CN103185226A - 照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种照明模块，其包括导光棒、第一光源及第一极化偏光元件。导光棒实质上为极化维持导光体，导光棒包括第一端、第二端及柱状体，柱状体设置于第一及第二端之间，柱状体包括出光区及反射区，反射区具有数个微结构。第一光源位于导光棒的第一端旁。第一极化偏光元件设于导光棒的第一端与第一光源之间。第一光源的光入射至第一极化偏光元件后，分离为第一极化光及第二极化光，第一及第二极化光的极化特性不同，第二极化光穿过第一极化偏光元件并入射至该些微结构后反射为第三极化光以通过出光区出光，第三极化光与第二极化光的极化特性相同。

Description

照明模块

技术领域

本发明涉及一种照明模块，且特别是涉及一种高出光效率的防眩光照明模块。

背景技术

日常生活中充斥各种不同的光源，除了太阳光的自然光源外，日光灯及桌灯等人造光源也为家居常见。自然光及一般人造光为非偏振光。非偏振光的电场的振荡方向和前进方向垂直，且其振荡方向并不具特定的方向。这些非偏振光容易让人眼有眩光或反光的困扰，不但容易造成眼睛疲劳，还可能伤害视力。

利用偏光镜原理可以将造成眩光的极化光致抗蚀剂挡掉。详言之，因为每束光线含有垂直偏振光线(人眼感受的舒适光)与水平偏振光线(人眼感受的眩光)。若将造成眩光的水平偏振光线隔绝，即可达到防眩的效果。

目前已有业者利用上述原理开发出一种防眩照明装置，其主要于照明装置的光束最终出射处，设置一偏光单元，以达防眩功能。然而，这样的设计，需要大面积的偏光单元，才能将照明装置的光束转换成大面积的极化光源，是以，材料成本相当高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种照明模块，其将极化偏光元件整合至照明模块内部，并配合特定的照明模块结构，除可达到防眩功能外，还能够大幅降低材料成本。

为达上述目的，根据本发明的一方面，提出一种照明模块，其包括一导光棒、一第一光源及一第一极化偏光元件。导光棒实质上为极化维持导光体，导光棒包括第一端、第二端及柱状体。柱状体设置于第一及第二端之间，柱状体包括出光区及反射区，反射区具有数个微结构。第一光源位于导光棒的第一端旁。第一极化偏光元件设置于导光棒的第一端与第一光源之间。第一光源的光入射至第一极化偏光元件后，分离为第一极化光及第二极化光，第一及第二极化光的极化特性不同，第二极化光穿过第一极化偏光元件并入射至该些微结构后反射为一第三极化光以通过出光区出光，第三极化光与第二极化光的极化特性相同。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1为本发明一实施例的照明模块的立体图；

图2为本发明一实施例的照明模块的剖面示意图；

图3为本发明一另一实施例的照明模块的剖面图；

图4为本发明一又一实施例的照明模块的剖面图。

主要元件符号说明

2～4：照明模块

20、30、40-1、40-2：光源

22、32、42-1、42-2：反射腔体

221、321、421-1、421-2：表面

24、34、44-1、44-2：极化偏光元件

26、36、46：导光棒

261、361、461：第一端

263、363、463：第二端

265、365、465：柱状体

265a、365a、465a：出光区

265b、365b、465b：反射区

2651、3651、4651：微结构

28、38：镜反射片

L1、L2：非极化光

L_S1、L_S2、L_p1、L_P2、L_S1’、L_S2’、L_P1’、L_P2’：极化光

具体实施方式

请参考图1，其绘示依照本发明一实施例的照明模块1的立体图。如图1所示，照明模块2包括一光源20、一反射腔体22、一第一极化偏光元件24、导光棒26以及一镜反射片28。反射腔体22实质上为一去极化(depolarize)反射腔体，反射腔体22包括一表面221，表面221例如为一非镜反射面，例如是可以将极化光解偏振的塑胶面。导光棒26具有一第一端261、一第二端263及一柱状体265。反射腔体22套设于导光棒26的第一端261，光源20设置于导光棒26的第一端261与反射腔体22之间。柱状体265包括一出光区265a及一反射区265b。

在此实施例中，导光棒26实质上为一极化维持(polarization-maintaining)导光体，例如为一低复折率的导光体，导光体的材质例如是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)，但不以此为限。柱状体265可以是一圆柱体、一椭圆柱体或一角柱体，并不作限制。柱状体265的底部包括一反射区265b，反射区265b包括多个微结构，例如是多个多边形结构。第一极化偏光元件24的面积是与反射腔体22的开口的面积相同，或与导光棒26的第一端261的端面的面积相同，换言之，第一极化偏光元件24的表面积小于柱状体265的出光区265a的表面积。

请接着参照图2，其绘示依照本发明一实施例的照明模块2的剖面示意图。图2绘示的照明模块2，例如是图1的照明模块2沿X-X轴的剖面图。照明模块2的细部特征及元件构造已经叙述于图1，于此将不再赘述。如图2所示，光源20位于该导光棒的该第一端旁，且光源20设置于导光棒26的第一端261与反射腔体22之间。柱状体265包括一出光区265a及一反射区265b，反射区265b具有多个微结构2651。

在此实施例中，微结构2651例如表面镀有一镜反射材料的V型切槽(V-Cut)结构或其他具有良好的镜面反射效果的多边形结构，抑或是例如表面为一光滑面的多边形结构。微结构2651的形成方式，可以利用V-Cut制作工艺，直接在反射区265b表面以形成数个V型切槽状的微结构2651，再以镜反射材料镀膜于V型切槽状的微结构2651的表面，也可以直接在柱状体265的底部贴附一层具有镜反射材料的V型切槽结构，并不作限制。

在此实施例中，第一极化偏光元件24为一反射型偏光膜(例如DualBrightness Enhancement Film，DBEF)、一偏振分光器(例如Polarizing BeamSplitter，PBS)、一具有1/2波长的胆固醇液晶开关，或其他具有分离偏振光的功能的分光装置。第一极化偏光元件24的形状及面积对应于反射腔体22的开口形状及面积，或对应于导光棒26第一端261的端面的形状及面积设置。

如图2所示，光源20的非极化光L1入射至第一极化偏光元件24后，被第一极化偏光元件24分离为一第一极化光L_S1及一第二极化光L_P1。第一极化光L_S1例如是一水平偏振光，第二极化光L_P1例如是一垂直偏振光。如图2所示，第二极化光L_P1可以穿透第一极化偏光元件24以继续入射至导光棒26，且经由导光棒26的第一端261入射至微结构2651表面，第二极化光L_P1接着被微结构2651反射至出光区265a以出光。由于微结构2651表面为镜面镀膜或光滑面，第二极化光L_P1受到微结构2651反射时，不会被微结构2651解偏振。也就是说，第二极化光L_P1在出光时，其偏光极性不会受到微结构2651的影响而改变，可以维持例如一垂直偏振光。

请继续参考图2，在此实施例中，第一反射腔体22的表面221为一非镜反射面，或其他具有解除偏振光的偏光极性的特殊聚碳酸酯(PC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑胶板。第一极化光L_S1经第一极化偏光元件24反射至第一反射腔体22的表面221后，解偏振为一非极化光L2。也就是说，第一极化光L_S1经第一反射腔体22的表面221的反射后，会解偏振为具非特定电场振荡方向的非极化光L2。非极化光L2接着入射至第一极化偏光元件24后，又被分离为一第四极化光L_S2与一第五极化光L_P2。第四极化光L_S2与第一极化光L_S1的偏光极性相同，第五极化光L_P2与第二极化光L_P1的偏光极性相同。

在此实施例中，仅有第五极化光L_P2可以穿过第一极化偏光元件24，并入射至导光棒26的微结构2651表面，且第五极化光L_P2接着被微结构2651反射至出光区265a以出光，微结构2651并不会改变第五极化光L_P2的偏光极性，使得出光的第五极化光L_P2维持为一垂直偏振光。另外，第四极化光L_S2会被第一极化偏光元件24反射至第一反射腔体22，第四极化光L_S2接着会被第一反射腔体22的表面221解偏振，如此重复地回收利用被第一极化偏光元件24反射的水平偏振光，以降低因为第一极化偏光元件24滤掉部分的光线而造成照度减少的缺点，进而提高防眩光照明模块2的发光效率。照明模块2可以包括一镜反射片28设置于导光棒26的第二端263，以防止光线从导光棒26的第二端263漏光。值得注意的是，镜反射片28的材质必须为不会使极化光解偏振的光滑材质，例如与微结构2651表面相同的镀膜镜面材质。

综上所述，通过将第一极化偏光元件24设置在具有极化维持的导光棒26旁，并通过于导光棒26底部设置具有极化维持的微结构，可使得点光源转换成广泛的面光源，且具有防眩功能。更重要的是，由于本实施例的第一极化偏光元件24的表面积，实质上仅需要与反射腔体22的开口的表面积或导光棒26的第一端261的端面的表面积相等，因而可以大幅节省第一极化偏光元件24的材料成本。于此所述的第一极化偏光元件24的表面积与反射腔体22的开口的表面积或导光棒26的第一端261的端面的表面积实质上相等，考虑到因为制作工艺公差的因素，表面积的大小涵盖到本领域现有技艺者所可以理解的误差范围。再者，通过特殊的第一极化偏光元件24进一步再搭配具有去极化功能的反射腔体22，还可重复地回收利用被极化偏光元件24反射的水平偏振光，以降低因为第一极化偏光元件24滤掉部分的光线而造成照度减少的缺点，进而照明模块2的发光效率。

请参考图3，其绘示依照本发明一另一实施例的照明模块3的剖面图。如图3所示，照明模块3包括一光源30、一反射腔体32、一第一极化偏光元件34、一导光棒36及一镜反射片38。反射腔体32包括一表面321，例如一非镜反射面。导光棒36具有一第一端361、一第二端363及一柱状体365。反射腔体32套设于导光棒36的第一端361，光源30设置于导光棒36的第一端361与反射腔体32之间。柱状体365包括一出光区365a及一反射区365b，反射区365b具有多个微结构3651。

于此实施例的光源30、反射腔体32、第一极化偏光元件34及镜反射片38，与图2的照明模块2的对应元件相同，微结构3651的表面材质与微结构2651的表面材质相同。此外，可以使用与第一反射腔体22的表面221相同的材质作为第一反射腔体32的表面321的材质，于此将不再赘述上述元件的细节特征。另外，于此实施例的第一极化光L_S1、第二极化光L_P1、第四极化光L_S2及第五极化光L_P2的作用方式与图2的实施例所示相同，于此将不再赘述。

值得注意的是，于此实施例中，反射区365b的微结构3651并非均匀地设置于导光棒36底部。由于光源30设置于导光棒36的第一端361，因此，微结构3651的排列间距由导光棒36的第一端361向导光棒的第二端363逐渐密集地排列。也就是说，反射区365b越接近导光棒36的第一端361的区域(越靠近光源30的位置)，其微结构3651的排列间距较疏散。相对地，反射区365b越接近导光棒36的第二端363的区域(越远离光源30的位置)，其微结构3651的排列间距较紧密。于此实施例中，通过微结构3651由导光棒36的第一端361向导光棒的第二端363逐渐密集地排列，使得光源30入射至微结构3651以反射至出光面365a时，可以更均匀地出光。此外，微结构3651的排列间距可以依据导光棒36的长度以及微结构3651与光源30的距离作适当的调整，以发挥最佳的均匀出光的效果。

在此实施例中，通过第一极化偏光元件34及反射腔体32的设置，可以重复地回收利用第一极化光L_S1(例如一水平偏振光)，将易造成眩光的水平偏振光解偏振后再重新反射至第一极化偏光元件34，以不断地分离出不易造成眩光的第二极化光L_P1(例如一垂直偏振光)。并且，通过微结构3651的疏密设置，可以均匀地将不易造成眩光的第二极化光L_P1导光至出光区365a以出光。如此一来，可以降低因为第一极化偏光元件34滤掉部分的光线而造成照度减少的缺点，提高防眩光照明模块3的发光效率，并且使得出光区365a的出光亮度均匀分布。

请接着参考图4，其绘示依照本发明一又一实施例的照明模块4的剖面图。如图4所示，照明模块4包括一第一光源40-1、一第一反射腔体42-1、一第一极化偏光元件44-1、一第二光源40-2、一第二反射腔体42-2、一第二极化偏光元件44-2及一导光棒46。第一反射腔体42-1具有一表面421-1，第二反射腔体42-2具有一表面421-2，表面421-1与表面421-2的材质相同，例如一非镜反射面。导光棒46具有一第一端461、一第二端463及一柱状体465。第一反射腔体42-1套设于导光棒46的第一端461，第二反射腔体42-2套设于导光棒46的第二端463。第一光源40-1设置于导光棒46的第一端461与第一反射腔体42-1之间，第二光源40-2设置于导光棒46的第二端463与第二反射腔体42-2之间。柱状体465包括一出光区465a及一反射区465b，反射区465b具有多个微结构4651。

于此实施例的第一光源40-1与第二光源40-2相同、第一反射腔体42-1与第二反射腔体42-2相同、第一极化偏光元件44-1与第二极化偏光元件44-2相同。并且，上述的元件与图2、图3的照明模块2及照明模块3的对应元件相同，微结构4651的表面材质与微结构2651的表面材质相同。并且，第一光源40-1的非极化光L1入射至第一极化偏光元件44-1之后，以及光源40-2的非极化光L1’入射至第一极化偏光元件44-2之后的光学路径及原理，与图2所示的光学路径及原理相同。于此实施例的第一极化光L_S1、另一第一极化光L_S1’、第二极化光L_P1、另一第二极化光L_P1’、第四极化光L_S2、另一第四极化光L_S2’、第五极化光L_P2及另一第五极化光L_P2′的作用方式与图2的实施例所示相同，于此将不再赘述其细节特征。

值得注意的是，于此实施例中，反射区465b的微结构4651并非均匀地设置于导光棒46底部。由于第一光源40-1设置于导光棒46的第一端461，第二光源40-2设置于导光棒46的第二端463，因此，微结构4651的排列间距于导光棒46的第一端461及导光棒的第二端463靠近光源处疏散地排列，且于导光棒46的中央部位远离光源处紧密地排列。通过微结构4651由导光棒46的第一端461及第二端463朝向导光棒46的中央部位逐渐密集地排列，使得光源40-1及光源40-2的入射光入射至微结构4651以反射至出光面465a时，可以更均匀地出光。此外，微结构4651的排列间距可以依据导光棒46的长度以及微结构4651与光源40-1及光源40-2的距离作适当的调整，以发挥最佳地均匀出光效果。

请继续参考图4，于此实施例中，第一极化光L_S1及另一第一极化光L_S1’例如一水平偏振光，第二极化光L_P1及另一第二极化光L_P1’例如一垂直偏振光。并且，第四极化光L_S2及另一第四极化光L_S2’与第一极化光L_S1的偏光极性相同，第五极化光L_P2及另一第五极化光L_P2’与第二极化光L_P1的偏光极性相同。由于微结构4651表面为镜面镀膜或光滑面，第二极化光L_P1及另一第二极化光L_P1’受到微结构4651反射时，不会被微结构4651解偏振。而且，第五极化光L_P2及另一第五极化光L_P2’受到微结构4651反射时，并不会被微结构4651解偏振，使得出光的第二极化光L_P1、另一第二极化光L_P1’、第五极化光L_P2及另一第五极化光L_P2’维持为一垂直偏振光。

于此实施例中，第四极化光L_S2及另一第四极化光L_S2’会分别被第一极化偏光元件44-1及第二极化偏光元件44-2反射至第一反射腔体42-1及第二反射腔体42-2。第四极化光L_S2及另一第四极化光L_S2’接着分别被第一反射腔体42-1的表面421-1及第二反射腔体42-2的表面421-2解偏振后，可以分别再入射至第一极化偏光元件44-1及第二极化偏光元件44-2。通过如此重复地回收利用被第一极化偏光元件44-1及第二极化偏光元件44-2反射的水平偏振光，可以降低因第一极化偏光元件44-1及第二反射腔体42-2滤掉的光线而造成照度减少的缺点，进而提高防眩光照明模块4的发光效率。

综上所述，在此实施例中，通过第一极化偏光元件44-1、第二极化偏光元件44-2、第一反射腔体42-1及第二反射腔体42-2的设置，将容易造成眩光的水平偏振光解偏振后再分别重新地反射至第一极化偏光元件44-1及第二极化偏光元件44-2，以分离出不易造成眩光的第二极化光L_P1及另一第二极化光L_P1’(例如一垂直偏振光)。并且，通过微结构4651的疏密设置，可以均匀地将不易造成眩光的第二极化光L_P1及另一第二极化光L_P1’，导光至出光区465a出光，使得出光区465a的出光亮度均匀分布。

综上所述，本发明上述实施例的照明模块，利用特殊的极化偏光元件以分离容易造成眩光的第一极化光及不易造成眩光的第二极化光。此外，通过反射区域的微结构的间隔调整，可以使通过极化偏光元件的第二极化光均匀地反射出光。并且，通过反射腔体的设置，可以回收并再利用被极化偏光元件反射的第一极化光。另外，由于具有极化偏光特性的光学薄膜通常价格昂贵，本发明上述实施例的照明模块，仅需使用与反射腔体的开口实质上相同面积或与导光棒的端面实质上相同面积的极化偏光元件，即可以达到阻挡易造成眩光的第一极化光而使不易造成眩光的第二极化光出光，改善因为极化偏光元件滤掉部分的光线而造成照度减少的缺点，提高防眩光照明模块的发光效率，并使得出光区的出光亮度均匀分布的优点。

当然，如不考虑发光效率，上述实施例的极化偏光元件，也可采用非反射型的分光装置，例如一般的偏光片，如此也可达到防眩面光源的目的。另外，上述实施例的反射腔体也可省去不设，例如光源可贴近导光棒或设置在导光棒的凹槽内。

综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以所附的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种照明模块，包括：

导光棒，为一极化维持导光体，该导光棒包括第一端、第二端及柱状体，该柱状体设置于该第一端与该第二端之间，该柱状体包括出光区及反射区，该反射区具有多个微结构；

第一光源，位于该导光棒的该第一端旁；以及

第一极化偏光元件，设置于该导光棒的该第一端与该第一光源之间，其中，该第一光源的光入射至该第一极化偏光元件后，分离为第一极化光及第二极化光，该第一极化光与该第二极化光的极化特性不同，该第二极化光穿过该第一极化偏光元件并入射至该些微结构后，反射为一第三极化光以通过该出光区出光，该第三极化光与该第二极化光的极化特性相同。

2.如权利要求1所述的照明模块，还包括第一反射腔体，套设于该导光棒的该第一端，该第一光源位于该第一反射腔体内，该第一反射腔体为一去极化反射腔体，该第一极化光经该第一极化偏光元件反射至该第一反射腔体后，解偏振为一非极化光，该非极化光入射至该第一极化偏光元件后，被分离为一第四极化光与一第五极化光，该第四极化光与该第一极化光的极化特性相同，该第五极化光与该第二极化光的极化特性相同。

3.如权利要求1所述的照明模块，其中该些微结构包括多个多边形结构。

4.如权利要求1所述的照明模块，其中该些微结构的表面为光滑面或镜面。

5.如权利要求1所述的照明模块，其中该些微结构的排列间距，由该导光棒的该第一端向该导光棒的该第二端渐密。

6.如权利要求2所述的照明模块，其中还包括：

第二光源，位于该导光棒的该第二端旁；以及

第二极化偏光元件，设置于该导光棒的该第二端及该第二光源之间，其中，该第二光源的光入射至该第二极化偏光元件后，分离为另一第一极化光及另一第二极化光，该另一第一极化光与该另一第二极化光的极化特性不同，该另一第二极化光穿过该第二极化偏光元件并入射至该些微结构后，反射为另一第三极化光以通过该出光区出光，该另一第二极化光与该另一第三极化光的极化特性相同。

7.如权利要求6所述的照明模块，还包括第二反射腔体，套设于该导光棒的该第二端，该第二光源位于该第二反射腔体内，该第二反射腔体为一去极化反射腔体，该另一第一极化光经该第二极化偏光元件反射至该第二反射腔体后解偏振为另一非极化光，该另一非极化光入射至该第二极化偏光元件后，被分离为另一第四极化光与一另一第五极化光。

8.如权利要求6所述的照明模块，其中该些微结构的排列间距，由该导光棒的该第一端及该导光棒的该第二端渐密向该导光棒的中央渐密。

9.如权利要求1所述的照明模块，还包括一镜反射片，设置于该导光棒的该第二端。

10.如权利要求1所述的照明模块，其中该柱状体的该出光区具有第一表面积，该第一极化偏光元件具有第二表面积，该第一表面积大于该第二表面积。

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