CN103982799A - 侧向入光式环状发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧向入光式环状发光装置，其包括：一环状基板及一导光环。环状基板具有至少两个发光单元。导光环设置于环状基板上，且导光环具有一完整无缺口的环状本体及至少两个彼此相对应设置于环状本体的侧面的上的入光凸块。其中，每一个入光凸块具有一面向相对应的发光单元的入光面及一连接于入光面及环状本体之间的延伸面。采用这种侧向入光式环状发光装置，以达到提供无亮(暗)带之均匀环状光源的功效，且透过入光凸块的导引，可以有效解决现有技术中，环状光源的入光处容易发生漏光及眩光的问题。

Description

侧向入光式环状发光装置

技术领域

本发明系有关于一种环状发光装置，尤指一种侧向入光式环状发光装置。

背景技术

现今环形光源的应用非常广泛，例如汽车的后车灯、汽车的仪表板或是各式电子产品的操作面板的背光模块等。一般来说，现今常见的环形光源的多是由多个发光二极管与一导光圈所组成，而该些发光二极管对应设置于导光圈的下方，以直接将光束导入导光圈中，而使导光圈发亮，以形成环形光源。然，此种环形光源在实际应用中，存在有多种缺失，例如使用者容易直接看到由发光二极管所产的的亮点或是亮线，且各发光二极管间的区域容易产生暗区，而产生环形光源的各区域的亮度不均匀的问题。再者，发光二极管所射出的光束，透过导光圈的折射，而产生的折射光，在使用者观看时，容易发生眩光的问题。相关资料可参阅台湾专利证书号M460230所介绍之将多个发光二极管设置于完整圆环状导光圈下方的结构，以及台湾专利证书号M431282与台湾专利公开号201122369所介绍之非完整无缺口圆环状导光圈的结构。缘此，本发明人乃潜心研究并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效改善上述问题的本发明。

发明内容

本发明之目的在于提供一种侧向入光式环状发光装置，用以解决习知技术中，环状光源无法达到均匀出光以及在入光处容易发生眩光及漏光的问题。

为达上述目的，本发明于一实施方式中提供一种侧向入光式环状发光装置，其包括：一环状基板及一导光环。环状基板具有至少两个发光单元。导光环设置在环状基板上，且导光环具有一完整无缺的环状本体及至少两个彼此相对应设置在环状本体的侧面上的入光凸块。其中，每一个入光凸块具有一面向相对应的发光单元的入光面及一连接于入光面及环状本体之间的延伸面。

本发明更于另一实施方式中，在上述侧向入光式环状发光装置设有一透光盖，所述透光盖具有一上表面及一从所述上表面向内朝下延伸的倾斜面，且所述上表面与所述倾斜面的交接处在剖面上形成一转折点，其中所述导光环与所述透光盖两者的关系符合下列公式：D＞(h1+h2)/tanθ，且θ＝30°。其中D为所述发光单元的中心与所述转折点之间的水平距离，h1为所述透光盖的高度，h2为所述导光环的高度，θ为同时穿过所述发光单元的中心与所述转折点的联机与所述环状基板的上表面的夹角。

承前所述，本发明于又一实施方式中，在所述透光盖的部分所述上表面具有一形成于所述发光单元的正上方的不透光区域，所述透光盖具有一邻接所述不透光区域的透光区域，且所述透光区域由所述倾斜面及与所述倾斜面相邻的另一部分所述上表面所组成。此外，本发明于再一实施方式中，将前述透光区域设计为具有一颜色，且所述颜色异于所述发光单元所产生的光线颜色，以达改变侧向入光式环状发光装置之最终光线颜色之效。

值得注意的是，在本发明再一实施方式中，前述侧向入光式环状发光装置系由至少一发光二极管所实现，且所述发光单元发光面的截面积相等于所述入光面的表面积。承前所述，于本发明再另一实施方式中，所述延伸面连接于所述入光面与所述环状本体的一切点，且所述切点为所述入光面的一中心点的法线与所述环状本体两者的相切处。此外，于本发明再又一实施方式中，所述导光环的所述环状本体的径向宽度大于所述入光面的一半。

另一方面，从入光凸块的数量设计观之，本发明更于一实施方式中，定义所述环状本体的圆心与所述入光面邻接所述环状本体的接点之间的距离为一外圈半径，所述入光面与所述外圈半径之延长线的夹角为α，且α<π/2n，其中n为所述入光凸块的数量。

最后，从几何光学的计算对入光面之角度进行推敲，本发明复于一实施方式中定义所述环状本体的圆心与所述入光面邻接所述环状本体的接点之间的距离为一外圈半径，所述入光面与所述外圈半径之延长线的夹角为β，且cosβ≥(r-0.5d)/r，其中d是所述入光面的宽度，r是所述外圈半径的长度。

本发明的有益效果可以在于：藉由“导光环具有一完整无缺的环状本体及至少两个彼此相对应设置在环状本体的侧面上的入光凸块”及“每一个入光凸块具有一面向相对应的发光单元的入光面及一连接于入光面及环状本体之间的延伸面”，以达到提供无亮(暗)带之均匀环状光源的功效，且透过入光凸块的导引，可以有效解决习知技术中，环状光源的入光处容易发生漏光及眩光的问题。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明的侧向入光式环状发光装置的第一实施例的主视图。

图2为本发明的侧向入光式环状发光装置的第一实施例的剖面侧视图。

图3为本发明的侧向入光式环状发光装置的第一实施例的导光环的主视示意图。

图4为本发明的侧向入光式环状发光装置的第一实施例的导光环的另一主视示意图。

图5为本发明的侧向入光式环状发光装置的第二实施例的主视图。

图6为本发明的侧向入光式环状发光装置的第二实施例的第一剖面侧视图。

图7为本发明的侧向入光式环状发光装置的第二实施例的第二剖面侧视图。

图8为本发明的侧向入光式环状发光装置的第二实施例的第三剖面侧视图。

其中：

环状发光装置 1

环状基板 10

发光单元 11

上表面 111

导光环 20

环状本体 21

上表面 211

下表面 212

环形外表面 213

入光凸块 22

入光面 221

延伸面 222

上表面 223

透光盖 30

上表面 301

倾斜面 302

不透光区域 A1

透光区域 A2

中心点 C

发光单元的中心点 G

法线 N

圆心 O

切点 P

接点 Q

转折点 T

入光面的宽度 d

外圈半径 r

具体实施方式

以下系藉由特定的具体实例说明本发明之侧向入光式环状发光装置的实施方式，熟悉此技艺之人士可由本说明书所揭示之内容轻易地了解本发明之其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不悖离本发明之精神下进行各种修饰与变更。又本发明之图示仅为简单说明，并非依实际尺寸描绘，亦即未反应出相关构成之实际尺寸，先予叙明。以下之实施方式系进一步详细说明本发明之观点，但并非以任何观点限制本发明之范畴。

实施例1

请一并参阅图1至图4，其为本发明的侧向入光式环状发光装置的示意图。如图1及图2所示，环状发光装置1包括：一环状基板10及一导光环20。环状基板10上设置有至少两个发光单元11；本实施例图式是以两个发光单元11为例，且两个发光单元11较佳地是分别设置于环状基板10的直径的两端的位置上。其中，发光单元11可以是具有至少一个发光二极管，该发光二极管的形式、外观及其所发出的光束颜色，可以依据实际应用加以选择，于此不多加限制。

具体而言，发光单元11的数量设计是考虑到令导光环20形成足够且均匀之发光面所需的光线强度。举例来说，若本实施方式的侧向入光式环状发光装置被应用在大型家电上，例如洗衣机的外盖，导光环20中心位置会设有可观视洗衣状态的透明圆窗；此时，为了引进足够亮度的光线，发光单元11可八等分甚至十二等分地设置在导光环20的外圈周缘。想当然尔，视选用之发光单元11的功率强度变化，所需发光单元11的数量亦可随之调整。

再举一例说明之，当本实施方式的侧向入光式环状发光装置被应用在计算机或电视屏幕的支架底端，因为支架的直径较小，通常仅约5到10公分左右，故若采用3瓦功率的发光二极管来实现发光单元11，亦仅需设置1到2个发光单元11于导光环20的外圈周缘即可。惟，若只有一个发光单元11要使导光环20呈现均匀的发光效果，例如等角度取样12点量测辉度时均匀度在80％以上，需极端倚赖导光环20表面之取光图样(pattern)的密度设计；故若改用两个发光单元11设置于环状基板10任一直径的两端位置上，则可大幅降低取光图样(pattern)的密度设计难度超过50％，足令一般导光板光学设计相关产业之通常知识者，胜任所述取光图样(pattern)的密度设计。

此外，在发光单元11的颜色设计上，以前述大尺寸应用之洗衣机与小尺寸应用之计算机电视屏幕支架为例，其乃配合实际应用加以巧妙设计。申言之，发光单元11的数量除满足导光环20均匀发光所需外，更可设计多种颜色单独呈现或混光呈现；以洗衣机为例，视浸泡、清洗、脱水等不同进程，可设计导光环20呈现不同颜色之均匀发光效果，故发光单元11的总发光功率非仅以满足导光环20之发光均匀度为限。在计算机电视屏幕支架应用方面，则至少可设有开机、待机、关机等三种颜色模式；在开机模式中更可依影像讯号来源在导光环20上进行不同程度的混光，以供识别。上述这些应用与变化，都是本实施方式在发光单元11的数量、颜色设计上的教示。

请续观图2，导光环20设置于环状基板10上。导光环20具有一完整无缺口的环状本体21及至少两个彼此相对应地设置在环状本体21的侧面上的入光凸块22。各个入光凸块22分别具有一面向相对应的发光单元11的入光面221及一连接于入光面221及环状本体21之间的延伸面222。具体来说，导光环20设置于环状基板10上时，各个入光凸块22分别对应设置于各个发光单元11的附近，而各个入光凸块22的入光面221则对应于发光单元11的发光面(图未标示)。其中，导光环20的材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)或玻璃等可透光的材料，较佳地可以是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA)。

更进一步地说，如图2所示，在巨观上，环状本体21可以是具有一平整无缺口的上表面211、一平整无缺口的下表面212及一连接于平整无缺口的上表面211和平整无缺口的下表面212的环形外表面213。当然，微观上，环状本体21表面视需求设有取光图样(pattern)，以实现均匀发光之效。其中，环状本体21的内圈与外圈以正圆形为最佳实施态样。至少两个入光凸块22可以是一体成形地设置于环状本体21的环形外表面213上。其中，每一个入光凸块22可以是具有一与平整无缺口的上表面211相互齐平的上表面223，及一与平整无缺口的下表面212相互齐平的下表面(图未标示)，且每一个入光凸块22的入光面221及延伸面222皆设置于入光凸块22的上表面223及下表面间。其中，上述环状本体21具有平整的上、下及环状表面的说明，仅为本创作的其中一较佳的实施态样，但实际应用环状本体21的上、下及环状表面并不仅局限于为平整的表面。

当导光环20设置于环状基板10上时，各个发光单元11的发光面分别对应于各个入光凸块22的入光面221，据以发光单元11的所发出的光束，可通过入光凸块22的入光面221进入环状本体21中，进而使整个导光环20均匀地发亮。较佳地，可以使各个入光凸块22的入光面221的表面积等于发光单元11的发光面的截面积，以有效地提升发光单元11所发出的光束的利用率。其中，发光单元11可以是包含至少一个发光二极管，例如可以是表面黏着型发光二极管(surface-mount device light-emitting diode,SMD LED)、炮弹型发光二极管(dual In-line package light-emitting diode,DIP LED)等，于此不多加限制；又，如是利用炮弹型发光二极管，则可以是于入光凸块的入光面，对应设计有可容置发光二极管的封装体的凹槽(图未示)，以使该发光二极管所发出的光束，直接进入入光凸块中。

在实际应用中，可以是依据所选用的发光单元11的颜色及其亮度，决定每一个入光面221所对应的发光单元11的数量及决定入光面221的宽度。举例来说，若使用亮度相对较暗的具有颜色的发光二极管时，则可以是使于环状基板10上每一个对应于入光面221的位置，设置有两个或两个以上的发光二极管，并适应性的调整每一个入光面221的宽度，藉以使每一个入光面221将两个或两个以上的发光二极管所发出的光束导入环状本体21内，以提升整体导光环20的亮度或在满足使环状本体21均匀发光的前提下进一步进行混光。

又，在另外的实施态样中，亦可以是透过改变环状本体21的颜色，以改变发光单元11射入环状本体21内的光束，透过环状本体21所呈现出来的颜色，藉以即可使用相对亮度较强的发光二极管，而同时又达到导光环20所欲呈现的颜色的功效。举例来说，可以是使用相对亮度较高的白光发光二极管，而使环状本体21为红色的透光材质，藉以可使导光环20发出高亮度的红光，以改善直接使用相对亮度较低的红光发光二极管，而将导致导光环20整体亮度较低的问题。

另外，环状基板10上的各个发光单元11所发出的光束的颜色，可以是相同或不相同；举例来说，可以是两个设置于环状基板10上的发光单元11分别可发出不相同的颜色光束，据以可使导光环20可发出相对应的不同的两种颜色；又，在其他应用中，导光环20所发出的颜色，亦可以是透过改变导光环20本身的颜色，以改变原本发光单元11射入环状本体21的光束的颜色。

请复参图2，图中所绘示的环状本体21的厚度，较佳地可以是发光单元11的高度的一至四倍；具体来说，在小尺寸应用上，环状本体21的厚度约在2～6mm为最佳；此时，发光单元11可以用前述SMDLED实现。在混光或多色光变化应用中，则可将四个SMDLED以2X2的布局方式堆栈且出光面朝向入光凸块22，故入光凸块22与环状本体21的厚度一致，且可一体成形采塑料射出工艺完成，此举可避免入光凸块22与环状本体21间存在段差所造成的亮点，或入光凸块22与环状本体21间接合面所造成的光损。当然，在大尺寸应用中，因为尺寸上的考虑，射出模具制作不易，宜改用大型平面导光板裁切成所述导光环20，或将入光凸块22与环状本体21分别制造出来后再加工接合的方式为之。另外，环状基板10及环状本体21的环宽(径向宽度)，可依实际需求加以设计，较佳地，可使环状本体21的环宽(径向宽度)大于二分之一的入光凸块22的入光面221。

如图3所示，关于入光凸块22与环状本体21的连接关系，较佳地，可以是各个入光凸块22的延伸面222连接于入光面221与环状本体21的一切点P，为入光面221的一中心点C的法线N与环状本体21两者的相切处；亦即，入光面221的中心法线即为环状本体21的该切点P的切线。藉此，由发光单元11所发出的光束，进入入光凸块22后，大部分的光束(位于入光面221的中央部分的光束)将沿着环状本体21的切线方向(即为入光面221的中心法线)，进入环状本体21内，进而可以使发光单元11所发出大部分的光束通过入光凸块22直接进入环状本体21中，而可有效降低发光单元11所发出的光束，透过入光凸块22进入环状本体21中的损失率，亦即光损。

值得一提的是，如图4所示，环状本体21的内部，较佳地是具有全反射的特性，而依据环状本体21的材质不同，光束进入环状本体21而可产生全反射的效果的入射角亦将不同，因此，实务中可以是透过调整入光凸块22与环状本体21的连接关系，例如是入光面221与环状本体21的夹角，以调整发光单元11所发出的光束通过入光凸块22，而进入环状本体21的入射角。举例来说，如图3所示，可以是透过下列式子：cosβ≥(r-0.5d)/r，以调整入光面221与环状本体21的夹角，据以使环状发光装置1达到最佳的发光效果；其中，环状本体21的圆心O与入光面221邻接环状本体21的接点Q之间的距离为一外圈半径r，而β即为入光面221与外圈半径r之延长线的夹角；d则是入光面221的宽度。此设计是基于几何光学之计算，将发光单元11的中心光轴以平贴导光环20外缘的角度引入环状本体21，若β＞cos^-1(r-0.5d)/r则发光单元11所提供之光线将在导光环20外缘形成亮点，并反射后形成亮线，破坏整体均匀性。

另外，特别说明的是，入光凸块22及发光单元11的数量可以是依据环状本体21的直径大小决定，并不局限于图1～3所绘示的两个。具体来说，如图4所示，入光凸块22的数量选择，可以是符合下列式子：α<π/2n，以使导光环20可达到最佳的均匀发光的态样；其中，环状本体的圆心O与入光面221邻接环状本体21的接点Q之间的距离为一外圈半径r，入光面221与外圈半径r之延长线的夹角为α(为与上述式子做区隔，于此系以α为表示，其实际等同于图4中的夹角β)；n为入光凸块22的数量。

实施例2

请一并参阅图5至图8，其为本发明的侧向入光式环状发光装置的第二实施例的示意图。如图5、6所示，侧向入光式环状发光装置2包含有一环状基板10、一导光环20及一透光盖30。其中关于环状基板10与导光环20的详细说明与上述实施例相同，于此不多加赘述。本实施例与上述实施例不同之处在于，环状发光装置1更可以包含有设置于导光环20上的透光盖30，其具有一上表面301及一由上表面301向内(导光环20的中心轴线的方向)朝下延伸形成的倾斜面302。其中，倾斜面302的倾斜程度，可以是依据实际需求加以设计，于此不多加限制；而透光盖30的材质及其颜色亦可以是依据需求选择，于此不多加限制，举例来说，可以是使用相对亮度较高的发光单元11(例如白光发光二极管)，再依据实际需求所要的颜色，决定透光盖30的颜色，据以可达到符合特殊需求的发光颜色，且同时保有高亮度的功效；换言之，于实际应用中，可以是使透光盖30具有异于发光单元11所发出的光束的颜色，据以改变导光环20所发出的光束的颜色，而可符合实际的发光颜色的需求。

如图7所示(图中仅绘示侧向入光式发光装置部分区域的剖视图)，为了让使用者观看导光环20时，不易看到位于入光凸块22的发光单元11所产生的亮点或是亮线，可以是使导光环20与透光盖30符合下列公式：D＞(h1+h2)/tanθ,θ＝30°；其中，透光盖30的上表面301与倾斜面302的交接处形成一转折点T，而D为发光单元11的中心点G与转折点T之间的水平距离，h1为透光盖30的高度，h2为导光环20的高度，θ则为同时穿过发光单元11的中心点G与转折点T的联机与环状基板10的上表面111的夹角。这个设计是考虑使用者在无论大尺寸或小尺寸应用的实际操作时，其视线通常不会临贴导光环20达30度角；故依此设计不易于使用者视野中呈现出亮点或亮线。

如图8所示，于更好的实施态样中，更可使透光盖30的部分上表面301具有一形成于发光单元11的正上方的不透光区域30，而邻接于不透光区域的区域及倾斜面302的区域即组合为透光区域，亦即，使透光盖30对应于发光单元11的上表面的区域为不透光区域，藉以可进一步确保使用者不易看到由发光单元11所产生的亮点或是亮线。具体来说，穿过发光单元11的中心点G与转折点T的联机与环状基板10的上表面的夹角θ为30度时，可有效避免于入光凸块22内所产生的折射光向外射出，造成眩光的问题。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种侧向入光式环状发光装置，其包括：

一环状基板，所述环状基板具有至少两个发光单元；以及

一导光环，所述导光环设置在所述环状基板上，其特征在于：所述导光环具有一完整无缺口的环状本体及至少两个彼此相对应设置在所述环状本体的侧面上的入光凸块；

其中，每一个所述入光凸块具有一面向相对应的所述发光单元的入光面及一连接于所述入光面及所述环状本体之间的延伸面。

2.如权利要求1所述的侧向入光式环状发光装置，还包括：一透光盖，所述透光盖具有一上表面及一从所述上表面向内朝下延伸的倾斜面，且所述上表面与所述倾斜面的交接处在剖面上形成一转折点，其中所述导光环与所述透光盖两者的关系符合下列公式：D＞(h1+h2)/tanθ，且θ＝30°，其中D为所述发光单元的中心与所述转折点之间的水平距离，h1为所述透光盖的高度，h2为所述导光环的高度，θ为同时穿过所述发光单元的中心与所述转折点的联机与所述环状基板的上表面的夹角。

3.如权利要求2所述的侧向入光式环状发光装置，其中所述透光盖的部分所述上表面具有一形成于所述发光单元的正上方的不透光区域，所述透光盖具有一邻接所述不透光区域的透光区域，且所述透光区域由所述倾斜面及与所述倾斜面相邻的另一部分所述上表面所组成。

4.如权利要求3所述的侧向入光式环状发光装置，其中所述透光区域具有一颜色，且所述颜色异于所述发光单元所产生的光线颜色。

5.如权利要求1所述的侧向入光式环状发光装置，其中每一个所述发光单元系由至少一发光二极管所实现，且所述发光单元发光面的截面积相等于所述入光面的表面积。

6.如权利要求5所述的侧向入光式环状发光装置，其中所述延伸面连接于所述入光面与所述环状本体的一切点，且所述切点为所述入光面的一中心点的法线与所述环状本体两者的相切处。

7.如权利要求1所述的侧向入光式环状发光装置，其中所述导光环的所述环状本体的径向宽度大于所述入光面的一半。

8.如权利要求1所述的侧向入光式环状发光装置，其中所述环状本体的圆心与所述入光面邻接所述环状本体的接点之间的距离为一外圈半径，所述入光面与所述外圈半径之延长线的夹角为α，且α<π/2n，其中n为所述入光凸块的数量。

9.如权利要求1所述的侧向入光式环状发光装置，其中所述环状本体的圆心与所述入光面邻接所述环状本体的接点之间的距离为一外圈半径，所述入光面与所述外圈半径之延长线的夹角为β，且cosβ≥(r-0.5d)/r，其中d是所述入光面的宽度，r是所述外圈半径的长度。