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TWI761197B - 紫外光陣列模組 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種紫外光陣列模組，係包含一基座、多個紫外光晶片及一非結晶型二氧化矽聚光板，該基座形成一凹室，該些紫外光晶片矩陣排列於該基座的凹室內，該非結晶型二氧化矽聚光板係蓋合該凹室；其中該非結晶型二氧化矽聚光板係於一透光基部上一體形成多個連續的聚光凸部，各該聚光凸部的光軸係對準其下方的該紫外光晶片的發光軸，以產生特定發光角度的紫外光；由於該些聚光凸部係一體形成在該透光基部上，本發明的該些光軸可彼此靠近，並與其下方之紫外光晶片的發光軸對準，將保持相同發光角度的該些紫外光疊合，在相同照射距離下，大幅提升中心照度，並維持均勻光形。

Description

紫外光陣列模組
本發明係關於一種紫外光元件，尤指一種紫外光陣列模組。
紫外光以波長概分為三個不同波段的紫外光：UVA、UVB、UVC；其中以UVC紫外光在固化、醫療或殺菌等應用較為常見。
請參閱圖9A所示，係一種平面式紫外光矩陣模組50，其包含一基座51、多個UVC紫外光晶片52及一平面透光板53；其中該些紫外光晶片52設置在該基座51上，並以該平面透光板53蓋合。由於該些UVC紫外光晶片52的光線波長界於UVC波段，該平面透光板53必須使用石英板，而無法使用成本較低的玻璃板；然而，該平面式紫外光矩陣模組50的平面透光板53因無聚光特性，故其發光角度大且光形不均勻，如圖9B所示，若以殺菌應用來說，在一定殺菌範圍的殺菌能力有限。
再請參閱圖10A所示，為另一種紫外光矩陣模組60，其包含一基座61、多個UVC紫外光晶片63及一單石英透鏡62；其中該些紫外光晶片63設置在該基座61上，並以該單石英透鏡62蓋合。由於單石英透鏡62僅具有單一光軸621，故位於其下方的UVC紫外光晶片63的各該發光軸631與該單石英透鏡62的光軸621無法對準，如圖10B所示，而呈偏軸或離軸設置；再如圖11所示，此一 紫外光矩陣模組60雖然較圖9B所示的發光角度較為縮小，但其發光光形仍不均勻，再如圖12所示，該紫外光矩陣模組60照射至一定距離後，可明顯分辨出亮區71及暗區70，且暗區70位在該些亮區71之中，代表該紫外光矩陣模組60的中心照度低，故而實際用於一定殺菌範圍內的殺菌效果仍有限。
因此，若能改善紫外光矩陣模組並提升其光功率，將能大幅提升UVC紫外光矩陣模組應用廣度。
有鑑於上述現有紫外光矩陣模組的諸多缺失，本發明主要目的係提供一種高光功率的紫外光陣列模組。
欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該紫外光陣列模組包含：一基座，係包含一凹室；多個紫外光晶片，係矩陣排列於該凹室中；以及一非結晶型二氧化矽聚光板，係設置於該基座，並蓋合於該凹室；其中該非結晶型二氧化矽聚光板包含：一透光基部，其底平面係蓋合該基座的凹室，並與該些紫外光晶片保持一距離；以及多個連續的聚光凸部，係一體形成於該透光基部上，並呈矩陣排列；其中各該聚光凸部的光軸係對準其下方的該紫外光晶片的發光軸，令通過各該聚光凸部的紫外光具有特定發光角度，且該些紫外光相互重疊。
由上述的說明可知，本發明的紫外光陣列模組係主要以非結晶型二氧化矽聚光板取代既有紫外光陣列模組的單一透鏡，由於該非結晶型二氧化矽聚光板的該些聚光凸部係一體形成在該透光基部上，且各該聚光凸部的光軸係對準其下方的該紫外光晶片的發光軸，而可產生特定發光角度且均勻光形的紫外光，又相較使用多個獨立透鏡的紫外光陣列模組，本發明一體形成在該透光基部的聚光凸部的光軸可彼此更加靠近，將保持相同發光角度的該些紫外光疊合，以在相同照射距離下，大幅提升發光功率，並維持均勻光形。
1、1a、1b、1c:紫外光陣列模組
10、10’:基座
11:凹室
111:底平面
12:階梯部
20:紫外光晶片
30、30b、30c:非晶矽聚光板
31:透光基部
32、32’:聚光凸部
321:凸弧部
322:接合平面
50:紫外光陣列模組
51:基座
52:紫外光晶片
53:平面透光板
60:紫外光陣列模組
61:基座
62:單石英透鏡
621:光軸
63:紫外光晶片
631:發光軸
圖1：本發明紫外光陣列模組的第一實施例的立體圖。
圖2：圖1之立體分解圖。
圖3：圖1之側視剖面圖。
圖4：本發明紫外光陣列模組的第二實施例的側視剖面圖。
圖5：圖1之紫外光陣列模組的光形圖。
圖6：圖1之紫外光陣列模組照射至一定距離的亮、暗區域分佈圖。
圖7：本發明紫外光陣列模組的第三實施例的俯視圖。
圖8：本發明紫外光陣列模組的第四實施例的俯視圖。
圖9A：既有一紫外光陣列模組的立體圖。
圖9B：圖9A之紫外光陣列模組的光形圖。
圖10A：既有另一紫外光陣列模組的立體圖。
圖10B：圖10之俯視平面圖。
圖11：圖10A之紫外光陣列模組的光形圖。
圖12：圖10A之紫外光陣列模組照射至一定距離的亮、暗區域分佈圖。
本發明係提出一種可提升發光功率的紫外光陣列模組，以下謹以多個實施例配合圖式詳加說明之。
首先請參閱圖1所示，係本發明紫外光陣列模組1的第一實施例，其包含有一基座10、多個紫外光晶片20以及一非晶矽聚光板30。
請配合參閱圖2所示，上述基座10的頂形向下形成有一凹室11；於本實施例，該凹室11係呈一矩形狀，並包含有一底平面111。
上述多個紫外光晶片20係設置於該基座10的該凹室11內，並呈n*m矩陣排列(n=m、n>m、n<m)，又各該紫外光晶片20係包含有一發光軸XUV，如圖3所示；於本實施例，n=m=2，故包含四個紫外光晶片20，並呈2*2矩陣排列於該凹室11的底平面上111，其中該些紫外光晶片20的高度低於該凹室11的深度，故該些紫外光晶片20未突出於該凹室11。於本實施例，該紫外光晶片20為UVC紫外光晶片20，其發光波長範圍係介於UVC波段(200nm-280nm)；較佳者，發光波長可為254nm±5nm、260nm±5nm~265nm±5nm、270nm±5nm。
上述非晶矽聚光板30係設置於該基座10上，以蓋合該凹室11；其中該非晶矽聚光板30係包含一透光基部31及一體形成於該透光基部31上的多個連續的聚光凸部32，又該些聚光凸部係呈n*m的矩陣排列，以對應同樣呈n*m矩陣排列的紫外光晶片20；於本實施例，該些聚光凸部係呈2*2的矩陣排 列，且該透光基部31的底平面311大於該凹室11的開口尺寸，故可直接設置在該基座10的頂面上，以蓋合該凹室11，並與該些紫外光晶片20保持一距離。此外，亦可如圖4所示，為本發明紫外光陣列模組1a的第一實施例，其基座10’頂面對應該透光基部31的外緣處再下凹一階梯部12，使該透光基部31嵌入該凹室11的內壁中。
再如圖3所示，且各該聚光凸部係具有一光軸XL，以對準其下方的紫外光晶片20的發光軸XUV；如此即可由圖5所示之紫外光陣列模組1的光形圖得知，本案的紫外光陣列模組1在一定發光角度內呈現的光形相當均勻。較佳地，本發明的非晶矽聚光板30主要以奈米級二氧化矽及矽烷配合溶膠凝膠法(Sol-Gel process)製成，於製程期間呈液態的聚光凸部彼此相接且部份融合，待固化後相鄰的聚光凸部32之間自然一體融合成一接合平面322，各該聚光凸部32的有效區為凸弧部321，以決定該紫外光通過該凸弧部321後的發光角度θ；因此，當各該聚光凸部32保留的足夠凸弧部321以滿足特定發光角度θ後，可儘可能地使相鄰聚光凸部32的光軸XL之間的距離D拉近，以使該些紫外光晶片20的紫外光重疊，拉高中心照度；故如圖6所示，當該紫外光陣列模組1照射至一定距離後，並無圖12所示單一透鏡的紫外光陣列模組呈現明顯暗區，代表中心照度提升。
以同樣使用3.5mm2基座與2*2紫外光晶片的圖10A所示之紫外光陣列模組60及本發明圖1所示的紫外光陣列模組1，照射至相同距離後測試中心照度，本發明紫外光陣列模組1以相同平面封裝尺寸可將中心照度提升十倍以上。
再者，以同樣使用3.5mm2基座與2*2紫外光晶片的圖10A所示之紫外光陣列模組60及本發明圖1所示的紫外光陣列模組1，產生相同發光角度的紫外光，圖10A所示紫外光陣列模組60因其單石英透鏡的光軸621與其下方多個紫外光晶片20的發光軸631呈偏軸，而本發明的各該聚光凸部32的光軸XL對準其下方的紫外光晶片20的發光軸XUV，故本發明的各該聚光凸部32僅需該單石英透鏡約一半厚度；因此，本發明的紫外光陣列模組1具有薄化的功效。
再請參閱圖7所示，係本發明紫外光陣列模組1b的第三實施例，其同樣包含有一基座10、多個紫外光晶片20以及一非晶矽聚光板30b；惟本實施例包含有3*3紫外光晶片20，而該非晶矽聚光板30b也包含有3*3的聚光凸部32，且位在中間的聚光凸部32’與相鄰四個聚光凸部32相接，故具有四個接合平面322；同理，如圖8所示，本發明紫外光陣列模組1c的第四實施例，其同樣包含有一基座10、多個紫外光晶片20以及一非晶矽聚光板30c；惟本實施例包含有5*5紫外光晶片20，而該非晶矽聚光板30c也包含有5*5的聚光凸部32，且被最外圍聚光凸部32包圍在中間的聚光凸部32’因與相鄰四個聚光凸部32相接，故具有四個接合平面322。
再如圖1、圖3、圖7及圖8所示，由於該非結晶型二氧化矽聚光板30、30b、30c的該些聚光凸部位32係呈矩陣排列，故在最外圈的各該聚光凸部32，其凸弧部321的弧面向下延伸至未有形成有該聚光凸部32的透光基部31。
綜上所述，本發明的紫外光陣列模組係主要以非結晶型二氧化矽聚光板取代既有紫外光陣列模組的單一透鏡，由於該非結晶型二氧化矽聚光板的該些聚光凸部係一體形成在該透光基部上，且各該聚光凸部的光軸係對準 其下方的該紫外光晶片的發光軸，而可產生特定發光角度且均勻光形的紫外光，又相較使用多個獨立透鏡的紫外光陣列模組，本發明一體形成在該透光基部的聚光凸部的光軸可彼此更加靠近，將保持相同發光角度的該些紫外光疊合，以在相同照射距離下，大幅提升中心照度，並維持均勻光形；再者，由於本發明的非結晶型二氧化矽聚光板係以溶膠凝膠法(Sol-Gel process)製成，可在非結晶型二氧化矽鍵結成形時一併形成具弧面的聚光凸部，故本發明的聚光凸部非以石英塊體研磨而成，有助於大量生產製造，降低成本。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
1:紫外光陣列模組
10:基座
11:凹室
20:紫外光晶片
30:非晶矽聚光板
31:透光基部
32:聚光凸部

Claims (10)

  1. 一種紫外光陣列模組，包含：一基座，係自其頂面向下形成一凹室；多個紫外光晶片，係矩陣排列於該凹室中；以及一非結晶型二氧化矽聚光板，係設置於該基座，並蓋合於該凹室；其中該非結晶型二氧化矽聚光板包含：一透光基部，其底平面係蓋合該基座的凹室，並與該些紫外光晶片保持一距離；以及多個連續的聚光凸部，係一體形成於該透光基部上，並呈矩陣排列；其中各該聚光凸部的光軸係對準其下方的該紫外光晶片的發光軸，令通過各該聚光凸部的紫外光具有特定發光角度，且該些紫外光相互重疊。
  2. 如請求項1所述之紫外光陣列模組，其中該些聚光凸部係彼此相接且部份融合，各該聚光凸部包含有一凸弧部，供其對應紫外光晶片的紫外光線通過產生特定發光角度，且相鄰的聚光凸部之間融合處形成一接合平面。
  3. 如請求項2所述之紫外光陣列模組，其中該些紫外光晶片及該些聚光凸部係呈n*m陣列排列；其中n=m。
  4. 如請求項2所述之紫外光陣列模組，其中該些紫外光晶片及該些聚光凸部係呈n*m陣列排列；其中n>m或n<m。
  5. 如請求項3或4所述之紫外光陣列模組，其中該非結晶型二氧化矽聚光板位在最外圈的各該聚光凸部，其凸弧部的弧面向下延伸至未有形成有該聚光凸部的透光基部。
  6. 如請求項5所述之紫外光陣列模組，其中該非結晶型二氧化矽聚光板係以奈米級二氧化矽及矽烷配合溶膠凝膠法製成。
  7. 如請求項6所述之紫外光陣列模組，其中該些紫外光的波長係介於200nm-280nm波段。
  8. 如請求項7述之紫外光陣列模組，其中該些紫外光的波長係為254nm±5nm、260nm±5nm~265nm±5nm或270nm±5nm。
  9. 如請求項1至4中任一項所述之紫外光陣列模組，其中該透光基部的底平面大於該凹室的開口尺寸，以直接設置在該基座的頂面上並蓋合該凹室。
  10. 如請求項1至4中任一項所述之紫外光陣列模組，其中該基座的頂面對應該透光基部的外緣處下凹形成一階梯部，使該透光基部嵌入該凹室的內壁中。
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