专利名称：面光源以及面光源模块的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种面光源(plane light source)，且特别是有关于一种具有发光二极管组件(light emitting diode device)的面光源。
背景技术：
由于科技不断的提升与进步，数字化多媒体视频时代已经来临，而对于各种视频和影像装置的需求亦大幅的提升。具有高画质、低消耗功率及低辐射等优点的液晶显示器，已成为显示器市场的主流产品，而其光源则是采用冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescence Lamp，CCFL)。但冷阴极荧光灯管体积较大，且所能提供的颜色范围并不尽理想，加上内含水银的成分将导致环境的污染，也成为全世界日益重视的问题。因此，发光二极管极有潜力发展成为取代冷阴极荧光灯管的新世代的环保光源。
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)属于一种化合物半导体组件，其发光芯片的材料主要是由III-V族化学元素所组成，如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等化合物半导体。这些半导体材料具有将电能转换为光的特性，利用对此些化合物半导体施加电流，透过电子空穴对(Electron-Hole Pairs，EHP)的结合，可将电能转为光能，而以光子(Photon)的形态释出，达成发光的效果。由于发光二极管的发光现象是属于冷性发光(luminescence)，而非借由加热发光，因此发光二极管的寿命可长达十万小时以上，且无须暖灯时间(idling time)。此外，发光二极管具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、用电省、污染低(不含水银)、可靠度高、适合量产等优点，因此其所能应用的领域十分广泛，如扫描仪的灯源、液晶屏幕的背光源、户外显示广告牌或是车用照明设备和仪表板等等。
另外，近年来在消费性电子产品需求大量提升之际，对于大型的液晶显示装置需求更甚，尤其是液晶显示电视(LCD TV)的需求亦大幅增加。因此，如何寻求较大发光面积的发光二极管面光源，借以增加以发光二极管为面光源模块的亮度，已是当今的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种面光源，其利用具有不同反射能力(reflectivity)的第一微结构与第二微结构，以使其所提供的光源均匀化。
本发明的另一目的是提供一种面光源模块，其将前述具有第一微结构与第二微结构的面光源与外部导光板结合，以获得较大的照明面积。
本发明的又一目的是提供一种面光源，其利用具有不同反射能力的承载体、第一微结构与第二微结构，以使其所提供的光源均匀化。
本发明的再一目的是提供一种面光源模块，其将前述具有承载体、第一微结构与第二微结构的面光源与外部导光板结合，以获得较大的照明面积。
为达上述或是其它目的，本发明提出一种面光源，其包括一发光二极管组件以及一导光板。发光二极管组件适于提供一光线。导光板具有一位于发光二极管组件上方的中间区域(middle)以及一环绕中间区域的边缘区域(periphery)，其中导光板具有多个分布在中间区域的第一微结构以及多个分布在边缘区域的第二微结构。第一微结构对于光线的反射能力高于第二微结构对于光线的反射能力。同时，发光二极管组件配置在导光板下，并且位于导光板中间区域下方。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的发光二极管组件包括白光发光二极管组件。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的导光板具有一上表面与一下表面，其中发光二极管组件配置在导光板的下表面上，而第一微结构与第二微结构分布在导光板的上表面上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构与第二微结构还可以分布在导光板的下表面上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的导光板的上表面为一角锥状表面(pyramidical surface)，而导光板的下表面为一平面。其中发光二极管组件配置在平面上，且位于角锥状表面的尖端(pinnacle)的下方，而第一微结构与第二微结构分布在角锥状表面(即上表面)上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构与第二微结构还可以分布在导光板的平面(即下表面)上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源还包括一反射片，并配置在导光板下方。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜，而第二微结构包括多个角锥体或半球体。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜，而第二微结构包括多个同心且由内而外分布的第二环形棱镜。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的中间区域为一圆形区域。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的圆形区域的半径介于1毫米至4毫米之间。
为达上述或是其它目的，本发明还提出一种面光源模块，其包括前述的面光源以及多个外部导光板。其中，面光源成阵列排列，而多个外部导光板也成阵列排列，且位于面光源上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源模块的面光源配置在外部导光板相临接的位置下方。
在本发明的一实施例中，上述的面光源模块的面光源嵌入于外部导光板的边缘。
为达到上述或是其它目的，本发明还提出一种面光源，其包括一承载体、多个发光二极管组件以及二导光板。其中，承载体具有一第一承载面以及一第二承载面。多个发光二极管组件，配置在第一承载面以及第二承载面上，其中发光二极管组件适于提供一光线。二导光板，配置在承载体两侧，且每一导光板具有一邻近发光二极管组件的第一区域以及一远离发光二极管组件的第二区域，其中导光板具有多个分布在第一区域的第一微结构以及多个分布在第二区域的第二微结构，第一微结构对于光线的反射能力高于第二微结构对于光线的反射能力。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的发光二极管组件包括白光发光二极管组件。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的导光板具有一上表面、一下表面以及一连接于上表面及下表面之间的入光面，且光线适于从入光面进入导光板中。其中，第一微结构与第二微结构分布在上表面上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构与第二微结构还可以分布在下表面上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源还包括一反射片，并配置在导光板下方。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构包括多个彼此平行的第一条形棱镜，而第二微结构包括多个角锥体或半球体。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一微结构包括多个彼此平行的第一条形棱镜，而第二微结构包括多个彼此平行的第二条形棱镜。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的第一区域为一矩形区域。
在本发明的一实施例中，上述的面光源的矩形区域的宽度介于1毫米至数毫米之间。
为达上述或是其它目的，本发明再提出一种面光源模块，其包括前述的面光源以及多个外部导光板。其中，面光源成阵列排列，而多个外部导光板也成阵列排列，且位于面光源上。
在本发明的一实施例中，上述的面光源模块的面光源配置在外部导光板相临接的位置下方。
在本发明的一实施例中，上述的面光源模块的面光源嵌入于外部导光板的边缘。
由于本发明的导光板具有不同的微结构，且导光板的不同区域上的不同微结构对于光线会有不同的反射能力，因此本发明可使发光二极管组件所发出的光线不会集中在发光二极管组件的上方，而可被均匀的扩展开来，以获得较大且较均匀的面光源。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1所示为本发明第一实施例的面光源的侧面示意图。
图2所示为本发明第一实施例的面光源的又一实施例的侧面示意图。
图3所示为本发明第二实施例的面光源的侧面示意图。
图4所示为本发明第二实施例的面光源的又一实施例的侧面示意图。
图5A与图5B所示为图1至图4所述的面光源的一实施例的局部示意图。
图6所示为图1至图4所述的面光源的另一实施例的局部示意图。
图7至图11分别所示为具有不同尺寸的中间区域的面光源的光形图。
图12所示为本发明第三实施例的面光源的侧面示意图。
图13A与图13B所示为本发明第三实施例面光源的微结构的局部示意图。
图14所示为本发明第三实施例面光源的微结构的另一实施例的局部示意图。
图15A与图15B所示为本发明第四实施例的面光源模块的上视及侧视示意图。
图16所示为本发明第四实施例的面光源模块的另一实施例示意图。
图17所示为本发明第四实施例的面光源模块的又一实施例示意图。
主要组件符号说明100、200、300、400、500面光源102发光二极管组件104a、304a、910上表面104b、304b、920下表面106、160a、160b、306导光板106a中间区域106b边缘区域108反射片110第一微结构112第一环形棱镜114第二环形棱镜116角锥体118半球体120第二微结构150承载体152第一承载面154第二承载面162第一条形棱镜164第二条形棱镜310角锥状表面
320平面330尖端600、700、800面光源模块660、760、860外部导光板906a第一区域906b第二区域930入光面具体实施方式
第一实施例图1所示为本发明第一实施例的面光源的侧面示意图。请参照图1，本实施例的面光源100包括一发光二极管组件102、一导光板106以及一反射片108。其中发光二极管组件102配置在导光板106下，并适于提供一光线，此发光二极管组件102可以是白光发光二极管组件，也可以是其它色光的发光二极管组件。导光板106具有上表面104a和下表面104b，在上表面104a上具有位于发光二极管组件102上方的中间区域106a以及环绕中间区域106a的边缘区域106b，其中导光板106的中间区域106a在本实施例为一圆形区域，但并不限定。导光板106并具有多个第一微结构110以及多个第二微结构120，第一微结构110分布在中间区域106a，而第二微结构120则分布在边缘区域106b，而且第一微结构110对于光线的反射能力高于第二微结构120对于光线的反射能力。换句话说，第一微结构110能够使大部分的光线全反射，仅允许少部分的光线透出，而相较于第一微结构110，第二微结构120能够使较少比率的光线全反射，并允许较高比率的光线透出。另外，反射片108是配置在导光板106的下方，以将从导光板106底部透出的光线反射回导光板106中。除了导光板106的下方，反射片108还可以配置在导光板106的两侧面，以将从导光板106侧边透出的光线反射回导光板106中。
请再参照图1，在导光板106中间区域106a的下方配置的发光二极管组件102提供向上传递的光线，当光线传递至位于导光板106的中间区域106a的第一微结构110时，由于第一微结构110对于光线具有较高的反射能力，所以大部分的光线会被全反射。此时，大部分的光线将折返回导光板106下方，仅有少部分的光线会从导光板106的中间区域106a穿出，因此，导光板106的中间区域106a不会有过高的出光强度(light intensity)，且未从中间区域106a透出的光线将可有效地被传递至边缘区域106b。由图1可知，被第一微结构110反射的光线会在导光板106内反射一次或数次，之后才从导光板106的边缘区域106b射出。由于第二微结构120对于光线的反射能力较低，因此被第一微结构110所反射的光线在边缘区域106b的出光效率(efficiency)会大于中间区域106a的出光效率，但整体上，边缘区域106b的出光强度会大致等于中间区域106a的出光强度。
图2所示为本发明第一实施例的面光源的另一实施例的侧面示意图。请参照图2(在以下的说明及所有的实施例中，相同的对象将以相同的标号表示)，类似于图1，本实施例的面光源200包括一发光二极管组件102、一导光板106以及一反射片108。发光二极管组件102配置在导光板106下，且导光板106具有上表面104a和下表面104b，在上表面104a上具有位于发光二极管组件102上方的中间区域106a以及环绕中间区域106a的边缘区域106b。导光板106并具有多个第一微结构110以及多个第二微结构120，第一微结构110分布在中间区域106a，而第二微结构120则分布在边缘区域106b。图2与图1差异之处在于导光板106的下表面104b上具有第一微结构110以及第二微结构120分布在其上，意即，在发光二极管组件102外围分布有第一微结构110，而在第一微结构110外围分布有第二微结构120。
第二实施例图3所示为本发明第二实施例的面光源的侧面示意图。请参照图3，类似于图1，本实施例的面光源300包括一发光二极管组件102、一导光板306、一反射片108以及第一微结构110和第二微结构120。在本实施例的面光源300中，导光板306的上表面304a为一角锥状表面310，而下表面304b为一平面320。导光板306上的第一微结构110和第二微结构120亦以前述实施例所述的分布方式分布在角锥状表面310(即上表面304a)上，发光二极管组件102则配置在平面320(即下表面304b)上，且位于角锥状表面310的尖端330的下方。
图4所示为本发明第二实施例的面光源的又一实施例的侧面示意图。请参照图4，类似于图3，本实施例的面光源400包括一发光二极管组件102、一导光板306、一反射片108以及第一微结构110和第二微结构120。在本实施例中，导光板306的上表面304a为一角锥状表面310，而下表面为304b一平面320。图4与图3差异之处在于本实施例的导光板106的平面320(即下表面304b)上具有第一微结构110以及第二微结构120分布其上，意即，在发光二极管组件102外围分布有第一微结构110，而在第一微结构110外围分布有第二微结构120。
图5A与图5B所示为图1至图4所述的面光源的一实施例的局部示意图。请参照图5A，本实施例的第一微结构110包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜112，而第二微结构120则包括多个角锥体116。请再参照图5B，本实施例的第一微结构110包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜112，第二微结构120则包括多个半球体118。虽然在上述的实施例中第二微结构120可以是角锥体116或者是半球体118，但其也可以是综合的角锥体116以及半球体118所组成。
图6所示为图1至图4所述的面光源的另一实施例的局部示意图。请参照图6，和图5相同的是第一微结构110包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜112，而和图5相异的是第二微结构120包括多个同心且由内而外分布的第二环形棱镜114。
图7至图11分别所示为具有不同尺寸的中间区域的面光源的光形图。在图7至图11中，导光板106的中间区域106a是以圆形区域为例，但也可以是其它形状的区域。也就是说，本实施例的中间区域106a的圆形区域分布有第一微结构110，而圆形区域之外则分布有第二微结构120。图7至图11分别代表具不同尺寸的中间区域106a，而其依序为图7是半径1mm、图8是半径2mm、图9是半径3mm、图10是半径4mm以及图11是半径150mm。由图7至图11的光形图可以得知，从1mm到4mm的圆形半径区域可以逐渐得到均匀度较佳的光源，而光的强度亦有些微的变化，因此可依设计者的需求提供选择。而圆形半径为4mm的图10和圆形半径为150mm的图11其光形图已是非常的接近，因此在实施上圆形区域的半径可以是1mm～150mm，而其较佳实施圆形区域的半径是1mm～4mm之间。
第三实施例图12所示为本发明第三实施例的面光源的侧面示意图。请参照图12，本实施例的面光源500包括一承载体150、多个发光二极管组件102、二导光板160a和160b以及一反射片108。其中，承载体150具有一第一承载面152以及一第二承载面154。多个发光二极管组件102，配置在第一承载面152以及第二承载面154上(图中仅在第一承载面152以及第二承载面154上各绘示一个发光二极管组件102)，其中发光二极管组件102适于提供一光线。此发光二极管组件102可以是白光发光二极管组件，也可以是其它色光的发光二极管组件。二导光板160a和160b配置在承载体150的两侧，各具有一上表面910、一下表面920以及一连接于上表面910及下表面920之间的入光面930，且光线适于从入光面进入导光板160a和160b中。导光板160a和160b具有一邻近发光二极管组件102的第一区域906a以及一远离该发光二极管组件102的第二区域906b，其中第一区域906a在本实施例为为一矩形区域，但并不限定。导光板160a和160b具有多个分布在第一区域906a的第一微结构110以及多个分布在第二区域906b的第二微结构120，第一微结构110对于光线的反射能力高于第二微结构120对于光线的反射能力。换句话说，第一微结构110能够使大部分的光线全反射，仅允许少部分的光线透出，而相较于第一微结构110，第二微结构120能够使较少比率的光线全反射，并允许较高比率的光线透出。另外，反射片108是配置在导光板160a和160b的下方，以将从导光板106底部透出的光线反射回导光板160a和160b中。除了导光板160a和160b的下方，反射片108还可以配置在导光板160a和160b的两侧面，以将从导光板160a和160b侧边透出的光线反射回导光板160a和160b中。
请再参照图12，配置在第一承载面152以及第二承载面154上的发光二极管组件102提供向上传递的光线，当光线传递至导光板160a和160b上的第一区域906a的第一微结构110时，由于第一微结构110对于光线具有较高的反射能力，所以大部分的光线会被全反射。此时，大部分的光线将折返回导光板160a和160b下方，仅有少部分的光线会从导光板160a和160b的第一区域906a穿出，因此，导光板160a和160b的第一区域906a不会有过高的出光强度，且未从第一区域906a透出的光线将可有效地被传递至第二区域906b。由图12可知，被第一微结构110反射的光线会在导光板160a和160b内反射一次或数次，之后才从导光板160a和160b的第二区域906b射出。由于第二微结构120对于光线的反射能力较低，因此被第一微结构110所反射的光线在第二区域906b的出光效率会大于第一区域906a的出光效率，但整体上，第二区域906b的出光强度会大致等于第一区域906a的出光强度。
在第三实施例的一实施例中，亦可如图1和图2实施例的差异，也就是说，导光板160a和160b的下表面920上具有第一微结构110以及第二微结构120分布在其上，亦即在发光二极管组件102外围分布有第一微结构110，而在第一微结构110外围分布有第二微结构120。
图13A与图13B所示为本发明第三实施例面光源的微结构的局部示意图。请参照图13A，本实施例的第一微结构110包括多个彼此平行的第一条形棱镜162，而第二微结构120则包括多个角锥体116。另外请再参照图13B，本实施例的第一微结构110包括多个彼此平行的第一条形棱镜162，第二微结构120则包括多个半球体118。虽然在上述的实施例中第二微结构120可以是角锥体116或者是半球体118，但其也可以是综合的角锥体116以及半球体118所组成。
图14所示为本发明第三实施例面光源的微结构的另一实施例的局部示意图。请参照图14，分布在导光板160a和160b上的第一微结构110包括多个彼此平行的第一条形棱镜162，而第二微结构120也可以包括多个彼此平行的第二条形棱镜164。
在第三实施例的实施例中，导光板160a和160b具有一邻近发光二极管组件102的第一区域906a。其中第一区域906a如前述的及在本实施例为为一矩形区域，但并不限定。而矩形区域的宽度亦相似于前述的第二实施例所述，其可以是1mm至数mm之间。
第四实施例图15A与图15B所示为本发明第四实施例的面光源模块的上视及侧视示意图。请同时参照图15A以及图15B，面光源模块600包括成阵列排列的面光源100以及多个外部导光板660，外部导光板660位于面光源100上且亦成阵列排列。面光源100配置在外部导光板660相邻接位置的下方，则由面光源100发出的均匀的光线可再借由外部导光板660导出光线。因此由多个面光源100成阵列排列以及多个外部导光板660成阵列排列所组成的面光源模块600，将可获得较大的照明面积。
图16所示为本发明第四实施例的面光源模块的另一实施例示意图。请参照图16，面光源模块700包括成阵列排列的面光源100以及多个外部导光板760，外部导光板760位于面光源100上且亦成阵列排列。特别的是，每一面光源100是嵌入于外部导光板760下方的相邻空间区域中。因此由多个面光源100成阵列排列以及多个外部导光板760成阵列排列所组成的面光源模块700，亦可获得较大的照明面积。
图17所示为本发明第四实施例的面光源模块的又一实施例示意图。请参照图17，面光源模块800类似于图16的实施例，不同的是面光源100是嵌入于单一外部导光板860下方的空间区域，再相邻到另一外部导光板860。因此由多个面光源100成阵列排列以及多个外部导光板860成阵列排列所组成的面光源模块800，亦可获得较大的照明面积。
值得一提的是，第四实施例主要为面光源以及外部导光板搭配的面光源模块，在本实施例中是以面光源100为例，但其也可以是前述的实施例中所述及的面光源。
综上所述，本发明的面光源以及面光源模块，至少具有下列优点(1)在本发明的面光源中，由于导光板具有不同的微结构，且不同的微结构对于光线有不同的反射能力，因此导光板可以均匀地扩散光线。
(2)在本发明的面光源中，由于导光板具有不同的微结构，且不同的微结构对于光线有不同的反射与折射能力，因此设计者可以控制光线的出射角与出射位置，进而得到较大发光面积的面光源。
(3)本发明的面光源模块可以使点光源转变为面光源。
(4)本发明的面光源模块可以得到较大发光面积的面光源，并且可以控制光线的均匀度。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何业内人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种面光源，包括一发光二极管组件，适于提供一光线；一导光板，具有一位于该发光二极管组件上方的中间区域以及一环绕该中间区域的边缘区域，其中该导光板具有多个分布在该中间区域的第一微结构以及多个分布在该边缘区域的第二微结构，所述第一微结构对于该光线的反射能力高于所述第二微结构对于该光线的反射能力；以及一发光二极管组件，配置在该导光板下，其中该发光二极管组件位于该中间区域下方。
2.根据权利要求1所述的面光源，其特征在于，该导光板具有一上表面与一下表面。
3.根据权利要求2所述的面光源，其特征在于，该发光二极管组件配置在该下表面上，而所述第一微结构与所述第二微结构分布在该上表面上。
4.根据权利要求3所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构与所述第二微结构更分布在该下表面上。
5.根据权利要求4所述的面光源，其特征在于，该导光板的该上表面为一角锥状表面，而该下表面为一平面。
6.根据权利要求5所述的面光源，其特征在于，该发光二极管组件配置在该平面上，且位于该角锥状表面的尖端的下方，且所述第一微结构与所述第二微结构分布在该角锥状表面上。
7.根据权利要求6所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构与所述第二微结构还分布在该平面上。
8.根据权利要求1所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜，而所述第二微结构包括多个角锥体或半球体。
9.根据权利要求1所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构包括多个同心且由内而外分布的第一环形棱镜，而所述第二微结构包括多个同心且由内而外分布的第二环形棱镜。
10.一种面光源，包括一承载体，具有一第一承载面以及一第二承载面；多个发光二极管组件，配置在该第一承载面以及该第二承载面上，其中所述发光二极管组件适于提供一光线；以及二导光板，配置在该承载体两侧，且每一导光板具有一邻近该发光二极管组件的第一区域以及一远离该发光二极管组件的第二区域，其中该导光板具有多个分布在该第一区域的第一微结构以及多个分布在该第二区域的第二微结构，所述第一微结构对于该光线的反射能力高于所述第二微结构对于该光线的反射能力。
11.根据权利要求10所述的面光源，其特征在于，该导光板具有一上表面、一下表面以及一连接于该上表面及下表面之间的入光面，且该光线适于从该入光面进入该导光板中。
12.根据权利要求11所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构与所述第二微结构分布在该上表面上。
13.根据权利要求11所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构包括多个彼此平行的第一条形棱镜，而所述第二微结构包括多个角锥体或半球体。
14.根据权利要求11所述的面光源，其特征在于，所述第一微结构包括多个彼此平行的第一条形棱镜，而所述第二微结构包括多个彼此平行的第二条形棱镜。
全文摘要
一种面光源，其包括一发光二极管组件以及一导光板。发光二极管组件适于提供一光线。导光板具有一位于发光二极管组件上方的中间区域以及一环绕中间区域的边缘区域，其中导光板具有多个分布在中间区域的第一微结构以及多个分布在边缘区域的第二微结构。第一微结构对于光线的反射能力高于第二微结构对于光线的反射能力。同时，发光二极管组件配置在导光板下，并且位于导光板中间区域下方。此外，本发明还提出一种面光源模块。
文档编号H01L33/00GK101093315SQ20061009325
公开日2007年12月26日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者李孝贻, 郑宏隆, 周文宗, 童义兴 申请人:立碁电子工业股份有限公司