TWI353475B - Light-emitting unit and method of producing the sa - Google Patents

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1353475 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種發光單元，更特別關於該發光單 元之形成方法，及其於背光單元、顯示元件、可攜式電 子元件的應用。 【先前技術】 / 在歐洲專利申請號第EP-0751340-A2號中，其發光 • 單元包括一個以上的光源將光射入導光器。舉例來說， 導光器是一個具有橫向寬度及縱向長度之矩形平板。一 般選擇縱向作為導光方向，而將光源設置於橫向之凹 孔、狹縫、或開口。導光器與光源的連結方式包括黏接 (bonding)、膠埋（potting)、膠黏（gluing)、或模造 (molding)。上述配置可使光源發出的光沿著縱軸射入並 穿過導光器。 上述的發光單元具有數個構件，由於這些構件很脆 • 弱，因此在製程中難以組合。此外，組合後之發光單元 仍是脆弱的元件，在後續製程如背光單元之組立仍需小 心處理。 【發明内容】 為解決上述問題，本發明提供一種發光單元，包括 固態光源；導光器，用以導向接收自該固態光源之光； 其中固態光源發出之光導入導光器之導光方向；其中發 光單元更包括導線架；固態光源固定於導線架上；以及 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 5 1353475 固態光源與至少部份導 造材料構成至少部份之 線架以模造材料一起模造 導光器。 且模 本發明亦提供一 本發明亦提供一 光單元。 種背光單元，包括上述之發光單元。 種可攜式電子元件，包括上述之背 本發明更提供一 種顯示元件，包括上述之背光單

【實施方式】 • 树明提供—種發光料，具有固態光源；導光器， 用以導向接收自固態光源之光；其中固態光源發出之光 導入導光器之導光方向；導Μ更包括導線架，固態光 源固定於導線架上；以及固態光源與至少部份導線架以 模造材料一起進行模造，且模造材料構成至少部份之 光器。 固態光源可為發光二極體（LED)、LED晶粒、 晶片、雷射、雷射二極體、或類似物，固定於導線架上。 •上述固定方式可堅固及安全的固定固態光源於此部份之 導光器。上述作法的好處在於導線架比導線引腳（lead pins)或導線膜(ieadfilm)的機械穩定性或支撐力強，因此 . 不會彎曲或斷裂。另一好處在於導線架周圍的固態光源 及部份導光器的機械穩定度都因導線架而提高。 上述設置可使固態光源發出的光導入導光器之導光 方向（如上述矩形平板的縱軸），可避免導光器表面的多重 . 反射及吸收所造成的光逸失。此種側邊導光的模式能使 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 6 1353475 光高效率地導入導光器。 固態光源與i少部份導線架以模造材料一起進行模 造，且模造材料構成至少部份之導光器。舉例來說，模 造材料為熱固性材料。熱固性材料在加熱及硬化之化學 反應後即永久塑形，一般為高分子、樹脂、或上述之衍 线。不過本發明之模造材料亦可為熱塑性材料，其在 •而溫下融熔或軟化，回到低溫後可再次硬化。熱塑性材 • 2多次重複熱融及冷固的過程，而不會產生明顯的化 B 學變化。 ,值得注意的是，導可模造為多種形狀，如矩形 平板、瓦狀、矩形棒、或任何其他所需的形狀。 …由於導線架給予模造材料之高穩定性，本發明之發 光單元在製程中的處理及組裝變得容易多了，且不易^ 生破損或碎裂的情形。 在另一實施例中，導線架包括第一部份盥第二邛 份，兩者互相垂直。此9〇。彎曲之導線架在將固態光源固 »定於第-部份以作為上光發光(t〇p而ing)的同時，固態光 源的方向與導光H的相耗置仍可隨設計變化 線架提供發光單元緊密且平面化的設置，其中導線架的 第二部份將電性連接至外部驅動電路。 r ^ 在另一較佳實施例，導線架還包含了一反射各 (地加⑽㈣作為導線架的添加部份，兩者緊密接ς =形成單-單元。反射盒以厘狀物為佳，可具有或不且 有底部表面。反射盒的側邊及底部可作為反射表面，盆 〇773-A3255STWF;000663;hsuhuchi 7 材質較佳為金屬。 在另-實施例中，導光器可整合至反射盒。將導線 木與反射盒形成上述之單—單元的好處在於，導線架與 反射盒以模造材料進行模造時，可同時將導光器整合至 反射盒。由於導光器與反射盒間不存在空氣，可避免光 逸失。 . 在另一貫施例中，反射盒為鏡像反射器（specular • 她叫。導線架亦作為模内模造之鏡像反射器。反射 φ盒較佳為金屬材質，或其他高反射性質的材料。與白色 塑膠相較，金屬的好處在於使光產生鏡像反射而非擴 散。鏡像反射H的好處在於其光的反射角度或改向角度 適合内部全反射’而擴散反射H縣光重新分布為不同 角度，因此前者可減少光逸失。 在另貫例中，導光器具有基材形成之主體。 在另貫施例中，主體係以模造材料進行模造。主 體作為導光||_心、部份，由基材組成。舉例來說，基 ❿材為玻璃。主體、部份導線架、與固定其上之固態光源 .係以模造材料進行模造。將玻璃板、導線架、及反射盒 進订模造則需較少的模造㈣。上述構件組裝時形成之 •間隙將被模造材料填滿，而構成固態光源與核心部份主 體之間的光學連結。主體錄可將光導人導光器之導光 方向的位置，如前所述，光將自橫向導入矩形平板，並 ‘由縱向穿越。以玻璃作為主體的好處在於便宜且易於取 .得。此夕卜破璃的光學性質優於大部份的熱固性或献塑 〇773-A32558TWF;000663:hsuhuche 8 性模造材料。 在另-實施例中，導光器中鄰接固態光源與導線架 t第。卩伤，其組成為抗熱及/或抗uv材料。導光器中 逐離固_光源之第二部份，其組成之透S率高於上述抗 熱及/或抗UV之材料。第—部份使用高抗熱及/或抗 材料的的優點在於’可避免第—部份因固態光源發出的 ^或而變色或碎裂。第二部份使用透光材料可 提南導光器的透光度’減少導光器吸收光所造成的光逸 失。 在另一實施例中’本發明以順應層模造固態光源盥 位於固態光源周圍之部份導線架，用以分隔上述構件鱼 模造材料。職、層可吸收㈣光源所造成的熱應力。由 ;不同材料間的熱膨脹係數不同’熱應力會使模造材料 產生分層或碎裂’而順應層可避免這些問題。較佳之順 應層可為石夕膠。 、 —在另一實施例中，發光單元更包括另一固態光源固 疋於導線4上’且以模造材料進行模造。在此實施例中， 固定於導線架上的固態切'可為—或多個，形成固態光 源，列。這些ID態光源與至少部份之導線架係以模造材 料核造’且模造材料構成至少部份之導光器。採用多個 固態光源的好處在於光輸出（_Put)顯著地增加。另一個 好處在於，固態光源陣列中單—固態光源的強度可由其 他固態光源分擔’可有效降低單一固態光源的熱負載。 在另一實施例中，發光單元具有另一固態光源與另 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 9 1-353475 固*另一固態光源固定於另-導線架上，且另-固態先源與至少部份之且另 造。在此實施例中’每一固//二模&材料進行模 導線架上。位於導魂二！先源均分別固定於對應之 先源陣列，將此陣列置於 珉口心 造，且模造材料形成部份導絲 ^材料進行模 了排列成切陣列。在其他實施例中，位於 的：固態光源陣列’與位於對應導線架上的單 ==:Γ光源陣列。上述組合的方式使= =或:【:源另外’固態先源陣列可— 單-可的是，本發明的發光單元可應用作為背光 本毛月之發光單元的機械性質穩定，適於作為背 光單元…卜’背光單元可更包括増光蜞(b;1= enhancement film)及擴散臈。其他好處如上述。 可以_較’本發明的發光單元可應 式電子f件，特別是行動電話，A、手提電腦二 personal computer，PPC)、或筆記型電腦等。 时可以理解的是，上述之背光單元可應用作為顯示 器，如螢幕、投影裝置、或電視等。 驟 本發明亦提供形成上述發光單元的方法，如下述步 首先’固定固H光源至導線架上。接著在模具中對 〇773-A32558TWF;000663:hsuhuche 10 光:;再以模造材料將固態光源及部份 種作法之好紅詳料構成部份之以器。此 兩個峨㈣方法包括 :先以抗熱及，或抗uv^；=m 步驟的好處已詳述於二部份。兩個模造 驟後之半成品易於運:至::==，步 ::樣的第一模造步驟後，可依不同的產品;要n Hi模造步驟，以完成不同尺寸之發光單元。、 於模具中二成 ^ ^體/、口態光源。主體由基材組成，如玻 材料;此種作法的優點已詳述於前。在u 後’《模造材料將上述組件進行模造以形成發 光發光單元的方法中，在模具㈣準固態 =部應層模造固態光源舆固態光源周 層的方膠^成此順應 -Γ m F 修埋（P〇ttlng)、印刷岑J：仙 7於料等轉㈣的M。順制較處已洋述於 接下來將配合圖式進—步說明本發明的優點及特 °773-A32558TWF;000663:hsuhuch< 11 丄州475 徵。 、 如1A圖所示，本發明之發光單元1〇〇具有固態光 源11〇陣列，其固定於導線架13〇上並以模造材料進行 模造。上述之模造材料構成至少部份之導光器12〇。第 1A圖中之局部放大圖顯示固態光源1之陣列内單一單 兀、’清楚顯示固態光源110與導線13〇以模造材料進行 模ie，且模造材料構成至少部份之導光器1。 曰較佳之固態光源110可為發光二極體（led)、lED 曰曰粒、LED晶片、雷射、雷射二極體、或其他合適之光 源。發光單元100的固態光源11〇可為模造或無模造。 固態光源110可為單色光源、RGB三原色光源、或白光 光源。 導線架130含有第一部份131與第二部份132，兩 者互相垂直。固態光源110係固定於導線架130之第一 邠伤131，其設置可電性連接導線架13〇。上述之固定方 式使固態光源110上光發光，其發光方向與導線架13〇 之電性連接表面的方向平行，且固態光源110的方向與 導光器12〇的相對位置仍可隨設計變化。導線架130的 第一部份132具有連接器或連接圖案，用以電性連接外 邻電路（未圖不）。舉例來說，外部電路可為印刷電路板 (printed circuit board’ PCB)。由於導線架 13〇 之第二部 伤132具有連接器或連接圖案，固態光源u〇不需額外 連接器電性連接外部電路。固態光源11〇與pCB上的構 件之間的連線可由適當地圖案化導線架13〇完成。由於 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 丄州475 不需額外連接器，上述作法可降低發光單元1〇〇之生產 成本。此外，導線架130與模造材料的機械強度可降低 連接器斷裂或損傷的風險。 首先將固態光源11 〇與固態光源1 1 〇周圍之部份導 線架130固定於模具中。接著以熱固性或熱塑性材料進 行模ie或包覆模造（overm〇id)固態光源與至少部份導線 采130，上述之模造材料構成至少部份導光器。上述 模造方法使固態光源11〇與導線架13〇兩者間具有更佳 的對準與機械固定。此外，模造亦去除了固態光源11〇 與導光器120之間的空氣，可減少反射造成的光逸失。 如第1B圖所示’固態光源11 〇固定於導線架13〇 的第。卩伤131，兩者以模造材料進行模造，且模造材料 構成至少部份導光器12〇。鄰接固態光源11〇之導光器 係為光重新導向部份121。由於固態光源11〇發出的 光朝半球形的所有方向平均發射，這些不同入射角度的 光並非全部適用於内部全反射。然而光必需以合適的入 射角平均分布的射入導光器，才能產生内部全反射。光 重新導向部份121可將大入射角度的光重新導向為導光 方向的光’使其適於内部全反射。熟悉此技藝人士自可 依需要調整上述配置，比如調整固態光源110的發光方 向0 此外’單一的固態光源110可固定於對應的導線架 130上。複數個固態光源可線性排列以構成光源陣列。在 此貫施例中，位於導線架130上的固態光源110陣列， 〇773-A32558TWF;〇〇〇663:hsuhuche 1.35347：) =於對應導線架13G上的單—固態光源⑽陣列可組 口 W成光轉列。上述構件可模造為發光單元1〇〇。 如第1C圖所示，為固態光源110與其固定於導線 「130上之示意圖。如前所述此種設計可使固態光源 光發光。與導線引聊與導線膜相較，導線架130具 有^佳之機械穩定性。當固態光源110置於模具時，導 . 線杀I30改善其機械對準並提供較佳固定性。 . 士第1D圖所示，固態光源11 〇之陣列固定於導線 籲架口130上。如此則可應用不同光譜分布之固態光源。導 線=130的另—個好處在於可使固態光源ug彼此排列 緊密，且可提高固態光源11〇對導光器120的光輸出。 此外’光源轉中的單—固態光源m之熱負載可大幅 降低，並可藉由變阻器調整任一固態光源110之光輸出。 如第1E圖所示，發光單元具有導線架13〇與反射盒 I40，兩者緊貼以構成單一單元。反射盒140可為匣狀， 可具有或不具有底部表面。反射盒14〇之材質較佳為金 _屬。反射盒之側部及底部可作為反射表面。此外，金屬 反射盒140本身性質較傾向作為鏡像反射器而非光擴散 器。擴散反射器永遠將部份光重新導向為不適於内部全 -反射的光，並造成光逸失的問題。鏡像反射器維持了入 射光的分布角度，使入射光適於作為内部全反射的光並 減少光逸失。 如第1F圖所示，係至少部份之導線架ι3〇、固態光 源（未圖示）、與反射盒140，上述構件以模造材料進行模 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 14 1.353475 造。模造材料構成導光器120，並將固態光源、部份導線 架130與反射盒140整合。整合製程可去除反射盒140 與導光器120之間的氣隙，同時去除導光器120與固態 光源之間的氣隙。此外，導線架130與反射盒140亦可 以單一模造步驟進行模造。 如第2圖所示，本發明以順應層235模造固態光源 . 210與固態光源210周圍之部份導線架230。在以模造材 料將固態光源210與固態光源210周圍之部份導線架進 φ 行模造前，先形成順應層235。由於固態光源210會產生 熱，這將使固態光源210附近之材料因熱擴散係數不同 產生熱應力，並隨之造成分層與碎裂等情況。而順應層 235(—般為透明材質）可作為應力緩衝層以吸收熱應力。 順應層235較佳由矽膠等常見的應力緩衝材料所組成。 除了優異的熱性質外，矽膠亦具有優秀的光學性質如透 光度與折射率。就算與熱塑性材料比較，矽膠的抗熱及/ 或抗UV性質也相當好。綜上所述，順應層235可改善 • 導光器220之光學與機械性質，並提高導光器220的使 用壽命。順應材料可由浸潰（dipping)、膠埋(potting)、印 ' 刷、或其他可用於矽膠等點膠材料的方法來形成。 ， 第3A圖係本發明之固態光源3 10的縱向剖面圖， 其固態光源310固定於導線架330,與主體325(如玻璃板） 形成導光器320的核心部份。固態光源3 10、部份導線架 330、與主體325對準於一模具中，並以模造材料模造為 單一單元。以玻璃作為導光器核心的好處在於玻璃很堅 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 15 1353475 固，且形成發光單元100只需較少的模造材料即可聯結 主體325、導線架330與固態光源310。與熱固性材料相 較，玻璃的透光度較高也較便宜。由於導光器320之主 要部份由主體325如玻璃構成，可簡化發光單元100的 製程與降低成本。 第3B圖係本發明之主體325、導線架330、與固態 . 光源（未圖示）之橫向剖面圖，上述構件以模造材料模造為 發光單元100，且導線架330係反射器。 • 此實施例若新增反射盒140,則模造材料亦可連結 主體325、導線架330與反射盒140。模造材料將填滿主 體325下面與上面的孔洞，完成固態光源310與主體325 之間的光學連結。 如第3C圖所示，在另一實施例中，主體325如玻 璃的邊緣可塗佈一反射層345。塗佈後之主體可作為内部 鏡像反射器。將主體325模造時，模造材料將延伸至邊 緣的塗佈層345外，以作為塗佈層345之機械及環境保 Φ 護層。 如第3D圖所示，在另一實施例中，可提供順應層 • 335至主體325。順應層335之折射率與玻璃主體325及 • 模造材料之折射率相同，避免主體325邊緣之内部全反 射所造成的吸收及光逸失。 如第4A-4B圖所示，固態光源固定於導線架上。在 以高抗熱性之模造材料進行模造固態光源與至少部份導 線架時，此模造材料構成導光器的第一部份422。接著將 0773-A32558TWF;000663:hsuhuche 16 丄 將模造步驟分為兩獨立的步驟，可在 =試。舉例來說，在第-模造步驟中，將導線架： = 模具中並以模造材料進行模 =進饤第—模造步驟前，可先檢查導光器之第 伤似的功能，如光輪出或色點㈣or P〇int)等。在口二 檢測後’將導光器之第 在μ 有间透先性之另-模造材料進行模造，以形成導光 第二部份424。上述作法的好處在於，形成導光器 =似後，此中間產品可輕易運送至同 另外一間工薇，以進行第二模造步驟。 產線或 上述連、’Λ的兩步模造步驟亦可應用於類似設計 同產品。舉例來說，大量的固態光源11〇固定於對岸的 導線架130可模造於—揸目士 、， 口疋於對應的 稍後在與具有不同尺寸'的導光第—部份° 丁旳導先斋連結，形成發光單元 1UU 0 模造材^Γ模造為各種體積，並具有不同功能如按 鍵、扣被、㈣ '或占位符號(placeh0 可為現有製程如旧轉㈣_v_ieap_s=i 程可用目前的半導體模造設備進行，且具有較佳之繁程 ，制°uv轉㈣程以毛細管作用力填滿模具，可形成輪 :控制較佳之光學結構。此㈣程可㈣地減少製程週 期（cycle hme)，並改善產品的尺寸控制。 hi - 由下列幾點總結:發光單元具有固態光源 固疋於導線架與導光器上，用以將固態光源發出的光導 〇773-A32558TWF;000663:hsuhuche 18 1353475 入導光器的導光方向。固態光源與至少部 模造材料進行模造，且模造㈣構叙少部份之 雖然本發明已以數個較佳實施例揭‘ 本發明4何所屬技術領域中 常 者，在不脫離本發明之精神和範_，當可

Ϊ與濁飾，因此本發明之賴範圍當職附之申;;專利 乾圍所界定者為準。 τ咕專矛J 【圖式簡單說明】 第1A圖係本發明之發光單元之示意圖，1包括固 定於導線架上之ID態光源㈣，兩者以模造材料進行模 造， ' 第1B圖係本發明之示意圖，其固態光源固定 線架上，且模造材料構成部份之導光薄. 第⑴圖係本發明之示意含有一固態光源， 以及固定於導線架上之固態光源； 第1D圖係本發明之示意圖，#固態光源陣列固定 於導線架上； 第1Ε圖係本發明之示意圖，其反射盒緊貼導線架以 形成單一單元； μ 第1F圖係本發明之示意圖，其反射盒緊貼導線架， 並以模造材料進行模造； 第2圖係本發明之示意圖，其固態光源與固態光源 周圍之部份導線架以順應層模造； 0773-A32558TWF;〇〇〇663:hsuhuche 19 L353475 第3A圖係本發明之固態光源其縱向剖面圖，其固 態光源固定於導線架，與主體形成導光器的核心部份， 上述構件均以模造材料進行模造； 第3B圖係本發明之主體與導線架（以模造材料進行 模造）之橫向剖面圖； 第3C圖係本發明之示意圖，其主體具有反射層； 第3D圖係本發明之示意圖，其主體具有順應層； 第4A圖係本發明之示意圖，其導光器之第一部份 φ 為高抗熱材料，導光器之第二部份為高透光材料；以及 第4B圖係本發明之示意圖，其導光器之第一部份 與第二部份使用不同材料，且以模造材料進行模造。 【主要元件符號說明】 100〜發光單元； 110、210、310〜固態光源； 120、220、320〜導光器；121〜光重新導向部份； Φ no、23〇、33〇〜導線架；m〜導線架的第一部份； 132〜導線架的第二部份；140〜反射盒； • 235、335〜順應層； 325〜主體； - 345〜反射層； 422〜導光器的第一部份； 424〜導光器的第二部份。 0773-A3255 8TWF;000663 :hsuhuche 20

Claims (1)

1353475 第 95143341 號十、申請專利範圍： 1.一種發光單元，包括： 一固態光源； ★一 一L型導線架，該1型導線架具有一第一部份與一 部分，該第一部份與該第二部分互相垂直，且該固 態光源固定於該L型導線架的該第一部份； 導光盜，其具有鄰接該固態光源的一第一部份， ，遠，該固態^源的—第二部分，其中，該導光器的該 =P分的透光性大於該導光器的該第—部份的透光 性，且該導光II的該第-部份包圍該㈣ 該第-部份的-部分，用以接收來自該固態i Μ.光並將4光導入該導光器的該第二部分。 型專利範圍第1項所述之發光單元，其中該L t導線木包括一反射盒。 3. 如中請專利範圍第2項所述之發光單元 ¥光器結合至該反射盒。 4. 如申明專利範圍第2項所述之發光單元 反射盒係一鏡像反射器。 5. 如申專利範圍第丨項所述 導光器包括-主體，其組成為—基材。… 6. 如申請專利範圍第5項所述之發 主體係以一模造材料進行模造。 = 項所述之發光單元，其中該 修正日期:100.5.6 修正本

其中該 其中該 其中該 其中該 遑忠装 …|〜〜货疋早元，其 弟一。H分由-抗熱及/或抗UV之材料組成 該 21 1353475 第95143341號 修正日期:100.5.6 修正本 ¥光益之第二部份由透光率高於該抗熱及/或抗 料的材料組成。 8.如申請專利範圍第1項所述之發光單元，更包括 —順應層模造該固態光源以及該L型導線架的該第— 份。 ° y•如申請專利範圍第1項所述之發光單元，更包括 ^固態光源固定於該L型導線架，並以—模造材料進 行模造。 10:如申請專利範圍第i項所述之發光單元，更包括 ::固態光源與另一導線架，且該另一固態光源係固定 ^該另-導線架’且該另—固態光源與部份該另 杀以模造材料進行模造。 、·’ 11.-種背光單元，包括t請專利範圍M 一項所述之發光單元。 用於帛11销叙#料元，係應 之背顯示元件’包財請專利範圍第12項所述 之方==成如申請專剩第1項所述之發光單元 固定該固態光源至該L型導線架上； 準該L型導線架與該固態光源;以及 部份模造，該模料料構成該導光器之第—n之弟一 22 1353475 第95143341號 修正日期:100.5.6 修正本 15•如申請專利範圍第ί4項所述之形成發光單元之 2，其中^抗熱及/或抗UV之模造㈣進 後更進行一步驟包括·· K 以一透光率高於該抗熱及/或抗uv之模 ^對部份該導光器進行模造以形成該導 ^如巾請專利I請g 14項料之形成發光單元之 / ’更L括在該模造步驟前，先於該模具中 體與該固態光源。 主 方法請專利範圍^ 14項所述之形成發光單元之 /、中於5亥模具中對準該L型導& # 之步驟前，承h & 土等琛木與该固態光源 7襌剛更包括以一順應層封裝該 導線架的第-部份。 心切、與該匕型