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TW201426036A - 導光元件與應用此導光元件之光源裝置 - Google Patents

導光元件與應用此導光元件之光源裝置 Download PDF

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TW201426036A
TW201426036A TW101149535A TW101149535A TW201426036A TW 201426036 A TW201426036 A TW 201426036A TW 101149535 A TW101149535 A TW 101149535A TW 101149535 A TW101149535 A TW 101149535A TW 201426036 A TW201426036 A TW 201426036A
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Wei-Hsuan Chen
Kai-Chun Yang
Yuan-Chen Chung
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Radiant Opto Electronics Corp
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract

一種導光元件與應用此導光元件之光源裝置。此導光元件包含主體。主體具有出光面、底面以及側面。側面係位於底面和出光面之間。底面係相對於出光面。主體具有錐狀鏤空部，此錐狀鏤空部包含底端部和頂端部。底端部係位於主體之底面，且具有第一鏤空截面積。頂端部係相對於底端部，且具有第二鏤空截面積。第二鏤空截面積係小於第一鏤空截面積。光源裝置包含上述導光元件以及發光二極體。此發光二極體係鄰設於錐狀鏤空部之底端部，以透過底端部來發射光線至錐狀鏤空部內。

Description

導光元件與應用此導光元件之光源裝置
本發明是有關於一種導光元件與應用此導光元件之光源裝置，特別是有關於一種可均勻化光線之導光元件與應用此導光元件之光源裝置。
光源裝置在人類的生活中扮演了重要的角色，舉凡各種建築物、交通工具或是裝飾品，皆可見到其應用。對於人類而言，光源裝置已不僅是一種提供照明的工具而已，光源裝置對於人類的生活具有強大的影響力。
目前常見的光源裝置包含有白熾燈、螢光燈和發光二極體(LED)燈等等...。傳統的白熾燈係將鎢絲通電，以產生高熱發光來進行照明。然而這種發光方式非常耗電，使得白熾燈漸漸被螢光燈所取代。
螢光燈係利用施加高電壓於電極上來發射電子，使得電子撞擊水銀蒸氣之原子，產生電離和激發現象。當水銀蒸氣原子從激發狀態回到原始狀態時，會發出波長為253.7奈米(nm)之電磁波，此波長屬於人眼不可見光之範圍。因此，再利用各種不同之螢光物質來吸收此電磁波並將其轉換為可見光，即可使螢光燈發出各種不同的顏色。
雖然螢光燈具有比白熾燈更好的發光效率，但由於內含汞蒸氣，在提倡環保節能的現代社會中，人們仍極思開發新的省電及符合環保需求的發光裝置來取代螢光燈，也因此，發光二極體照明模組被開發出來，並被人們寄予厚 望。發光二極體在一適當的順向偏壓下，電子、電洞會被分別注入N、P兩端，接著電洞電子便會在P/N界面區域結合而使得發光二極體發光。此係因電子由高能量狀態掉回低能量狀態與電洞結合，將能量以光的形式釋放出來。
發光二極體具有比螢光燈更好的發光效率，因此在節能方面的表現也超越螢光燈。然而，由於發光二極體的光線具有很高的方向性，因此應用發光二極體之光源裝置的光均勻性通常很差。
因此，需要一種新的導光元件與應用此導光元件之光源裝置，以提供較均勻之光線。
本發明之一方面是在提供於一種導光元件與應用此導光元件之光源裝置。此導光元件具有錐狀鏤空部，此錐狀鏤空部可均勻發光二極體之光線，以使應用此導光元件之光源裝置提供較高均勻度之光線。
根據本發明之一實施例，此導光元件包含主體。主體具有出光面、底面以及側面，其中側面係位於底面和出光面之間，底面係相對於出光面。主體具有錐狀鏤空部，此錐狀鏤空部係用以接收外部光線且包含底端部和頂端部。底端部係位於主體之底面，且具有第一鏤空截面積。頂端部係相對於底端部，且具有第二鏤空截面積，其中第二鏤空截面積係小於第一鏤空截面積。
根據本發明之另一實施例，此光源裝置包含導光元件和發光二極體。此導光元件包含主體。主體具有入光面、 出光面、底面以及側面，其中側面係位於底面和出光面之間，底面係相對於出光面，側面係鄰接於底面。主體具有錐狀鏤空部，此錐狀鏤空部係用以接收外部光線且包含底端部和頂端部。底端部係位於主體之底面，且具有第一鏤空截面積。頂端部係相對於底端部，且具有第二鏤空截面積，其中第二鏤空截面積係小於第一鏤空截面積。發光二極體係鄰設於錐狀鏤空部之底端部，以透過底端部來發射光線至錐狀鏤空部內。
由上述說明可知，本發明實施例之導光元件係利用錐狀鏤空部來折射及擴散光線，以將發光二極體之光線均勻地射出，如此應用此導光元件之光源裝置亦可提供較均勻之光線。
請同時參照第1圖和第1a圖，第1圖係繪示根據本發明實施例之光源裝置100的垂直剖面結構示意圖，第1a圖係繪示根據本發明實施例之錐狀鏤空部H1之剖面結構示意圖。光源裝置100包含導光元件110與發光二極體120。本實施例之光源裝置100係使用發光二極體120來作為發光源，但本發明之實施例並不受限於此。發光二極體120具有發光面120a，以藉由發光面120a射出光線至導光元件110。
導光元件110之主體具有出光面114、底面116以及側面112、118，其中側面112、118係位於出光面114和底面116之間，底面116係相對於出光面114。在本 實施例中，出光面114具有微結構，以使導光元件110內的光線從出光面114射出，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明其他實施例中，底面116也可具有微結構來使導光元件100內的光線從底面116射出，以提供兩個照明方向。另外，雖然本實施例之導光元件110具有兩個側面，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，導光元件可僅具有一個側面，例如圓形導光元件。
導光元件主體具有錐狀鏤空部H1，此錐狀鏤空部H1具有底端部BH1和頂端部TH1。底端部BH1係位於導光元件110之底面116，而頂端部TH1則靠近導光元件110之出光面114，並相對於底端部BH1。錐狀鏤空部H1之頂端部TH1具有直徑r1，而底端部BH1具有直徑r2，其中r2大於r1，意即頂端部TH1之鏤空部份的水平截面積係小於底端部BH1之鏤空部份的水平截面積。在本實施例中，錐狀鏤空部H1之側壁之剖面形狀為曲線C1，且此曲線C1係由複數條直線CL1和CL2所構成，其中直線CL1和CL2之斜率可為漸增、漸減或任意排列。另外，錐狀鏤空部H1之頂角θ(角錐張開的角度)係介於20度至65度之間。
發光二極體120係鄰設於錐狀鏤空部H1之底端部BH1，以透過底端部BH1來發射光線至錐狀鏤空部H1內。請參照第1b圖，其係繪示根據本發明實施例之發光二極體光線在導光元件中的路徑，其中虛線代表發光二極體光線在導光元件110內的路徑。從第1b圖可了解，當 發光二極體120之光線進入錐狀鏤空部H1後，發光二極體120之光線可透過錐狀鏤空部H1之側壁以不同角度進入導光元件中，如此可使發光二極體120之光線均勻地從導光元件110之出光面114發射至外部。
由上述說明可知，本發明實施例之導光元件110係利用錐狀鏤空部H1來均勻化發光二極體之光線，如此本發明實施例之光源裝置100即可提供均勻的光線。
請同時參照第2圖和第2a圖，第2圖係繪示根據本發明實施例之光源裝置200的垂直剖面結構示意圖，第2a圖係繪示根據本發明實施例之錐狀鏤空部H2之立體結構示意圖。光源裝置200包含導光元件210與發光二極體120。導光元件210係類似於導光元件110，但不同之處在於導光元件210具有錐狀鏤空部H2。
此錐狀鏤空部H2具有底端部BH2和頂端部TH2。底端部BH2係位於導光元件210之底面116，而頂端部TH2則靠近導光元件210之出光面114，並相對於底端部BH2。錐狀鏤空部H2之頂端部TH2具有直徑r1，而底端部BH2具有直徑r2，其中r2大於r1，意即頂端部BH2之鏤空部份的水平截面積係小於頂端部TH2之鏤空部份的水平截面積。
在本實施例中，錐狀鏤空部H2為多邊形圓錐狀，但本發明之實施例並不受限於此。在本發明之其他實施例中，錐狀鏤空部可為多邊形圓錐狀，且其側壁之剖面形狀可為曲線或直線C1。另外，錐狀鏤空部H2亦具有頂角θ。另外，底端部BH1跟頂端部TH1的橫截面形狀可 相同或不相同。
發光二極體120係鄰設於錐狀鏤空部H2之BH2，以透過底端部來發射BH2光線至錐狀鏤空部H2內。當發光二極體120之光線進入錐狀鏤空部H1後，發光二極體120之光線可透過錐狀鏤空部H1之側壁以不同角度進入導光元件中，如此可使發光二極體120之光線均勻地從導光元件110之出光面114發射至外部。
由上述說明可知，本發明實施例之導光元件210係利用錐狀鏤空部H2來均勻化發光二極體之光線，如此本發明實施例之光源裝置200即可提供均勻的光線。
請參照第3圖，其係繪示根據本發明實施例之光源裝置300的垂直剖面結構示意圖。光源裝置300包含導光元件310與發光二極體120。導光元件310係類似於導光元件110，但不同之處在於導光元件210具有錐狀鏤空部H3。
此錐狀鏤空部H3具有底端部BH3和頂端部TH3。底端部BH3係位於導光元件310之底面116，而頂端部TH3則靠近導光元件310之出光面114，並相對於底端部BH3。錐狀鏤空部H3之頂端部TH3具有直徑r1，而底端部BH3具有直徑r2，其中r2大於r1，意即頂端部BH3之鏤空部份的水平截面積係小於頂端部TH3之鏤空部份的水平截面積。
請參照第3a圖，其係繪示根據本發明實施例之錐狀鏤空部H3之剖面結構示意圖。在本實施例中，錐狀鏤空部H3之側壁之剖面形狀為曲線C2。曲線C2上之目標點P與底端部BH3中心點Q係形成直線L。直線L與底端部 BH3之間距有夾角α。當夾角α的角度增加時，目標點P所對應的切線斜率也會隨之增加。意即，曲線C2上之目標點P的斜率係隨著目標點P高度增加而隨著增加，進而形成如第3a圖之曲線C2的形狀。
發光二極體120係鄰設於錐狀鏤空部H3之BH3，以透過底端部來發射BH3光線至錐狀鏤空部H3內。當發光二極體120之光線進入錐狀鏤空部H3後，發光二極體120之光線可透過錐狀鏤空部H3之側壁以不同角度進入導光元件中，如此可使發光二極體120之光線均勻地從導光元件110之出光面114發射至外部。
由上述說明可知，本發明實施例之導光元件310係利用錐狀鏤空部H3來均勻化發光二極體之光線，如此本發明實施例之光源裝置300即可提供均勻的光線。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光源裝置
110‧‧‧導光元件
112‧‧‧側面
114‧‧‧出光面
116‧‧‧底面
118‧‧‧側面
120‧‧‧發光二極體
120a‧‧‧出光面
200‧‧‧光源裝置
210‧‧‧導光元件
300‧‧‧光源裝置
310‧‧‧導光元件
H1‧‧‧錐狀鏤空部
BH1‧‧‧底端部
TH1‧‧‧頂端部
H2‧‧‧錐狀鏤空部
BH2‧‧‧底端部
TH2‧‧‧頂端部
H3‧‧‧錐狀鏤空部
BH3‧‧‧底端部
TH3‧‧‧頂端部
C1‧‧‧曲線
C2‧‧‧曲線
θ‧‧‧頂角
Q‧‧‧底端部中心點
L‧‧‧連線
α‧‧‧夾角
P‧‧‧目標點
r1、r2‧‧‧直徑
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖係繪示根據本發明實施例之光源裝置的垂直剖面結構示意圖。
第1a圖係繪示根據本發明實施例之錐狀鏤空部之剖面結構示意圖。
第1b圖係繪示根據本發明實施例之發光二極體光線在導光元件中的路徑。
第2圖係繪示根據本發明實施例之光源裝置的垂直剖面結構示意圖。
第2a圖係繪示根據本發明實施例之錐狀鏤空部之立體結構示意圖。
第3圖係繪示根據本發明實施例之光源裝置的垂直剖面結構示意圖。
第3a圖係繪示根據本發明實施例之錐狀鏤空部之剖面結構示意圖。
100‧‧‧光源裝置
110‧‧‧導光元件
112‧‧‧側面
114‧‧‧出光面
116‧‧‧底面
118‧‧‧側面
120‧‧‧發光二極體
120a‧‧‧出光面
H1‧‧‧錐狀鏤空部
BH1‧‧‧底端部
TH1‧‧‧頂端部
C1‧‧‧曲線
θ‧‧‧頂角

Claims (10)

  1. 一種導光元件，包含：一主體，具有一出光面、一底面以及一側面，其中該側面係位於該底面和該出光面之間，該底面係相對於該出光面，該主體具有一錐狀鏤空部，該錐狀鏤空部係用以接收外部光線且包含：一底端部，位於該主體之該底面，且具有一第一鏤空截面積；以及一頂端部，相對於該底端部，且具有一第二鏤空截面積，其中該第二鏤空截面積係小於該第一鏤空截面積。
  2. 如申請專利範圍1項所述之導光元件，其中該錐狀鏤空部為多邊形圓錐狀。
  3. 如申請專利範圍1項所述之導光元件，其中該錐狀鏤空部之一側壁之剖面為一曲線，而該曲線係由複數條直線所構成。
  4. 如申請專利範圍1項所述之導光元件，其中該錐狀鏤空部之該底端部具有一中心點，該錐狀鏤空部之一側壁之剖面為一曲線，該中心點與該曲線上之一目標點之連線與該底端部間具有一夾角，該目標點所對應之一斜率係隨著該夾角之角度增加而增加。
  5. 如申請專利範圍1項所述之導光元件，其中該錐狀 鏤空部之該頂端部具有一夾角，該夾角係介於20度至65度之間。
  6. 一種光源裝置，包含：一導光元件，包含一主體，具有一出光面、一底面以及一側面，其中該側面係位於該底面和該出光面之間，，該底面係相對於該出光面，該主體具有一錐狀鏤空部，該錐狀鏤空部係用以接收外部光線且包含：一底端部，位於該主體之該底面，且具有一第一鏤空截面積；以及一頂端部，相對於該底端部，且具有一第二鏤空截面積，其中該第二鏤空截面積係小於該第一鏤空截面積；以及一光源，鄰設於該錐狀鏤空部之該底端部，以透過該錐狀鏤空部來發射一光線至該主體內。
  7. 如申請專利範圍6項所述之光源裝置，其中該導光元件之該錐狀鏤空部為多邊形圓錐狀。
  8. 如申請專利範圍6項所述之光源裝置，其中該錐狀鏤空部之一側壁之剖面為一曲線，而該曲線係由複數條直線所構成。
  9. 如申請專利範圍6項所述之光源裝置，其中該錐狀鏤空部之該底端部具有一中心點，該錐狀鏤空部之一側壁之剖面為一曲線，該中心點與該曲線上之一目標點之 連線與該底端部間具有一夾角，該目標點所對應之一斜率係隨著該夾角之角度增加而增加。
  10. 如申請專利範圍6項所述之光源裝置，其中該錐狀鏤空部之該頂端部具有一夾角，該夾角係介於20度至65度之間。
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