TWI429851B - 照明模組 - Google Patents

Description

照明模組

本發明是有關於一種照明模組，且特別是關於一種具有稜鏡片的照明模組。

現有改變燈具之配光曲線的方法，主要有使用燈罩改變反射光或散射光的分佈、改變光源種類與光源本身的發光角度、改變燈具表面之光學特性，以及使用格柵改變大角度的光線分佈這幾種。

詳細來說，透過不同外型、表面光學特性的燈罩來反射或散射光束，能改變光束的照射方向，進而達到目標的光形分佈。關於改變光源種類之方法的部份，燈泡與燈管屬於較無方向性的光源，而發光二極體(light emitting diode,LED)則會因其封裝點膠方式與表面之一次透鏡種類而有不同的發光角度。由於使用發光二極體當光源，通常需要較多的數量，故藉由選用適合之發散角度的發光二極體，在排列組合上能有較多的變化。

一般室內的燈管燈具都會加上金屬格柵，以透過最外層的格柵來阻擋大角度的光束。其中格柵越密或越長會使燈具的照射角度變小。

習知側光式的平面光源模組通常會使用導光板來引導光源之光束。一般而言，導光板上方還會配置光學膜片來調整平面光源的出光光形，而一般常見的光學膜片都是 用在加強光束集中之效果，故若燈具需要加強大角度的光強度，則不易以此方式來進行變化調整，且在使用光學膜片於光源模組中，光學膜片之間會有薄膜干涉現象。現行解決兩光滑平面間薄膜干涉現象的技術，大都係選擇改變兩光滑接觸面之其一的表面材質，或是直接更改整體架構來解決此類問題。然而，這些改變對於燈具的光學性質而言影響較大，故上述方法並不適用只想在已開發完成的燈具上進行細微調整以改善薄膜干涉現象的廠商。

台灣專利號I274178揭露一種光源模組，其中光源所提供的光束係自導光板斜向入射至光學膜片。

美國專利號6,828,007則是揭露利用楔形導光板上的微結構，對光束作一次修正，以使光束垂直於導光板出光面之方向出射至導光板外。然而，上述導光板在製程上較為複雜，且由於導光板在射出後便定型，故較難再對光源模組的出光光形進行調整。

另外，美國專利號4,071,750還揭露一種直下式燈具，其包括擴散板(diffuser disc)與螢光燈管(fluorescent tube)，其中擴散板具有不規則之稜鏡結構，以直接將螢光燈管所發出的光束往遠離稜鏡結構之中心方向偏折。如此一來，非均勻的光源在通過擴散板後，便能產生均勻的平面光。然而，上述作法在製程上較為複雜，故成本較高。

美國專利號5,040,104揭露一種光源裝置，其利用稜鏡結構將線性光源所發出的光束擴散，以減少眩光現象。

本發明提供一種照明模組，能將光束發散以加強大角度的光強度。

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供一種照明模組，包括至少一發光元件、一導光板以及一稜鏡片。發光元件適於發出一光束。導光板具有一出光面、一相對出光面之一第一表面及一連接出光面與第一表面的入光面。發光元件配置於入光面旁。光束適於經由入光面進入導光板中，且光束出射至導光板外的行進方向實質上垂直出光面。稜鏡片配置於導光板上。稜鏡片包括一第一基板及複數個稜鏡結構，且稜鏡結構均勻地配置於第一基板上靠近導光板出光面之一第二表面。

基於上述，本發明之實施例包括以下優點或功效之至少其中之一。在本發明之實施例的照明模組中，由於導光板上方配置有稜鏡片，且稜鏡片上的稜鏡結構係配置於靠近導光板的一側，故光束在實質上垂直出射至導光板外並通過稜鏡片後，能被發散以產生兩側之光強度較中間部分之光強度高的出光光形。

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為本發明之第一實施例照明模組100的剖面示意圖。請參照圖1，照明模組100包括至少一發光元件110(僅示意地繪示一個)、一導光板120以及一稜鏡片130。發光元件110適於發出一光束L1。發光元件110例如是發光二極體(light emitting diode,LED)。

導光板120具有一出光面S1、一相對出光面S1之一表面S2以及一連接出光面S1與表面S2的入光面S3。發光元件110配置於入光面S3旁，光束L1適於經由入光面S3進入導光板120中，且經由出光面S1以正向方式傳遞至導光板120外，亦即光束L1之出射至導光板120外的行進方向P1實質上垂直出光面S1(即出射至導光板120外的光束L1之光軸實質上垂直於出光面S1)。在本實施例中，導光板120的出光面S1與表面S2實質上平行。亦即，本實施例之導光板120的形狀如為矩形，故有製作簡單的優點，進而能節省成本。

稜鏡片130配置於導光板120上，且稜鏡片130包括一基板132及複數個稜鏡結構134，其中稜鏡結構134係均勻地配置於基板132上靠近出光面S1之一表面S4。詳 細來說，本實施例之稜鏡結構134的大小、形狀以及彼此之間的間距實質上相同。另外，由於稜鏡結構134的配置是朝向導光板120的一側，故本實施例之稜鏡片130為一逆稜鏡片，其能達到散射光束L1的效果。

如圖1所示，本實施例之照明模組100更包括複數個微結構122，且微結構122配置於導光板120之表面S2上，其中微結構122可採取不等間隔的佈點設計。詳細來說，微結構122在靠近發光元件110處的數量密度小於在遠離發光元件110處的數量密度，以達到均勻出光的效果。在本實施例中，同一表面S2上之微結構122的大小、形狀可不同或相同。微結構122的大小、形狀與位置可視實際需求設計，本發明並不受限於此。

本實施例之微結構122例如為凸點，且凸點又例如印刷網點或利用噴墨(ink jet)技術製作。除此之外，微結構122還可包括複數個擴散粒子122a，其中擴散粒子122a例如是二氧化矽(SiO₂)或二氧化鈦(TiO₂)等散射材料。擴散粒子122a的添加有利於光束(例如光束L1)的散射，進而增加出光的均勻度。值得注意的是，在其他實施例中，微結構122亦可不具有擴散粒子122a。

如圖1所示，當光束L1在導光板120內經過幾次全反射而入射到表面S2上的微結構122時，微結構122會破壞全反射，從而使得光束L1直接穿透表面S1並傳遞至導光板120外。由於導光板120的出光面S1與表面S2實質上平行，故光束L1可以實質上垂直於出光面S1之方向 出射至導光板120外，進而使導光板120能提供良好均勻度的平面光源給後端的光學膜片(例如為稜鏡片130)。此外，本實施例可利用簡單矩形結構的導光板120即能使光束以實質上垂直於導光板120出光面S1之方向出光並產生均勻的平面光源，故能節省製作成本，而有方便量產的優點。

圖2為圖1之光束於標示區域A的稜鏡結構上行進的放大示意圖。請同時參照圖1與圖2，進一步而言，當光束L1以實質上垂直於出光面S1之方向出射時，稜鏡片130上的稜鏡結構134會將光束L1折射，以使光束L1在通過稜鏡結構134後會往導光板120的兩旁偏折。亦即，光束L1會以較大的出光角度θ 1離開稜鏡片130，其中出光角度θ 1為光束L1與法線N1的夾角。如此一來，照明模組100便能產生較多大角度出射的出光光束，進而能提供一種兩側之光強度較中央之光強度高的平面光源，其中上述之平面光源的出光光形繪示如圖3。另一方面，藉由改變稜鏡結構134之夾角α亦能夠調整光束L1的出光角度θ 1，還能調整平面光源的出光光形。舉例來說，光束L1的出光角度θ 1會隨夾角α的增加而增加，故若要使光束L1更為發散，則可藉由增加夾角α的角度來達成。

圖3為圖1之照明模組100的出光光形示意圖，其中徑向上刻度對應平面光源在不同出光角度θ 1的光強度。請參照圖1至圖3，當於導光板120上配置逆稜鏡片(例如稜鏡片130)時，大部份的光束L1會被偏折往遠離法線 N1的方向，故本實施之照明模組100能提供兩端光強度比中央光強度高的平面光源。

請繼續參照圖1，本實施例之照明模組100還可進一步包括一擴散片140，且擴散片140配置於稜鏡片130上。為了避免稜鏡片130與擴散片140之接觸表面間的薄膜干涉現象，本實施例更於稜鏡片130與擴散片140之間配置一間隔片150。圖4為圖1之間隔片150的俯視示意圖。如圖4所示，間隔片150的中央部分為開口設計，其具有一開口OP，開口OP面積遠大於50%的出光面S1面積，故不會實質影響照明模組100的可照明面積。於較佳實施例中，開口OP面積大於或等於80%的出光面S1面積。在本實施例中，間隔片150例如為一反射片，而將反射片配置於稜鏡片130與擴散片140之間，除了能避免薄膜干涉現象外，還能減少照明模組100的漏光，進而提昇照明模組100的光使用效率。

如圖1所示，於一實施例中，擴散片140包括一基板142以及複數個擴散粒子142a，且擴散粒子142a分佈於基板142中。在本實施例中，擴散粒子142a例如為二氧化鈦或二氧化矽等擴散材料。擴散粒子142a則有助於光均勻度的提昇。另外，本實施例之照明模組100還包括一反射片160，反射片160配置於靠近導光板120之表面S2的一側，以將光束L1反射回導光板120，進而增加光使用效率。另外，照明模組100還包括一上蓋170，且上蓋170配置於擴散片140上。

圖5A至圖5C為照明模組100之平面光源的出光光形SP1~SP3的示意圖，其中出光光形SP1~SP3分別對應圖1之不同濃度的擴散粒子142a。詳細來說，出光光形SP1對應的擴散粒子142a濃度最低，故散射效果較低，從而使得平面光源的均勻度較出光光形SP2與SP3低，亦即較多的光束會從照明模組100的左右斜上方出光，而對應照明模組100正上方區域B1之出光光束會相對左右兩側出光的光束來得少。如圖5B所示，當擴散粒子142a濃度的增加時，由於光束被散射的機率亦增加，故會有較多的光束會從照明模組100的正上方出光，亦即光形SP2之區域B2的出光強度要比光形SP1之區域B1的出光強度高。當擴散粒子142a濃度繼續增加到一定程度時，來自稜鏡片130之光束的收斂程度會越大，進而形成如圖5C所示的光形SP3，亦即大部分的光束是從照明模組100的正上方出光。因此，在本實施例中，藉由調整擴散粒子142a的濃度能夠達到不同的出光光形。

由此可知，由於導光板120能使光束正向出光並產生均勻的平面光源，故可藉由選擇不同的稜鏡片130或擴散片140來發散或收斂該正向光束，便能使照明模組100達到不同的出光效果。亦即，導光板120與上述之光學膜片的高相容性，使得照明模組100在設計上十分方便，設計者能藉由選擇一般市售的稜鏡片或擴散片便能依需求達到所欲的出光光形。除此之外，由於導光板120的製作簡單，再加上稜鏡片130與擴散片140的價格便宜，故本實施例 的照明模組100相較於習知複雜結構的照明裝置，具有成本較低之優點。

第二實施例

圖6為本發明之第二實施例照明模組200的剖面示意圖。圖6的照明模組200與圖1的照明模組100類似，惟二者主要差異之處在於：擴散片240包括一基板242以及複數個微結構244，且微結構244配置於基板242上遠離稜鏡片130之表面S5。在本實施例中，上述之微結構244例如為複數個微透鏡(microlens)244’，其中微透鏡244’能達到收斂光束的效果。

類似地，在本實施例中，藉由調整微透鏡244’的霧度或聚光能力，亦可產生不同的出光光形。詳細來說，當微透鏡244’的霧度或聚光能力較低時，會有較多的光束從照明模組200的斜上方出光(如圖5A所示)；當微透鏡244’的霧度或聚光能力越高時，則光束被收歛的程度會越明顯，從而使得越多的光束從照明模組200的正上方出光(如圖5C所示)。

第三實施例

圖7為本發明之第三實施例照明模組300的剖面示意圖。圖7的照明模組300與圖6的照明模組200類似，惟二者主要差異之處在於：基板132’更包括複數個微結構136，且微結構136配置於稜鏡片130’上相對表面S4的一表面S6。換句話說，微結構136與稜鏡結構134係配置於 同一基板132’，且分別位於基板132’的相對兩表面S4與S6，其中微結構136例如為微透鏡。因此，在本實施例中，照明模組300可不採用圖6的擴散片240以及間隔片150。除此之外，本實施例之基板132’內部還可分佈有複數個擴散粒子132a，以增加平面光源的均勻度。

另外，本實施例之照明模組300更包括發光元件310，發光元件310配置於相對入光面S3之一表面S7。發光元件310適於發出光束L2，且光束L2在入射至導光板120’的微結構122’時，微結構122’會破壞光束L2的全反射，進而使光束L2經由出光面S1以正向方式傳遞至導光板120’外，亦即光束L2之出射至導光板120’外的行進方向P2實質上垂直出光面S1。另外，在本實施例中，微結構122’在靠近發光元件110與310處的數量密度小於在遠離發光元件110與310處的數量密度，以提昇光束自導光板120’出射的光均勻度。

綜上所述，本發明之實施例包括以下優點或功效之至少其中之一。由於照明模組之導光板能使光束以實質上垂直於導光板出光面之方向出光並產生均勻的平面光源，再加上導光板上方配置有稜鏡結構朝向導光板的稜鏡片，故光束在通過稜鏡結構後能被有效地散射，從而產生兩側之光強度較中間部分之光強度高的出光光形。除此之外，由於本實施例之導光板的結構簡單，且導光板與光學模片有良好的相容性，故設計者藉由選擇不同稜鏡片或擴散片便能達到所欲的出光光形。另外，由於導光板的製作簡單， 再加上稜鏡片與擴散片價格便宜，故本實施例之照明模組在製作上能節省成本。除此之外，本實施例藉由於稜鏡片與擴散片之間配置間隔片，亦能有效避免稜鏡片與擴散片間的薄膜干涉的現象。

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。

說明書與申請專利範圍中提及的“第一”、“第二”、....僅用以命名元件的名稱，並非用來限制元件數量上的上限或下限。

100、200、300‧‧‧照明模組

110、310‧‧‧發光元件

120、120’‧‧‧導光板

130、130’‧‧‧稜鏡片

140、240‧‧‧擴散片

150‧‧‧間隔片

160‧‧‧反射片

170‧‧‧上蓋

122、122’、136、244‧‧‧微結構

244’‧‧‧微透鏡

132、132’、142、242‧‧‧基板

122a、122a’、132a、142a‧‧‧擴散粒子

134‧‧‧稜鏡結構

L1~L2‧‧‧光束

P1~P2‧‧‧行進方向

S1‧‧‧出光面

S2、S4、S5~S7‧‧‧表面

S3‧‧‧入光面

A、B1~B2‧‧‧區域

N1‧‧‧法線

θ 1‧‧‧出光角度

α‧‧‧夾角

OP‧‧‧開口

SP1~SP3‧‧‧出光光形

圖1為本發明之第一實施例照明模組的剖面示意圖。

圖2為圖1之光束於圖1區域A的稜鏡結構上行進的放大示意圖。

圖3為圖1之照明模組的出光光形示意圖。

圖4為圖1之間隔片的俯視示意圖。

圖5A至圖5C為照明模組之平面光源的出光光形示意圖。

圖6為本發明之第二實施例照明模組的剖面示意圖。

圖7為本發明之第三實施例照明模組的剖面示意圖。

100‧‧‧照明模組

110‧‧‧發光元件

120‧‧‧導光板

130‧‧‧稜鏡片

140‧‧‧擴散片

150‧‧‧間隔片

160‧‧‧反射片

170‧‧‧上蓋

122‧‧‧微結構

132、142‧‧‧基板

122a、142a‧‧‧擴散粒子

134‧‧‧稜鏡結構

L1‧‧‧光束

P1‧‧‧行進方向

S1‧‧‧出光面

S2、S4‧‧‧表面

S3‧‧‧入光面

A‧‧‧區域

Claims (14)

1. 一種照明模組，包括：至少一發光元件，適於發出一光束；一導光板，具有一出光面、一相對該出光面之一第一表面以及一連接該出光面與該第一表面的入光面，該發光元件配置於該入光面旁，該光束適於經由該入光面進入該導光板中，且該光束出射至導光板外的行進方向實質上垂直該出光面；一稜鏡片，配置於該導光板上，其中該稜鏡片包括一第一基板及複數個稜鏡結構，且該些稜鏡結構均勻地配置於該第一基板上靠近該出光面之一第二表面；一擴散片，配置於該稜鏡片上；以及一間隔片，配置於該稜鏡片與該擴散片之間，其中該間隔片中央部份具有一開口，且該間隔片的形狀為口字型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該些稜鏡結構實質上相同。
3. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該擴散片包括一第二基板及複數個擴散粒子，且該些擴散粒子分佈於該第二基板中。
4. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該擴散片包括一第二基板及複數個微結構，且該些微結構配置於該第二基板上遠離稜鏡片之一第三表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之照明模組，其中該些微結構為複數個微透鏡。
6. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該第一基板更包括複數個微結構，且該些微結構配置於該稜鏡片上相對該第二表面的一第三表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之照明模組，更包括複數個擴散粒子，且該些擴散粒子分佈於該第一基板中。
8. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該導光板的該出光面與該第一表面實質上平行。
9. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，更包括複數個微結構，配置於該導光板之該第一表面上。
10. 如申請專利範圍第9項所述之照明模組，其中該些微結構在靠近該發光元件處的數量密度小於在遠離該發光元件處的數量密度。
11. 如申請專利範圍第9項所述之照明模組，該些微結構為凸點。
12. 如申請專利範圍第11項所述之照明模組，更包括複數個擴散粒子，分佈於該些微結構之中。
13. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，更包括一反射片，配置該導光板之靠近該第一表面的一側。
14. 如申請專利範圍第1項所述之照明模組，其中該間隔片之該開口的面積大於或等於80%的該出光面面積。