一些實施例中，發光二極體元件320係配置於透明基板111(第2圖)上。在一些實施例中，發光二極體元件320係先配置於其他基板後，再將此基板組裝至液晶模組110相反於發光二極體元件120之另一側。透明外板330大致上相同於透明外板130。透明外板330係覆蓋於發光二極體元件320上，使發光二極體元件320係夾於液晶模組110及透明外板330之間，例如：發光二極體元件320係夾於透明基板111及透明外板330之間。於此實施例中，控制電路140除耦合至液晶模組110及發光二極體元件120外，更耦合至發光二極體元件320，以控制液晶模組110的開關頻率及發光二極體元件120/320之發光頻率，使液晶模組110得以同步遮蔽發光二極體元件120及320所發出之光線，而觀察者只能分別由相反於液晶模組之一側觀察到發光二極體元件120及320所發出之光線。亦即，發光二極體元件120/320所發出之光線L1/L2係分別自相反於液晶模組110之一側透出，靠近發光二極體元件120 一側之觀察者301可觀察到發光二極體元件120所發出之光線L1或其顯示之圖案P1，而不會看到發光二極體元件320所發出之光線L2；相反地，靠近發光二極體元件320一側之觀察者302可看到發光二極體元件320所發出之光線L2或其顯示之圖案P2，而不會看到發光二極體元件120所發出之光線L1。亦即，因液晶模組110之同步遮蔽效果，發光二極體元件120及320所發出之光線或其顯示之圖案不會互相影響。
在一些實施例中，發光二極體元件120及320可獨立地顯示相同或不同的圖案。在一些實施例中，發光二極體元件120及320可獨立地具有相同或不同的發光頻率，惟液晶模組110仍需同步遮蔽發光二極體元件120及320所發出之光線。
在一些實施例中，發光二極體元件120及320之間可僅有一組發光二極體元件發光或顯示圖案。當二側發光二極體元件之間僅有一組發光二極體元件發光或顯示圖案時，發光模組之運作情形大致相同於上述僅於液晶模組一側配置發光二極體元件之實施例。舉例而言，若發光二極體元件120及320之間僅有發光二極體元件120發光顯示圖案，此時靠近發光二極體元件120一側之觀察者301可觀察到發光二極體元件120所發出之光線L1或其顯示之圖案P1；相反地，因液晶模組110之同步遮蔽效果，靠近發光二極體元件320一側之觀察者302不會看到發光二極體元件120所發出之光線L1，並可而不受發光二極體元件120之影響，持續地看見液晶模組110後方之景物。在此實施例中，液晶模組110之開關頻率及發光顯示圖案之發光二極體元件(120或320)之發光頻率至少為每秒16次。
發光模組300可作為窗戶、落地窗、展示窗或外牆或者貼附至窗戶、落地窗、展示窗或外牆。舉例而言，發光模組300可作為外牆，則位於兩側的觀察者可分別看到發光二極體元件120/320所發出的光線或其顯示之圖案，且彼此不互相干擾，達到加倍之廣告或指示效果。
值得注意的是，於較佳實施例中，發光二極體元件120/320係採用未經封裝的發光二極體晶片(厚度約為100-300微米)作為光源。相較於習知的發光二極體封裝結構(厚度約大於1釐米)，未經封裝的發光二極體晶片具有成本低且厚度小的特點，故可大幅降低發光二極體元件120/320的製作成本，且厚度小的發光二極體晶片更適於夾在液晶模組110(透明基板112)/透明外板130及液晶模組110(透明基板111)/透明外板330之間。
在一些實施例中，當發光二極體元件120/320採用未經封裝的發光二極體晶片作為光源時，可選擇性地在發光二極體元件120/320與液晶模組110之間形成線路層(可參見申請人之先申請案，台灣專利申請號：101109796)。舉例而言，如第4圖所示，線路層410係配置於發光二極體元件120與液晶模組110間之透明基板上(例如：透明基板112上)，且發光二極體元件120電性連接線路層。線路層410的材質包括：金屬材料或是透明導電材料，其中透明導電材料例如：銦錫氧化物(indium tin oxide,ITO)、銦鋅氧化物(indium zinc oxide,IZO)、氧化鋅(ZnO)系導電材料、導電性高分子(PEDOT)、奈米碳管(CNT)、或其他透明導電材料。
當發光二極體元件120/320採用未經封裝的發光二極 體晶片作為光源時，可選擇性地在發光二極體元件120/320與液晶模組110之間形成黏著層420(可參見申請人之先申請案，台灣專利申請號：101109796)。舉例而言，如第4圖所示，黏著層420係配置於發光二極體元件120與液晶模組110間之透明基板上(例如：透明基板112上)以將發光二極體元件120/320固著於透明基板上。黏著層420的材質例如為透明絕緣膠[例如：矽膠或環氧樹脂(epoxy)]。在一實施例中，如第4圖所示，透明絕緣膠可摻雜有螢光粉材料F，以使發光模組100/300可發出特定顏色的光線。
第5圖繪示本發明一實施例之照明模組500的剖面圖。照明模組500具有液晶模組510、發光二極體照明元件520以及控制電路540。其中，照明模組500中發光二極體照明元件520與液晶模組510係彼此分離，而控制電路540則分別耦合至液晶模組510與發光二極體照明元件520，以控制液晶模組510之開關頻率及發光二極體照明元件520之發光頻率，使液晶模組510得以同步遮蔽發光二極體照明元件520所發出之光線。
液晶模組510結構之特徵或材料大致同於液晶模組110，於此不再贅述。發光二極體照明元件520可包括任何適宜之發光二極體照明結構，例如：LED燈泡、LED燈管、LED照明板或其他適宜之LED燈具。
同上述所解釋之視覺暫留原理，當液晶模組510同步遮蔽發光二極體照明元件520所發出之光線時，位於發光二極體照明元件520之一側的觀察者501可享有發光二極體照明元件520之照明效果，並可看穿液晶模組510而持續地看見液晶模組510後方之景物M；而位於液晶模組510之另一側的觀察者502則不會看到 發光二極體照明元件520所發出的光線，僅覺液晶模組510後方為一片漆黑B。
於一實施例中，液晶模組510之開關頻率及發光二極體照明元件520之發光頻率至少為每秒16次。
照明模組500之發光二極體照明元件520可設置於任何需要照明光源之處，而液晶模組510可設置於任何不欲發光二極體照明元件520所發出之光線穿透之處，例如：液晶模組510可作為窗戶、落地窗、展示窗或外牆，或者貼附至窗戶、落地窗、展示窗或外牆。
舉例而言，發光二極體照明元件520可設置於室內作為照明光源，而液晶模組510可單獨作為窗戶、落地窗或者貼附至窗戶、落地窗。如此一來，室內可看穿液晶模組510而看見室外之景物，並可享有發光二極體照明元件520之照明光源，而室外則因液晶模組510之同步遮蔽效果，無法透過窗戶看見室內發光二極體照明元件520之光源，感覺像是未開燈的房子，具有防止偷窺的效果。
第6圖繪示本發明一實施例之照明模組600的剖面圖。照明模組600包括：液晶模組510、發光二極體照明元件520及控制電路540，且照明模組600更包括發光二極體照明元件620及隔板630。其中，照明模組600中發光二極體照明元件520/620與液晶模組510係彼此分離，而控制電路540則分別耦合至液晶模組510與發光二極體照明元件520/620，以控制液晶模組510之開關頻率及發光二極體照明元件520/620之發光頻率，使液晶模組510得以同步遮蔽發光二極體照明元件520/620所發出之光線。
發光二極體照明元件620大致上相同於發光二極體照明元件520。發光二極體照明元件620係配置於液晶模組510相反於發光二極體照明元件520之另一側。
在一些實施例中，發光二極體照明元件520及620可獨立地具有相同或不同的發光頻率，惟液晶模組510仍需同步遮蔽發光二極體照明元件520及620所發出之光線。於一實施例中，液晶模組510之開關頻率及發光二極體照明元件520/620之發光頻率至少為每秒16次。
照明模組600之發光二極體照明元件520/620可設置於任何需要照明光源之處，例如：發光二極體照明元件520可作為室內光源而發光二極體照明元件620可作為展示窗光源；液晶模組510可設置於任何不欲發光二極體照明元件520/620所發出之光線穿透之處，例如：液晶模組510可作為窗戶、落地窗、展示窗或外牆，或者貼附至窗戶、落地窗、展示窗或外牆。
隔板630可為軟板或是硬板。隔板630之材質包括：玻璃、高分子材料、或其他適宜之材料，其中高分子材料例如為：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽膠(silicone)、環氧樹脂(epoxy)。隔板630與發光二極體照明元件620係配置於液晶模組510之同一側，亦即隔板630係配置於液晶模組510相反於發光二極體照明元件520之另一側。在一些實施例中，發光二極體照明元件620係位於隔板630及液晶模組510之間。
同上述所解釋之視覺暫留原理，當液晶模組510同步遮蔽發光二極體照明元件520/620所發出之光線時，位於發光二極體照明元件520之一側的觀察者601可享有發光二極體照明元件 520之照明效果，且由於觀察者601不會看見發光二極體照明元件620之光線而無法看見物件610，觀察者601可直接看穿液晶模組510/隔板630而持續地看見液晶模組510/隔板630後方之景物M；而位於液晶模組510之另一側的觀察者602可看見發光二極體照明元件620之光線及物件610，但不會看到發光二極體照明元件520所發出的光線，僅覺液晶模組510後方為一片漆黑B。
舉例而言，發光二極體照明元件520可設置於室內作為照明光源，液晶模組510可作為或貼附至室內與展示窗間之窗戶；而發光二極體照明元件620可為展示窗中之照明光源，隔板630則為展示窗與觀察者之間隔。如此一來，室內觀察者可享有發光二極體照明元件520之照明光源，且因液晶模組510同步遮蔽之效果，不會看見發光二極體照明元件620所發出之光線及展示物件610，而能看穿液晶模組510/隔板630並看見室外之景物；而室外觀察者可看見發光二極體照明元件620所發出之光線及展示物件610，但因液晶模組510之同步遮蔽效果，而無法看見發光二極體照明元件520之光源，亦無法看見室內情況。
須特別強調的是，本發明所述包括液晶模組及發光二極體元件之發光模組及照明模組係完全不同於發光二極體背光液晶顯示器(LED-backlight LCD)。發光二極體背光液晶顯示器係以LED作為背光光源，此光源穿過LCD，並由LCD決定其穿透之比例以進一步形成我們所看到的影像。因此，發光二極體背光液晶顯示器中，光線係由LED背光源朝向LCD之一側發出，且LCD僅遮蔽/過濾部份光源，以使穿透LCD之光線於LCD相反於LED背光源之一側達成顯示影像之目的。
相較之下，本發明之發光模組及照明模組，係使用發光二極體元件作為廣告、指示或照明光源，而以液晶模組遮蔽發光二極體元件所發出之光線，以保護不欲接收此光源之處不受此光線之影響。是以，本發明之液晶模組可大抵完全遮蔽發光二極體元件所發出之光線(即液晶模組相反於發光二極體元件之一側大抵沒有光線穿透)，使發光二極體元件僅於相反於液晶模組之一側產生照明或顯示影像之功能。
第7圖繪示本發明又一實施例之發光模組的剖面圖，其包括分佈布拉格反射器(distributed Bragg reflector,DBR)。發光模組700包括：透明基板710、發光二極體元件720、分佈布拉格反射器730及透明外板740，其中分佈布拉格反射器730可遮蔽發光二極體元件720所發出之光線。因此，在發光模組700運作過程中，靠近發光二極體元件720一側的觀察者701可看到發光二極體元件720所發出的光線L或其顯示之圖案P，而靠近分佈布拉格反射器730(即相反於靠近發光二極體元件720之一側)一側的觀察者702則不會看到發光二極體元件720所發出的光線L或其顯示之圖案P，並可不受其影響地持續看見發光模組700後方之景物M。
透明基板710大致相同於透明基板111/112。透明基板710可為軟板或是硬板，其材質包括：玻璃、高分子材料、或其他適宜之材料，其中高分子材料例如為：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽膠(silicone)、環氧樹脂(epoxy)。
發光二極體元件720係配置於透明基板710上。發光二極體元件720大致相同於發光二極體元件120/320。發光二極體 元件720可包括已封裝之發光二極體晶片、未封裝之發光二極體晶片、或其他適宜之發光二極體結構(可參見申請人之先申請案，台灣專利申請號：101109796)。
分佈布拉格反射器730係利用折射率週期性的變化，讓入射光可以在入射處形成建設性干涉，產生很高的反射率。在一些實施例中，分佈布拉格反射器730可包括兩種具有不同折射率(refractive index)之材料層交替排列組合而成之週期性結構，或有效折射率具有週期性變化特性之介電質波導(dielectric waveguide)。
如第7圖所示，分佈布拉格反射器730係設置於發光二極體元件720與透明基板710之間。在一些實施例中，可設置整層之分佈布拉格反射器730於透明基板710上。在一些實施例中，可局部設置分佈布拉格反射器730於透明基板710上。由於LED視角不大，只要DBR面積範圍大於LED元件約2-3倍即可達成全反射之效果。在一些實施例中，分佈布拉格反射器730係局部設置於發光二極體元件720與透明基板710之間，且分佈布拉格反射器730之面積至少為發光二極體元件720之1倍。
一般而言，每一分佈式布拉格反射層的厚度為中心反射波長之1/4，其對於波長接近4倍分佈式布拉格反射層的波具有良好的反射能力。因此，可設定LED主波長DBR之中心反射波長，並依此調整每一分佈式布拉格反射層的厚度。在一些實施例中，分佈式布拉格反射器730可為阻絕紅光、綠光、藍光或其組合之DBR。在一些實施例中，分佈式布拉格反射器730可為由阻絕紅光、綠光、藍光之DBR所組成之三層結構。
由於LED發光半高寬大多為10-30nm，故若分佈式布拉格反射器僅需阻絕此範圍之光線即可有效阻擋LED所發出之光線。在一些實施例中，分佈式布拉格反射器730只阻絕半高寬為40nm以下之光線。
在一些實施例中，分佈布拉格反射器730可包括第一分佈式布拉格反射材料(未繪示)及第二分佈式布拉格反射材料(未繪示)，兩者交錯排列形成分佈布拉格反射堆疊(即任一分佈布拉格反射堆疊包括一層第一分佈式布拉格反射材料及一層第二分佈式布拉格反射材料)。舉例而言，第一分佈式布拉格反射材料可包括二氧化矽(SiO2)，且第二分佈式布拉格反射材料可包括氮化矽(Si3N4)。
在一些實施例中，分佈布拉格反射堆疊之數量可為3以上、5以上或10以上。在一些實施例中，分佈布拉格反射堆疊之數量介於5到10之間。在一些實施例中，分佈式布拉格反射器730可具有80%以上之光學反射。
透明外板740係覆蓋於發光二極體元件720上，使發光二極體元件720夾於透明基板710及透明外板740之間。透明外板740大致相同於透明外板130/130/330。透明外板740可為軟板或是硬板。透明外板740之材質包括：玻璃、高分子材料、或其他適宜之材料，其中高分子材料例如為：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、矽膠(silicone)、環氧樹脂(epoxy)。
第8圖繪示本發明再一實施例之發光模組的剖面圖，其包括反射鍍層。發光模組800之結構大致相同於發光模組700，其包括：透明基板810、發光二極體元件820及透明外板840， 惟發光模組800以反射鍍層830取代分佈布拉格反射器730以遮蔽發光二極體元件820所發出之光線，而其他相似結構於此不再贅述。因此，在發光模組800運作過程中，靠近發光二極體元件820之一側的觀察者801可看到發光二極體元件820所發出的光線L或其顯示之圖案P，而靠近反射鍍層830(即相反於靠近發光二極體元件820之一側)之一側的觀察者802則不會看到發光二極體元件120所發出的光線L或其顯示之圖案P，並可在沒有反射鍍層830之處不受其影響地持續看見發光模組800後方之景物M。
反射鍍層830可包括任何可達成反射發光二極體元件820所發出光線之鍍層。在一些實施例中，反射鍍層830係局部設置於發光二極體元件820與透明基板810之間，且反射鍍層830之面積至少為發光二極體元件820之3倍。在一些實施例中，反射鍍層830可包括金屬鍍層，金屬鍍層之材料可包括金屬、合金、金屬氧化物或金屬氮化物等。舉例而言，金屬鍍層之材料包括：鋁(Al)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、銅(Cu)…等及其合金；金屬氧化物例如：氧化鋅、氧化錫、氧化鈮；或金屬氮化物例如：氮化鈦、氮化鉻、鈦鎢氮化物(TixWyNz)。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明之範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧發光模組
101、102‧‧‧觀察者
110‧‧‧液晶模組
120‧‧‧發光二極體元件
130‧‧‧透明外板
140‧‧‧控制電路
L‧‧‧光線
P、M‧‧‧觀察者所見之影像

Claims (18)

  1. 一種發光模組，包括：一液晶模組，包括：一對透明基板，及一液晶層，位於該對透明基板之間；一第一組發光二極體元件，配置於該液晶模組之一第一側；一第一透明外板，覆蓋於該第一組發光二極體元件上，使該第一組發光二極體元件係夾於該液晶模組及該第一透明外板之間；以及一控制電路，用以控制該液晶模組之一開關頻率及該第一組發光二極體元件之一第一發光頻率，使該液晶模組同步遮蔽該第一組發光二極體元件所發出之光線，且當該液晶模組係一開啟狀態且第一組發光二極體元件不發光時，一光線能夠穿透該發光模組，使位於該液晶模組相反於該第一側之第二側的一觀察者可透過該液晶模組看見位於第一側的景物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，更包括：一第二組發光二極體元件，配置於該液晶模組相反於該第一側之第二側；以及一第二透明外板，覆蓋於該第二組發光二極體元件上，使該第二組發光二極體元件係夾於該液晶模組及該第二透明外板之間；且其中該控制電路更控制該第二組發光二極體元 件之一第二發光頻率，使該液晶模組同步遮蔽該第一組及該第二組發光二極體元件所發出之光線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光模組，其中該第一及該第二組發光二極體元件係獨立地顯示相同或不同之圖案。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光模組，其中該第一組及該第二組發光二極體元件所發出之光線分別以遠離該液晶模組之方向透出。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中該開關頻率、該第一發光頻率至少為每秒16次。
  6. 如申請專利範圍第1-2項任一項所述之發光模組，更包括：一組電極層，配置於該對透明基板與該液晶層之間；以及一組配向膜，配置於該液晶層與該組電極層之間。
  7. 如申請專利範圍第1-2項任一項所述之發光模組，更包括：一組偏光片，配置於該對透明基板之外側表面上。
  8. 如申請專利範圍第1-2項任一項所述之發光模組，其中該些組發光二極體元件係由已封裝之發光二極體晶片所組成。
  9. 如申請專利範圍第1-2項任一項所述之發光模組，其中該些組發光二極體元件係由未經封裝之發光二極體晶片所組成。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之發光模組，更包括：至少一線路層，配置於該對透明基板及該第一組發光二極體元件之間或該對透明基板及該第二組發光二極體元件之間；以及至少一黏著層，配置該對透明基板及該第一組發光二極體元件之間或該對透明基板及該第二組發光二極體元件之間，以使該些組發光二極體元件固著於該對透明基板上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光模組，更包括：一螢光粉材料，摻雜於該黏著層中。
  12. 一種照明模組，包括：一透明液晶模組，包括：一對透明基板，及一液晶層，位於該對透明基板之間；一第一發光二極體照明元件位於該透明液晶模組之一第一側，其中該透明液晶模組及該第一發光二極體照明元件相隔一空間，該第一發光二極體照明元件照亮該空間；以及一控制電路，用以控制該透明液晶模組之一開關頻率及該第一發光二極體照明元件之一第一發光頻率，使該透明液晶模組同步遮蔽該第一發光二極體照明元件所發出之光線，使位於該空間中的一觀察者可透過該透明液晶模組看見位於該透明液晶模組相反於該第一側之第二側的景物。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之照明模組，更包括：一第二發光二極體照明元件位於該透明液晶模組相反於該第一側之第二側；其中該透明液晶模組及該第二發光二極體照明元件相隔一空間，該第二發光二極體照明元件照亮該空間，且該控制電路更控制該第二發光二極體照明元件之一第二發光頻率，使該透明液晶模組同步遮蔽該第一及該第二發光二極體照明元件所發出之光線。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之照明模組，更包括：一隔板，位於相同於該第二發光二極體照明元件之該第二側，且該第二發光二極體照明元件係介於該隔板及該透明液晶模組之間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之照明模組，其中該開關頻率、該第一發光頻率及該第二發光頻率至少為每秒16次。
  16. 如申請專利範圍第12-13項任一項所述之照明模組，更包括：一組電極層，配置於該對透明基板與該液晶層之間；以及一組配向膜，配置於該液晶層與該組電極層之間。
  17. 如申請專利範圍第12-13項任一項所述之照明模組，更包括：一組偏光片，配置於該對透明基板之外側表面上。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之照明模組，其中該透明液 晶模組係作為或貼附至窗戶或外牆。
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