CN102313248B

CN102313248B - 导光圆柱

Info

Publication number: CN102313248B
Application number: CN 201010224375
Authority: CN
Inventors: 叶志庭; 黄国瑞; 李修平
Original assignee: Wintek Corp
Current assignee: Wintek Corp
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: CN102313248A

Abstract

本发明涉及一种导光圆柱，其包括一圆柱状体以及一辅助体，圆柱状体包括两端面以及一圆柱面，两端面位于圆柱面的相对两侧，而圆柱面包括实质上相对的一出光区以及一导光区；辅助体镶嵌于圆柱状体中，辅助体邻近导光区，且辅助体具有多个微结构。辅助体的折射率不同于圆柱状体的折射率。本发明的导光圆柱有助于提高使用导光圆柱的设备的出光均匀性。

Description

导光圆柱

技术领域

本发明涉及一种导光元件，尤其涉及一种圆柱状的导光圆柱。

背景技术

随着半导体技术的进步，发光二极管(light-emitting diode，简称为：LED)所能达到的功率越来越大，且所发出的光的强度越来越高，再加上发光二极管具有省电、使用寿命长、环保、启动快速、体积小等多种优点，使得发光二极管的应用层面越来越广。此应用层面包括照明、交通标志、显示器、光学鼠标等。

然而，由于发光二极管是点光源，随着发光强度越来越高，会使得强度极高的光都集中在一点上。当这样的点光源用于一般照明用途时，容易使得直视此点光源的人眼感到不舒服，即产生眩光。一般而言，欲提升视觉舒适性，可将导光元件放置于发光二极管前，以均匀地分散光源而作为照明的用途。

在照明用途的应用上，常使用导光柱作为分散光源的导光元件，以将点光源转换成为线光源。其中，导光圆柱的设计将关系着照明设备的光学效果。

发明内容

本发明提供一种导光圆柱，有助于均匀地分散光线。

本发明另提供一种导光圆柱，可提高光利用率。

本发明提供一种导光圆柱，包括一圆柱状体以及一辅助体。圆柱状体包括两端面以及一圆柱面，两端面位于圆柱面的相对两侧，而圆柱面包括实质上相对的一出光区以及一导光区。辅助体镶嵌于圆柱状体中，辅助体邻近导光区，且辅助体具有多个微结构。辅助体的折射率不同于圆柱状体的折射率。

本发明另提供一种导光圆柱，其包括一圆柱状体。圆柱状体包括两端面以及一圆柱面，两端面位于圆柱面的相对两侧，而圆柱面包括实质上相对的一出光区以及一导光区。在导光圆柱平行两端面的一横剖面中，出光区的一轮廓为折曲状且包括多条直线段。任两条相邻的直线段的延伸方向不同，以定义出多个指向外部的凸角以及多个指向内部的凹角。在导光圆柱平行两端面的一横剖面中，当导光区的中心点与出光区的中心点定义出一第一连线，出光区的轮廓上的一第一点与导光区的中心点的一第二连线与第一连线相交一第一夹角，出光区的轮廓上的一第二点与导光区的中心点的一第三连线与第二连线相交一第二夹角，且第一夹角自25度至35度而第二夹角自45度至50度时，位在第一点与第二点之间的凸角小于位在第一点与第二点之间的凹角，且凸角自140度至155度，而凹角自140度至160度。

基于上述，本发明通过在导光圆柱的圆柱状体中嵌入一具有微结构的辅助体，导光圆柱可以将光线导引至不同的方向而射出，因此提高使用导光圆柱的设备的出光均匀性。此外，本发明的导光圆柱的出光区具有折曲状的轮廓，且折曲的线段与导光圆柱的主要出光方向呈现特定的关系。所以，本发明的导光圆柱有助于提高光线利用效率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A为本发明的一实施例的导光圆柱的透视示意图。

图1B为图1A的导光圆柱沿剖线I-I’的剖面示意图。

图2A为本发明的另一实施例的导光圆柱的透视示意图。

图2B为图2A的导光圆柱沿剖线II-II’的剖面示意图。

图3为本发明的又一实施例的导光圆柱的透视示意图。

图4为本发明的一实施例的导光圆柱平行两端面的一横剖面示意图。

图5为本发明的另一实施例的导光圆柱平行两端面的一横剖面示意图。

主要元件符号说明：

110：圆柱状体； 112：端面；

114：圆柱面； 114A、414A、514A：出光区；

114B、414B、514B：导光区； 120、320、420：辅助体；

122、322：微结构； 130、230、430、530：反射层；

416、516：直线段； 416A、516A：凸角；

416B、516B：角； 418：弧线段；

C1、C2：中心点； I-I’、II-II’：剖线；

L1：第一连线； L2：第二连线；

L3：第三连线； P1：第一点；

P2：第二点； θ1：第一夹角；

θ2：第二夹角；

100、200、300、400、500：导光圆柱。

具体实施方式

图1A为本发明的一实施例的导光圆柱的透视示意图，而图1B为图1A的导光圆柱沿剖线I-I’的剖面示意图。请同时参照图1A与图1B，导光圆柱100包括一圆柱状体110以及一辅助体120。圆柱状体110包括两端面112以及一圆柱面114，其中图1B所示的剖面例如平行于两端面112。两端面112位于圆柱面114的相对两侧，而圆柱面114包括实质上相对的一出光区114A以及一导光区114B。在本实施例中，圆柱状体110以正圆形的柱状体为例，不过在其他的实施方式中圆柱状体110也可以是椭圆状的柱状体，即两端面112也可以具有椭圆形的轮廓，或是近似圆形的柱状体。辅助体120镶嵌于圆柱状体110中，辅助体120邻近导光区114B，且辅助体120具有多个微结构122。此外，辅助体120的折射率不同于圆柱状体110的折射率。

导光圆柱100应用于一照明设备或是一发光装置时，点光源(未示出)可以设置于两端面112，而采用两端面112作为入光面。光线由两端面112入射导光圆柱100并在导光圆柱100中传递。此时，辅助体120的设置有助于将光线导引至不同的方向上，而使照明设备或是发光装置的出光均匀性更加提升。另外，除了微结构122有助于导引光线至不同行进方向外，辅助体120与圆柱状体110具有不同的折射率也有助于改变光线的行进路径。所以，辅助体120有助于提高导光圆柱100的导光作用以达到更理想的出光均匀性。

更进一步而言，导光圆柱100主要是导引入射的光线使光线均匀地由出光区114A射出。所以，本实施例还可以在相对于出光区114A的导光区114B附近配置一反射层130。反射层130的材质可以是具有镜面反射作用、漫射反射作用或是扩散式反射作用的材料。

本实施例的结构使得反射层130直接配置于辅助体120上。具体而言，反射层130配置于辅助体120远离出光区114A的一侧，而且辅助体120的微结构122配置于辅助体120接近于出光区114A的一侧。也就是说，导光圆柱100的制作方式可以是先将反射层130配置于辅助体120的一侧。然后，将辅助体120放置于一模具或是一模型中以将圆柱状体110、辅助体120以及反射层130同时地采用挤出成型或是双料射出成型的方式制作成导光圆柱100。当然，导光圆柱100的制作方式也可以采用其他的过程步骤及制作顺序，本发明并不限定于此。在其他的实施例中，反射层130还可以共形地配置于辅助体120的微结构122上或是直接配置于导光区114B的外侧。

举例而言，图2A为本发明的另一实施例的导光圆柱的透视示意图，而图2B为图2A的导光圆柱沿剖线II-II’的剖面示意图。请同时参照图2A与图2B，导光圆柱200与导光圆柱100的差异主要在于反射层230在导光圆柱200中是直接配置于圆柱状体110的导光区114B上。也就是说，反射层230并非贴附或是配置于辅助体120的外侧。也就是说，反射层230可以在圆柱状体110成型之后才贴附或是配置于圆柱状体110上，或是反射层230可以与圆柱状体110同时以射出或是挤出的方式成形。

值得一提的是，上述实施例的微结构122为条状的结构设计。不过，本发明并不特别地限制微结构122的形态。在一实施例中，微结构122的延伸方向也可以平行于导光圆柱100与导光圆柱200的延伸方向或是与导光圆柱100与导光圆柱200的延伸方向相交于特定的一夹角。另外，微结构122也可以是点状的凸起结构或是网点等有助于改变光线行进方向的结构设计。

举例而言，图3为本发明的又一实施例的导光圆柱的透视示意图。请参照图3，导光圆柱300与导光圆柱100的差异主要在于辅助体320的微结构322为点状的凸起结构。当然，微结构322呈现的形态仅为示意说明之用，在实际的结构上，每一个微结构322可以是圆柱状、金字塔状、角锥状、半圆球状、半椭圆球状等形态。此外，上述实施例中，微结构122以及微结构322为规则地排列，不过在实际的结构设计上，微结构122以及微结构322也可以呈现不规则地排列或是采用局部区域分布密较高而局部区域分布密度较低的方式排列。微结构122及微结构322的尺寸可以相同也可以不同。

此外，以上的实施例所揭示的结构都呈现辅助体120、辅助体320完全被圆柱状体110包覆的形状。不过，辅助体120、辅助体320也可以镶嵌于圆柱状体110的导光区114B外侧。也就是说，辅助体120、辅助体320远离微结构122、微结构322的一面可以暴露于外而仅有微结构122、微结构322镶嵌于圆柱状体110中。此时，反射层130、反射层230可以选择性地配置于辅助体120、辅助体320远离圆柱状体110的一侧或是共形地配置于微结构122、微结构322表面。

图4为本发明的一实施例的导光圆柱平行两端面的一横剖面示意图。请参照图4，导光圆柱400的横剖面中，出光区414A的轮廓为折曲状且出光区414A的轮廓包括多条直线段416以及多条弧线段418。此外，导光区414B上例如配置有反射层430。任两条相邻的直线段416的延伸方向不同，以定义出多个指向外部的凸角416A以及多个指向内部的凹角416B。也就是说，任两条相邻的直线段416的延伸方向不平行。各弧线段418配置于相邻两条直线段416之间并且弧线段418的凹向对应于凹角416B。

此外，凸角416A例如自140度至160度，而凹角416B也例如是自140度至160度。根据模拟计算的结果，将导光圆柱400的出光区414A轮廓设计为本实施例的形状时，应用此导光圆柱400的照明装置的平均发光效率可提升7.38％。也就是说，照明装置采用的导光圆柱在出光区具有平滑轮廓时所呈现的平均出光亮度低于采用导光圆柱400的照明装置。在出光均匀性的表现上，采用导光圆柱400的照明装置相较于采用导光圆柱在出光区具有平滑轮廓的照明装置提升约38.45％。此外，在漏光的比例上，采用导光圆柱400的照明装置相较于采用导光圆柱在出光区具有平滑轮廓的照明装置降低约44.34％。

出光区414A的轮廓结构可以应用于前述的导光圆柱100、导光圆柱200或导光圆柱300或其他变化实施例中以有助于提升光利用率以及出光均匀性等特性。也就是说，图4中所示的导光圆柱400中可以具有一辅助体420，其设计例如为前述的辅助体120或辅助体320或其他变化实施例。在此，辅助体420例如是镶嵌于导光圆柱400的圆柱状体(未示出)的外侧，而反射层430配置于辅助体420远离出光区414A的一侧。不过，辅助体420也可以完整地被圆柱状体(未示出)所包覆。同时，反射层430也可以配置于辅助体420接近出光区414A的一侧。

此外，出光区414A的轮廓也可以采用其他的形态以达到高光线利用率以及均匀出光效果的特点。举例而言，图5为本发明的另一实施例的导光圆柱平行两端面的一横剖面示意图。请参照图5，导光圆柱500具有彼此相对的出光区514A以及导光区514B，且导光圆柱500中配置有反射层530，其位在导光区514B中。当然，导光圆柱500还可具有镶嵌于内的辅助体(未示出)以提高其出光均匀性。

值得一提的是，在本实施例中，出光区514A的轮廓例如由多个直线段516所组成，且任何两相邻的直线段516彼此不平行。如此一来，这些直线段516将定义出多个指向外部的凸角516A以及多个指向内部的凹角516B。当然，相邻两直线段516之间可以采用一弧线段(未示出)连接。也就是说，凸角516A以及凹角516B可以是圆角或是尖角。

一般而言，光线被反射层530反射后将以不同的角度射出。一旦光线行进至直线段516的入射角恰为全反射临界角或是大于全反射临界角时，光线将被全反射而无法被应用。在本实施例中，导光区514B的中心点C2与出光区514A的中心点C1例如定义出一第一连线L1。当光线的行进路径与第一连线L1所夹角度越大，则此光线入射直线段516的角度越大，而越有可能发生全反射现象。因此，本实施例将出光区514A的轮廓中较有可能发生全反射现象的区域以一第一点P1以及一第二点P2定义出来。并且，本实施例提出以下原则来设置第一点P1以及第二点P2之间的凸角516A以及凹角516B以降低光线被全反射的机率。

详细而言，第一点P1与导光区514B的中心点C2的一第二连线L2相交第一连线L1于一第一夹角θ1，第二点P2与导光区514B的中心点C2的一第三连线L3相交第二连线L2于一第二夹角θ2。第一夹角θ1自25度至35度而第二夹角θ2自45度至50度时，位在第一点P1与第二点P2之间的凸角516A小于位在第一点P1与第二点P2之间的凹角516B，且在第一点P1与第二点P2之间，凸角516A自140度至155度，而凹角516B自140度至160度。由模拟计算可知，第一点P1以及第二点P2之间的凸角516A以及凹角516B以本实施例的原则配置时可有效降低光线被全反射的机率。

综上所述，本发明的导光圆柱综合有圆柱体以及辅助体。辅助体具有多个微结构而可增进导光圆柱的导光作用。此外，圆柱体以及辅助体具有不同的折射率，而可使光线在导光圆柱中的行进路径具有更多的变异性。如此一来，导光圆柱的出光均匀性可进一步地提升。更进一步而言，本发明的导光圆柱中出光区的轮廓可以为折曲状，以更加提升导光圆柱的光利用率以及出光均匀性。

虽然本发明已以实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作适当修改与等同替换，故本发明的保护范围应以权利要求书所界定的范围为准。

Claims

1.一种导光圆柱，其特征在于，包括：

一圆柱状体，所述圆柱状体包括两端面以及一圆柱面，所述两端面位于所述圆柱面的相对两侧，而所述圆柱面包括相对的一出光区以及一导光区；以及

一辅助体，镶嵌于所述圆柱状体中，所述辅助体邻近所述导光区，所述辅助体具有多个微结构，且所述辅助体的折射率不同于所述圆柱状体的折射率。

2.根据权利要求1所述的导光圆柱，其特征在于，还包括一反射层，直接配置于所述导光区上。

3.根据权利要求1所述的导光圆柱，其特征在于，还包括一反射层，配置于所述辅助体上。

4.根据权利要求1所述的导光圆柱，其特征在于，所述辅助体远离所述微结构的一面暴露于外而有所述微结构镶嵌于所述圆柱状体中或是完全被所述圆柱状体包覆。

5.根据权利要求1所述的导光圆柱，其特征在于，所述辅助体的所述多个微结构包括多个条状凸起、多个点状凸起或是多个网点。

6.根据权利要求1所述的导光圆柱，其特征在于，在所述导光圆柱平行所述两端面的一横剖面中，所述出光区的一轮廓为折曲状且包括多条直线段，任两条相邻的所述多条直线段的延伸方向不同，以定义出多个指向外部的凸角以及多个指向内部的凹角。

7.根据权利要求6所述的导光圆柱，其特征在于，所述出光区的所述轮廓还包括多条弧线段，各所述弧线段配置于相邻两条直线段之间并且所述多条弧线段的凹向对应于所述多个凹角。

8.根据权利要求6所述的导光圆柱，其特征在于，当所述导光区的中心点与所述出光区的中心点定义出一第一连线，所述出光区的所述轮廓上的一第一点与所述导光区的中心点的一第二连线与所述第一连线相交一第一夹角，所述出光区的所述轮廓上的一第二点与所述导光区的中心点的一第三连线与所述第二连线相交一第二夹角，且所述第一夹角自25度至35度而所述第二夹角自45度至50度时，位在所述第一点与所述第二点之间的所述多个凸角小于位在所述第一点与所述第二点之间的所述多个凹角，且所述多个凸角自140度至155度，而所述多个凹角自140度至160度。