TW200900637A - Improved light guide and light-output device - Google Patents

Description

200900637 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 源之光的一耗入 的—轉出（out-coupling) 本發明係關於一種平面光導，其包括第一及第二相反配 置之面、用於輕入（in-coupling)來自—光 部分，及與該耦入部分相鄰而定 部分。 其包含此一光導及 本發明進—步關於一種光輸出裝置， 至少一光源。 r 【先前技術】 係普遍_當作辦公室照明之選擇之 照明系統。 /然而，&了致能建築師及室内設計師建立清楚區別一建 築物與另-建築物之室内風格，逐漸需要儘可能不突兀地 整合室内照明。 已知基於營光照明之習知照明器具有—近似5〇麵之最 小厚度。基於替代光源之照明系統(另-方面，其允許薄 照明器具，例如用於包含若干發光二極體(led)及混合並 且分布該等LED所發射之光之—光導之照明系統）在設計該 照明器具中提供更多自由。 達成該光導中之光之—充分程度之混合係用以獲得基於 該光導之-照明器具之改良檢視特性的—重要因子。此類 改良可包含例如從該光導雜出之光之增加之均句性，及減 少之最大亮度。 WO 20〇6/〇3483 1揭示—種用於達成此混合之途徑，根據 129897.doc 200900637 該途徑，絲導具備角錐狀耗出刻面，其與該輕出面形成 -角度’使幾乎平行之綠W前在該光導中經歷若干反 射。 說明於w〇,6/削!之光導之_缺點係其要求高度準 直之耦入光，以便恰當地運作。 【發明内容】 因此本發明之一目的係用以減緩先前技術之至少某些缺 點，及用以提供-改良光導，而致能使用_較廣泛之光 源。 "根據本發明’此等及其他目的係藉由—光導所達成，該 光導包括第一及第二相反配置之面、用於輕入來自一光源 之光的—輕入料，及肖該搞入部分㈣而定㈣一輕出 部分。該麵出部分係組態成用以轉出具有引導自該柄入部 分中之-位置之-傳播方向之一級光束，其中以較一具有 引導自該耦入部分外面之光導中之一位置之—傳播方向之 二級光束更低的一耦出效率。 該光導可例如由一單一介電材料之一整塊或者介電材料 之組合作成。合適之介電材料包含不同之透明材料，例如 各種類型之玻璃、$甲基丙烯酸甲s|(pmma)等。該光導 :為平面、扁或者具有—f曲外觀。—整塊類型 導通常依賴全内反射（TIR)，以便含有輕合至波導之光。 —在該光導的一特殊輕出部分中，一二級光束可發端自另 耦入一分，其可包含於該光導中，或者可為原始來自關 聯於該特殊相出部分之輕入部分但已由於例如反射而改： 129897.doc 200900637 其傳播方向之光。 ^ —耦出部分中之—級光束的一光束通常為關聯 ;另耦入°卩分（右有的話）之另一耦出部分中的一二級光 束。 藉由組態該耦出部分，使其以較二級光束更低的一耦出 效率柄出—級光束，確保該轉人光之-有效部分於當作二 '及光輕出别在該光導之相反面中經歷數個反射。此可例如 藉由組態該耦出部分以便對於一級光束但不對於二級光束 實現該TIR(全内反射）條件而達成。 以此方式’可達成該光導中之光的—良好混合，不致對 該耗入光之準直強加任何特殊要求。 根據本發明之光導可進—步包括重定向構件，用於重定 向該一級光束，藉此將該一級光束轉換成一二級光束。 此一重定向構件可包括主動及/或被動構件。主動構件 可例如包含-光學元件，其具有一可控制折射率及/或反 射率，而且被動構件可例如包含一固定反射結構及/或具 有不同折射率之材料間的一介面。 以引導自該耦入部分之一傳播方向所傳播之一級光束可 譬如藉由一或數個反射器加以反射’該等 該光導之-邊緣，或者在該光導之片段的—邊； 片段邊界之反射器可例如藉由氣隙或具有一低折射率之另 一物質、藉由一半透明反射器塗層或者透過選擇性準備一 基本上完整反射之塗層加以形成。此類片段可為光導將 其組裝以形成一合成光導，或者可將一光導部分分離成片 129897.doc 200900637 段，其係藉由例如在適當落 之 狹縫。 战#刀延伸通過該光導 當原始引導自一耦入部分之_ g M 光束遵循在該反射結構之 反射而以一不同方向行進 0褥< 耦出。ra μ· - 11 k耦出部分時，較可能將其 锅出。因此，甚至對於且古一 „„ 俨祚自 早一耦入部分之光導，仍獲 仟文良之均勻性。結果， 6 早備重疋向構件改良該光導中之 先束之空間以及角声、、Η人 ^ 又此σ。特別的是，此可有利於將複數 f 個不同形色光源用於光導之情形。 根據本發明之光導可 柄入結構。 -包括在該耗入部分形成的一 :-耦入結構係-結構，其係調適成用以致能將來自一 光源之光耦入至該光導中 等中而且可配置於各種落點，例如 者該光導内部。 …之-反配置面之某處，或 再者人結構可包括束成形構件，用於準直輕入 光0 此處藉由準直光，處略 ^ ώ 應瞭解，其限制一光源所發射之光之 角度分布。 人透過準備此類束成形構件，將其與—恰t設計之光導組 口，可將已準直光從該光導輕出。對於應避免或至少限制 眩光之辦公室照明，此尤其重要。 該束成形構件可包括铟 、、 匕括1知準直光學元件，像是譬如反射 漏斗或TIR元件。另— ^ 力 遥擇’或者與此類光學元件組合， s亥束成形構件可绣；两勃_ 士 通k該叙入結構本身的一合適幾何而提 129897.doc 200900637 供。 此外，該耦入結構可包括在該光導_從該第—或第二面 所形成的一凹部。 該凹部可部分延伸通過該光導，或者形成作為 穿透 (through-going)孔。 藉此，可方便地將一光源從其任何面插入該光導中。 對於具有多個麵入部分的一光導，有利的是，可將 形成作為分布於一或兩面夕 及兩面之凹部，而致能跨越該光導之 源的一均勻分布。 此外，有利的是 具有一矩形斷面， 光之準直。 ，該凹部可在平行於該光導之一平面中 藉此致能與該光導平行之平面中之搞入 ’、矩幵V斷面之-耦入凹部致能將像是譬如一全向 LED之-光源（其以所有方向發射光）所 離:果其係沿著與該光導平行之-平面中之兩正交： 級I束之制與該光導平行之—平面中之^ 搞出部分。 足進该先導之製造’尤其相對於該 吉Γ者彳利的是，根據本發明之光導可進一步包括一準 直層，用於減少由該麵 藉由，，準直層"，庫睁解：輕出之光之角度散布。 減少)在其中傳遞通過之光之角二：，用以準直(亦即， 透過準備一準直層， 二二 照明器具以作為-•明=光之量’當該光導… 、、、月用途時’其特別有利。 129897.doc 200900637 可將該準直層提供在該光導之任一面’而且其可包括熟 諳此技術者已知之任何種類之準直光學元件。例如，該準 直層可包含具有基本上三角形斷面之間隔開之結構以便 形成-類似漏斗之準直結構。另一選擇為，可使用一所謂 同心拋物形集中器（CPC)進一步改良該準直。 月 無挪具有上述三角形斷面或者任何其他準直形狀（例如 上述CPC)之準直結構可例如使用擠製塑形並且後續將一反 射塗層施加於該結構而製造。有利的是，可將該塗層施加 於3亥等準直結構之所有側，但特別當該光導與該等準直結 構間不存在光學接觸時，在面向該光導之結構

塗層可去除。 W 此外，該輕出部分可包括複數個耗出結構。 將此等輕出結構提供方# 再杈供在忒先導之任一面或者該光導内 部’而且其可為展現— 見方向相依耦出效能之任何結構。可 作為準備耦出結構之—替 差代或者與其組合，該方向相依耦 現。 導之折射率上之合適空間變動加以實 面&，此等耦出結構可包含在該光導之第-及第二 導之面:之數個溝槽，每-溝槽特別沿著該光 小 別—、、及光束的—投影加以延伸。 之光形成轉出溝槽(其平行於引導自該輕入部分 離，因而散；：：：)確保該光於耗合出去前行進某-距 關聯於其從节卢發广上。遵循反射’可將該光輕出在 、爾發端之光源之·出部分，或者•禺出在一鄰 129897.doc 200900637 近耦出部分。 該等溝槽可譬如為v狀，而且具有側或刻面，有利的 疋’該等系統或刻面可具備一反射塗層。 根據一示範性準直保留組態，該等溝槽可具有—基本上 V形斷面，其具有一近似90。之開角。 作為此—準直保留溝槽組態之一替代或一互補，該光導 可具備一準直層’其包括準直結構，其係與該等耦出結構 對準。對於以溝槽之形式提供之耦出結構，然後該等準直 結構可與該等溝槽平行而運行，以準直該等溝槽所耦出之 光。 透過準備與該等耦出結構對準之此類準直結構，可達成 充分低位準之眩光，無需製作如此準直保留之耦出处 構。因此，可使用較多樣性之耗出結構，其可促進製造了 因而引起光導之一縮減之成本。 為了該等準直結構之最佳效能，應將其與該等福出結構

二子地對準。較佳者，該等準直結構與實質上平行之 、、口構間之橫向失準應在鄰 耦出結構間之距離（耦出結構 間距）之1 〇%以下。再老 再 冉者較佳者，該等準直結構之角声 移（相對於該等耦出結構旋轉 又位 ，士错μ ^ 稱疋轉)(以弧度計)應小於鄰近耦出 、，、口構間之距離與該光導之長度間之比率之咖。 根據一具體實施例，此外， 4耦出部分可包含具有一姆 加之厚度之光導的一部分，其 、 之距離。 〜中具有離该輕入部分之増加 藉由提供相對於該耦入部分之此 向外發光結構， 在該 129897.doc 200900637 光導之一面之一光束（其具有在垂直於該光導之一平面中 之一給定方向）之入射角變成與該光導之平面中之光束之 方向相依。引導自該耦入部分的一—級光束將以較一具有 另一方向之二級光束更低的一耦出效率耦出。 可將此結構提供作為該等上述溝槽的一替代或與其組 合。 為了達成來自該光導之光的一高度有效率耦出，該光導 可額外包含配置在其一側的一反射層。 田"亥耦出部分包括在該光導之一面之耦出結構時，可端 視該等耦出結構之組態而將該反射層提供於相同或相反 面。 在該等耦出結構係溝槽之情況中，可將該反射層提供於 該等溝槽之某些或所有刻面。另—選擇為，該反射層可以 反射薄膜之形式提供，其係基本上與在其耦出部分之光 導平行而配置。 藉由使用此—反射層取代將一反射層施加於該等溝槽之 刻面’可促進該光導之製造’然而’ a常代價為一減少程 度之搞出光之準直。 因此，有利的是，此一反射薄膜可與上述準直層組合而 使用。 有利的是，可實質上防止此一反射薄膜與該光導間之光 學接觸，以避免由該反射薄膜中之不必要反射所造成之光 °、 因此，較佳者，基本上僅有由其耦出部分從該光 導耦出之光擊中該反射薄膜。 129897.doc • 13- 200900637 先予接觸可藉由將該反射薄膜與該光導間隔開力 止。此外，應注意，若放置-反射薄膜，以便與—光方 械接觸，則其間通常幾乎不存在任何光學接觸。 機 有利的是，根據本發明之光導可包括複數個福入部分 f係調適成用⑽人來自—關聯光源之光，及複數個“ …各係與一對應之輕入部分相鄰，並且組態成 出一具有引導自該對應耗入部分中之一位置之一傳播 之-級光束’其中以較一具有引導自該對應 面 效率。 冑播方向之二級光束更低的一轉出 為了獲得合適辦公室以及家庭之照明，期望發射自 :之光係均勾分布，而且避免一不舒適之高度大之局部亮 均句分布可藉由具有發射自複數個光源之光加以 又仔、而’例如發光二極體（LED)之光源通常具有稍微 不同之色彩及通量特性，稱為分級（binning)問題。因此， 應使由該等不同光源所發射之光於耗出前在該光 導中混合良好，以便達成、翻_ ψ 成耦出先的-均勻分布。其獲得光 ^一良好混合’因為至-大程度之一級束係包含在該光導 ，使其於當作二級光束叙合出去前行進某—距離，因而 散布在某一區域。 此外來自複數㈣人部分、混合於該光導中之光對堅固 性有貢獻，以對抗若干光源之失效。 此外，有利的是，該光導可包括位於鄰近㈣部分間之 至少一導引部分，以防止其間之串擾。 129897.doc 200900637 對於某些類型之耗出結構，例如具有反射側之溝槽，可 將其提供在該光導的—或兩面上，一光束可透過二或多個 溝槽之侧十之接連反射加以搞出。此類接連反射（其通常 將導致該搞出光束之_不期望重定向）可藉由至少在鄰近 耦出π刀之選疋部分間提供一未結構化導引部分而避免。 此外’可將該等輕人部分配置成—陣列，形成—矩形林 柵圖案。 該格柵圖案可以方形或非方形之矩形形成。 此外，根據本發明之光導可進—步包括至少—全向 其組態成以基本上相等轉出效率·出光束，不管1 在與該光導平行之面中之方肖。 、 ^由跨越該光導在合適ι點提供此類全向㈣結構，較 者，在關聯於鄰近轉入部分 -耗入部分之光束(其:：:間’確保發端1 分中的— — …-一分之 首杏 先束致（或直徑地相反）的一方南、 事只上係從該光導㈣，而且不 向） 或散射。 Η 耦入。卩分繼續吸收 =等全向Μ結射以任何習知^ 其福出光與該光導之平面中之光之方向無ι认供， 此外’根據本發明之光導可岛 各係定位在該矩形格栅圖案陣列全向：出部分， 耦入部分之間。 对月’介於兩鄰近 再者，有利的是，具有配置成— 入部分之平面光導 11列之複數個耦 匕括複數個•入凹部，各係提供在一 129897.doc -15- 200900637 對應麵人部分，並且具有平行於該平面光導的—矩形斷 面，其中每一矩形耗入凹部之相對角落基本上與該格柵圖 案中的-對應格柵線-致，而且每__出部分包括四組溝 槽n組㈣㈣槽基本上平行，其提供在該等第一 或苐二面中至少一者，每—相雀诚杳浙_ 母組溝槽實質上垂直於該矩形耦 入凹部的一關聯側而延伸。 、在此組態中’該等矩形耦入結構準直該光致能準備僅 以兩主要方向延伸之已簡化耦出結構。 如以上所陳述，可將料_人凹部提供於-方形或一非 方形格栅狀陣列中。藉由選擇—非方形格柵，不致將 輕出溝槽直接地引導在-鄰㈣人結構。藉此，較少^由 於在鄰近耦入位置吸收或散射而損失。 另外’有利的是’可將根據本發明之光導包含於 t裝置，例如一照明器具’其進-步包括配置在該二 ^刀之至少一光源。 從下列說明及申請專利範圍，將明白本發明之发他離 樣、益處及有利特徵。 、〜、 【實施方式】 本詳細說明主要關於照明器具，其包括一平面光導 配置在耦入凹部的一或數個發光二極體， 及 於該光導的一面。 Μ凹部係提供 :注意，此絕不限制本發明之範，，其同樣可應用於苴 他類型之光源，例如半導體雷射，及其他種 … 構，包含例如鏡、稜鏡等。 入結 129897.doc -16- 200900637 以下將說明數個較佳具體實施例。 首先，參照圖la至e，將說明具有配置成一方形格柵陣 列之複數個光源之一照明器具的一基本組態。圖丨a中顯示 一不範性照明器具1 〇，其包括一光導丨i，及複數個光源 12a至f(此處以全向LED之形式），位於對應耦入部分13a至 f’其在圖la中各具備以—凹部14(為了圖式清楚之理由， 圖la中僅特別指示此等凹部之一者）之形式的一耦入結 構，該凹部在該光導Π之平面中具有一方形斷面。一關聯 耦出部分15a至f係與每一耦入部分13&至f相鄰而提供。此 等耦出部分之每一耦出部分包括四區16a至d，其具有溝槽 狀耦出結構1 7，相對於位在中央之耦入部分丨3e以方向 450、135。、225。及 315。延伸。 如圖la中示意地指示，藉由在該光導丨丨之平面中形成如 具有一矩形/方形斷面之一凹部14之耦入結構，使一未準 直光源12e(例如一全向LED)所發射之光在該光導u之平面 中準直，因而沿著兩正交軸分裂成四分離束18a至d。以下 將參照圖2a至c而詳細說明該耦入凹部i4之此準直性質。 如圖la中可見到，該等耦入凹部14係以下列之此一方式 加以定向：該等束18a至d之方向基本上與耦出部分i5e^ 四區16a至d中之耦出結構17之方向一致。藉此，在耗入部 分13e耦入於該光導11中的一光束丨8a將遭遇可能並未耦出 該光之平行溝槽17，或者確實耦出該光之垂直定向溝槽 20、21。圖lb中僅對於該束18a說明此，光係透過該照; 器具10之已指示部分22a至d加以柄出。 129897.doc -17- 200900637 如圖lb中所說明，由—特殊光源所發射之光之麵出未必 需要發生在關聯於另一光源之光導的一耦出部分。取而代 之，可將來自-光源之光搞出在關聯於遵循反射之光源之 轉出部分’使該光源所發射之光束在該光導之平面中改變 方向。結果’參照圖lc’並且考慮該光源…所發射之一 級光束1 8a之此—級光束18a可在反射結構反射時轉換 至二級光束’此處該等反射結構係以氣縫仏至b(為了圖 式清楚之、緣故’此處僅指示此等氣縫之兩氣縫）之形式提 供於該光導11中。如由圖卜中之大箭號所指示，然後此等 級光束係由”亥等耦出結構17耦出在關聯於該光源仏之 轉出部分15e之片段16a中（而且如由圖u中之較小箭號所指 不，藉由該光導11中之其他耦出結構至一較小範圍）。 此效應可以各式各樣方式達成。例如，該光㈣可包括 分離光導，其可例如與以上所指之耦出部分一致。此等分 離光導可例如藉由氣縫而彼此隔離。 如圖1 e中7F &地4明’然後’由於在該等光導片段間之 邊界之反射，完全變更跨越該照明器具之光分布。如圖卜 中所指示之氣缝23db的一替代，可將該等光導片段以一 低折射率黏詩接在-起，該情財，在片段邊界反射及 與片段邊界交叉之光之個別小部分將偏移，引起耦出光的 一分布’其係、介於圖lb.所說明之情形中間。根據另— 替代，可在-整合光導巾之選定落點形成例如以氣縫之形 式之反射結構。 如以下將參照圖Id至e而解釋，以上結合圖卜所討論之 129897.doc -18- 200900637 重定向特別有利於使用不同彩色光源之情況。 圖ld係基本上對應於圖lc中所繪示之一照明器具1〇的一 不意平面圖，除了僅將具反射結構之形式之重定向構件提 供在該照明器具之耗出部分15&至f間之邊界而非在一輕出 部分内之叙出片段間之邊界以外。此外，纟内部邊界之反 射結㈣以半透明鏡25之形式提供’而在該外部邊界之反 射結構係以基本上完整反射鏡26之形式提供。

在圖1 d之照明窃具1 0中’該等光源12 a、c、e之半部發 射暖白光，而剩餘光源12b、d、f發射冷白光。在此一情 形中，使用不同彩色光源，若該等耦出部分間未提供任何 反射結構，則一使用者可感知不同彩色光帶。 出現此等彩色帶之理由係當注視該照明器具丨〇内之某些 位置時，僅某些光源係可見，各看似在一不同落點。 透過在耦出部分間之邊界準備該半透明鏡25，如圖丨^中 所指不，在該鄰近光源12a、c、e之位置建立每一光源（例 如12b)的一鏡影像。若將不同彩色光源定位在鄰近位置， 如圖Id中分別以"W"及"C"所指示，可達成一良好混合。 然而，為了達成一又進一步改良之色彩混合，亦應考慮 在該照明器具之邊緣之特別條件。 此係示意地說明於圖1 e中，顯示其中一小示範性照明器 具10,具有位於該照明器具10之内部之兩光源283至1)，及 位於其外邊界之9光源29a至j。如藉由注視圖le所瞭解，為 了對稱性之理由，在s亥照明器具之外邊界之光源29&至』應 不僅具有交替色彩，而且相較於位在該照明器具丨〇内部之 129897.doc •19· 200900637 光源28a至b，沿著該等邊緣之光源29b、d、e、g、i、j亦 為二分之一尺寸，並且發射大約二分之一量之光，而且大 約四分之一尺寸，並且在該照明器具之角落之光源29a、 c、f、h發射大約四分之一量之光。

此外，一基本上完整反射鏡26應沿著該照明器具1〇之外 邊界而存在。作為二分之一尺寸及四分之一尺寸光源的一 替代，可使用具有二分之一及四分之一強度之全尺寸光 源。當該等光源28a至b、29a至j係使用發光二極體（LED) 加以實現時，一選項係以4 LED之形式提供位在内部之每 一光源28a至b，而且分別以2 LED及—LED之形式提供沿 著該邊界之光源。此情況中’每一 LED應發射實質上相同 量之光。 圖Id及le中之耦出部分15&至f間之半透明鏡25可例如以 一基本上連續半透明反射層之形式藉由一合適大小之氣縫 或者以覆蓋邊界表面之一部分（例如，二分之一）之其本上 完整反射結構之形式加以提供。此情況中，理想上該反射 係大約10 0 %及大約0 %之區應小於該光源或者包括於該光 源中之LED(若可應用）之延伸。 此外’圖1 d及1 e中所示之照明器且可並 窃一了稭由預準直該等束 並且進一步沿著该專耗出部分15a至f之斜垒a 心對角加以引導而擴 展至兩色彩以上。 請注意，以上所述照明器具10以及以下所討論之其他示 範性知、明器具係以一簡化而且示意之方々丄 〜万式加以說明。尤 其，一真實知明器具通常具有一可觀之私丄θ 规之較大量光源。然 129897.doc •20· 200900637 不之具體實施例應足以致能熟諳此技術者製作 及使用本發明。^ α„ >，廣圖2a至c，現在將說明用於將該等光 源12a至f所發射之光準直於該光導之平面中之以凹部之形 式之示範性耦入結構。 圖之汪至匕中，-立 不思地說明以一矩形（此處為方形）搞入凹部 之形式的耦入結構。在如藉由圖2a中之箭號所指示， 擊中該凹部之壁的一 &束係往與該凹部14之壁垂直而折 射，使一全向光源所發射之光分裂成4不同光束。 現在參考圖2b，將討論圖2a中之矩形凹部丨4之大小，其 用於達成在圖la之光導Μ平面中之準直的一可接受程 度。對於一點來源，四束183至4之每一束係於& Μ度内 準直（在空氣中）。然而，對於一有限來源，如圖2b中示意 地說明，該凹部！4之側3〇3至（1(假設一方形斷面）之長度〇 應為大約2.5乘以來源直徑d，以便提供一 6〇度之載止角 〇cut.off。為了達成窄於2χ45度之光導^之平面中的—準 直，可使用額外束成形構件，例如習知準直器漏斗。 模擬及實驗已顯示，該光導之平面中的一改良準直可藉 由使該凹部14之壁30a至d如圖2c中示意地說明而凹入加以 達成。事實上，使用例如圖2c中所示該等耦入結構，可達 成窄於2x45度的一準直。 參照圖3 a至b，將簡述用於達成垂直於該光導丨丨之—平 面中之準直之兩示範性束成形構件。 在圖3a中，顯示一側發射LED封裝35，其包含插入該光 導11中之耦入凹部14的一準直TIR(全内反射）元件％。由 129897.doc -21 - 200900637 7所發射之光係在其—相人面合至該TiR元件36 中’並且然後透過TIR元件之幾何内部反射，而當作一束 39加以發射（此處僅以—方向顯示），該束係以垂直於該光 導1】的一方向加以準直。 / 圖％不意地說明以一反射漏斗扣之形式之另一示範性束 成形構件，其重定向該LED37所發射之光，如藉由圖儿中 所繪之束所指示。 因此已參照圖以至c及圖〜至b而說明各種麵入結構組 P現在將參照圖4山及圖5山而說明數個示範性耗出 結構組態。 在圖4a中’示意地顯示該光㈣的—斷面平行於在圖^ 中之耦入部分13e耦入的一光走 _ 尤采42。遠光束42從具有基本 上平行於該光束42之方向（在兮本道η > τ 刀亥先導丨丨之平面中）之耦出溝 槽17之耦出部分15e傳遞至呈右皆龄u + 士 L 有實質上垂直於該光束42之 傳播方向之耦出溝槽21之耦出部分丨5f。 如從圖4a很明顯’該光束42 σ 术/、要仍然在關聯於從其中引 導該光束42之搞入部分13e之輕出部分Α中將包含於該 先導中，而且遵循垂直溝槽_出結構21中之反射透過該 光導11之頂面加以耦出。 透過如圖U中示意地說明之此類v狀耗出溝槽21的一合 適組態，大致可將光基本上垂直於該光導m口以搞出。此 外，可將該等搞出結構組態成用以保留該耗入光之準直， 藉此避免眩光。此一合適组離的 、〜、的—範例係提供該等耦出結 構當作反射溝槽，如圖U中所指示，其係以45。在該光導 129897.doc -22· 200900637 中定向，而且如圖4a中所說明，具有_2χ45。之對稱開 角。 如圖4b中示意地說明，該等溝槽45之反射側44a至b可以 —距離Wl間隔開。此外，該等溝槽45可以—距離％互相間 隔開。此等距離Wl、％係重要設計參數，而且透過其一合 適選擇，可控制該光導11之對應部分之耦出效率。藉由增 加該等距離W〗及W2，可逐漸減少該輕出效率。 在圖4c中，示意地說明圖1&中之照明器具的一變動，其 中在該等耦出部分1 5e至f間提供一未結構化導引部分43。 此導引部分43縮減鄰近耦出部分I5e至f中之輕出結構17、 21間之_擾。 如以上所述，該照明器具10之一使用者感知之眩光可藉 由提供保留該光導11中之光之準直之耦出結構加以縮減。 此類準直保留耦出結構的一範例係具有反射側或者圖乜至 c中所示之刻面44a至b之溝槽2 1。 現在將參照圖5a至c及圖6而進行具有包含反射刻面44a 至b之耦出溝槽21之此一組態與不具有反射刻面之組態間 的一比較。 圖5a至c中各顯示一照明器具1 〇的一對應部分，其具有 如一矩形凹部13a中之12a的一光源，及一耦出部分i5a的 一部分，其含有以V狀溝槽21之形式之耦出結構。 在圖5a中，其基本上與圖4a等效，該等溝槽21之刻面 44a至b係以一反射層加以塗布，而且耦出自該照明器具i 〇 之光之主方向係藉由箭號5 〇加以指示。 129897.doc -23· 200900637 在圖5b示意地顯示之照明器具部分中，該等v狀溝槽21 並未加以塗布，而且取而代之該光導丨1具備一反射薄膜 52 ’其在具有該荨V狀溝槽21之光導11之面。該光導在发 與該反射薄膜52相反之側進一步包括一準直層53。如圖％ 中所指示透過以一反射薄膜52取代該等溝槽2 1中之反射塗 層’相較於圖5a中所示之組態，該光導之準直保留能力係 減少。如藉由圖5b中之示範性耦出光束55加以說明，此係 藉由準備該準直層53而部分地續正。 圖5b中所示之示範性準直層53包括以具有三角形斷面之 桿54a至b之形式之複數個準直結構。如圖5b中所指示，此 4桿54a至b係與該等溝槽2 1對準，而且較佳者附接至該光 導11。較佳者，於該光導Π與該等桿54a至b間提供某些反 射構件。此類構件可為一反射層、一氣隙，或者具有較該 光導11之材料低之一反射率的一黏膠。此係用以防止來自 忒光導11透過該等桿54a至b之光之不期望之耦出。 該準直層53可以分離桿Ma至b之形式或者當作包括複數 個桿的一薄片加以提供。例如，相鄰桿可藉由垂直延伸之 桿加以接合。 圖5c說明圖5b中之組態的—替代，纟中在與該等溝槽21 相反之光導η之侧提供該反射層52，而且在與該等溝槽21 相同之側提供該準直層53。該準直層53之功能係藉由圖^ 中之示範性輕出光束5 6而示意地說明。 為了示範圖5&至c中所說明之各種組態之準直保留性 質’已對於具有下列測量的_光導執行—電腦模擬： 129897.doc -24- 200900637 耦出部分1 5a之長度：72 mm ; 耦出部分15a之寬度：48 mm ; 光導11厚度：4 mm ; 該等V溝槽2 1之間距 :4 mm ; 該等溝槽2 1之寬度 :1 mm ; 該等溝槽之深度：〇 5 mm ； 在基底之桿54a至b間之距離：2 mm 桿之間距：4 mm ;

桿之高度：4 mm ; 針墊狀耦入凹部，其具有側長度：8.5 mm 側曲率半徑：8 mm ;以及 光源：側發射LED。 圖6顯示不同耦出組態之照明器具1〇所發射之光之射線 之相對強度對角度之徑向繪圖60、61、62。 如可從圖5a之組態之徑向繪圖6〇見到，在超過4〇。之角 度之強度係非常低。 當藉由一反射薄膜5 2簡單地取代該溝槽2丨之刻面4 5 &至b 上之反射塗層同時亦並未新增一準直層時，如藉由該徑向 繪圖61所說明，亦在較大角度存在可觀強度。 如從圖6中之最後繪圖62很明顯，該等結果係藉由新烊 如圖讣中所示的一準直層而可觀地改良。當分析由一照日; 器具(例如圖1&中所示具有配置成—方形狀格柵陣列之 複數個光源）所發射之光之角度分布時，在對應於該格柵 之對角之方向(根據關於圖la之說明中所使用之記號之 129897.doc -25- 200900637 45° 、 135° 、 225° 、 315。、抽 μ 旦 以下事實.m )找到最小值。此等最小值係由於 / 行進於人部分間，而未加以， 因為此光僅遭遇平行於 出 仃於4先之溝槽。此（小）部分 在沿著相關對角之鄰近執入部分損失。 4最後 圖7中示意地說明改良由此效應所導致之角度 的一方式，該圖式係一昭afl。。曰 』復 、，、、、月益具70的一俯視圖，該照明骂 具與圖la中之昭明罘且1Λ| 、 σ ‘、、、10相異之處在於將光源配置在—非 :形之矩形格柵陣列中之格栅點。亦如_中所說明由 ^先源所發射之光將分裂成四正交束仏至d。然而，如 之部分，…果:再針對在該對角之相反側 、、Ό果較V光由於在沿著該等對角之鄰近 輕入部分吸收而損失。 圖8中不意地說明改良由在鄰近耦入部分之光吸收所導 致之以上討論之角度不均勻性之另一方式。

圖8係一照明器具8〇的—俯視圖該照明器具與圖“中 之照明器具Π)相異之處在於在鄰近耗入部分82a至f間之對 角上提供全向耦出結構8丨a至乜。 此等全向輕出結構能夠輕出前面所討論以任一主要方向 (根據關於圖1a之說明中所使用之記號之45。、135。、 225°、3 1 5°)行進之光。 除了本發明之上述示範性具體實施例外，大量變動係可 能，而且可端視應用之領域而有利地使用。 圖％至c示意地說明兩額外示範性具體實施例。應瞭 解’本文所it之具體實施例可僅為範w ,而χ Λ量另外之 129897.doc •26· 200900637 變動係於附加申請專利範圍之範疇内。 —圖9a中，示意地說明一照明器具90,其"等光源係較 德、市也刀布，而且部分共用方向相依耦出部分。使用此具 體貝細例，於該等光束91&至（1之主要方向上之鄰近耦入部 刀存在較多光損失。然❼，在該等光源間具有—充分大之 距離之情況此可被容許。 在目則所述之具體實施例中，已說明使用某一束寬度以 四主方向將光耦入至該光導中之情形。顯然，另一選擇 為，該（等）光源及/或言亥等搞入結構可以下列之此一方式加 以H以較非主要方向搞入光。藉此，可、缩減甚或完整 地消除鄰近耦入部分間之交互作用。圖外中示意地說明二 用僅以兩主要方向搞入之光的一示範性照明器具。 在圖9b中，不意地說明一示範性照明器具％，其包括一 光導94,及複數個光源953至£，其組態成僅以兩主要方向 =至b發射光。此等光源953至f之每一光源可例如包括: 單向側發射器，例如Nichia側點燃lED，其係普遍用 動電話之背光。 、7 未使用耦入刻面97&至13可具備一反射器或一耦出刻面， 以便縮減鄰近光源間之交互作用。 ’ 在圖9c中，示意地說明另一示範性照明器具％，其與 9b中之照明器具93相異之處在於取而代之將該等光源二 至f組態成僅以兩相反引導之主要方向99a至b發射光。α 如以下將參照圖10a至b而說明，本發明之教導可利用〜 單一耦出部分及透過反射之一級光之重定向加以實施。藉 129897.doc -27· 200900637 此可達成-均勻發射照明裝置，例如僅包括一光源的一背 光或-照明器具。另一選擇為，如以下亦將說明，相同原 理可以複數個光源加以實施。 在圖l〇a中，示意地顯示一照明裝置，其包括一光導 及單側發射光源102，例如一單向側點燃LED。在 該光導之至少-面提供方向相依耦出結構103，其係組態 成用以耗出光，其中以該光源1〇2所發射之主要方向，其 中以較具有其他方向之光更低的-輕出效率。 如其結果’實際上在該光導1〇1之反射邊緣⑽反 射前將不麵出任何光。蕪由士 藉由相對於其離該等反射邊緣l〇4a 以之距離及該光導1G1之總«何而合適地㈣該等麵出 結構1〇3，可以該單—光源⑽達成跨越該照明裝置⑽之 光的一均勻輪出。 該麵出光之均句性可藉由使用擴散反射邊緣mad而 進-步改良。然而’此可增加該耗出光之角度分布。 / i. 在圖⑽中，示意地說明—類似照明裳置105,其與圖1〇a 中之照明裝置⑽相異，其中使用數個單向光賴 上述具體實施例中所實施之溝槽狀心結構僅為方向相 : 構的—範例’可將其包含於根據本發明之光導 =將參照圖Ua至b而說明—額外示範性搞出結 將其實施成前述V狀溝槽之一替代或與其組合。 了 在圖11 a中，示意地說明—示々 不乾性照明器具11〇,其 一光導⑴，及配置於對應^部分之光源UWf。、該^ 129897.doc -28- 200900637 導111具有與每—耦入部分相 ^ . . A 别的—耦出部分113a至f。此 4耦出邛分之每一者具備巨觀 114山之形式。 出、、，。構，其具傾斜刻面 現在將參照圖u b而說明此 寺福出結構114a至d之方向相 依耦出，其係沿著直線A_A，之日 _ …、月态具U0的一斷面。 示意地顯示由於該光導1U之局部傾斜面η倾致 、現道條件，如何使—光源叫所發射的—光束115無 法耦出在關聯於該光源之耦出部分113妙 ^ 1刀113e。然而，當該光束 進入該鄰近耗出部分113辦，由於該光導m之面之入 射角’如圖llb中所指示’將其耗合離開該光導⑴。 熟習此項技術人士應認識到本發明決不限於較佳且體實 1例。例如’可在該光導之發射面提供具有透明側之輕出 溝槽，以取代具有上述反射側之溝槽或者與其組合。此 外，該等耗出結構可以在來自每一輕入部分之一徑向延伸 之溝槽加以提供。再者，許多其他耗入組態係可行，其包 含在該光導之平面中具有―圓筒形斷面之凹部或孔。 【圖式簡單說明】 已參考顯示本發明之目前較佳具體實施例的附圖，更詳 細地說明本發明之此等及其他態樣，其中： 圖u係根據本發m日月器具之_示範性具體實施例 的一不意俯視圖’其具有配置成一方形格栅陣列之複數個 光源； 圖lb示意地說明由圖la中之照明器具所發射之光，其係 考慮在一耦入部分之一部分光束的一示範性情況；八“ 129897.doc -29· 200900637 圖ic示意地說明由圖la中之照明器具所發射之光，1 ^ 考慮在-耗人部分之-部分光束並且將氣縫提供於耗= 分間的一示範性情況； ,_圖13中之照明器具的一平_，其具有不同彩色 光源及提供在關聯於不同光源之耦出部分間之半透明鏡· 圖1 e係具有不同彩色光源及半透明鏡之另一照明器=的 -平面圖’其中修改該照明器具之邊緣，以提供該耦出、光 之改良色彩均勻性； 圖2a係一示範性矩形耦入凹部的一平面圖，其中示意地 說明其準直性質； 圖2b說明圖2a中之_入凹部之大小； 圖2c說明-已修改之_人凹部，其中彎曲連接該凹部之 角’备之側，以達成一進一步改良之準直； 圖33至13係沿著垂直於圖la中之照明器具之一區段之示 意斷面圖’其說明示範性束成形結構，用於以垂直於該光 導的一方向準直光； 圖4a係圖la中之照明器具的一斷面圖，其說明當在鄰近 耦出部分間行進時一光束之傳播； 圖4b係圖13中之光導的一斷 ^斷面圖，其不意地說明耦出結 構設計參數，用於控制來自該光導之耦出； 圖4c係圖la中之照明器具之一變動的一斷面圖，其進一 步包含耦出部分間之未結構化導引部分； 圖5a示意地說明一照明器具的—區段，其具有以v狀溝 槽之形式之Μ結構，該等溝槽之刻面係以_反射層加以 129897.doc •30· 200900637 塗布； 圖5b示意說明圖5a中之區段，其具有一反射薄膜，提供 於與該光導相鄰以取代該等刻面中之反射塗層’及一準直 層； 圖5c示意地說明另一示範性具體實施例，其具有該等耦 出結構，相較於圖5b之具體實施例，其係提供在該光導之 相反面； 圖6係一示意地說明用於不同具體實施例之耦出光之角 度分布之圖式； 圖7係根據本發明之一照明器具之另一示範性具體實施 例的一示意俯視圖，其具有配置成一非方形格柵陣列之複 數個光源； 圖8係根據本發明之一照明器具之另一示範性具體實施 例的一示意俯視圖，其具有配置在鄰近耦入部分間之對角 之全向耦出結構； 圖％至0係根據本發明之照明器具之額外示範性具體實 施例之示意俯視圖； ' 圖心至b係示意地說明另外示範性具體實施例，其透過 在該光導之邊緣之反射而利用光之重定向； 圖11 a係示意地顯示一示範性照明 益具的一透視圖，其 具有替代耦出結構； 、 圖11b係圖Ua中之照明器具的—斷面圖。 【主要元件符號說明】 1〇 照明器具/光輸出農置 129897.doc -31 - 200900637 11 光導 12a至 f 光源 13a至 f 耦入部分 14 凹部 _ 15a至 f 耦出部分 1 6a至 d 耦出部分之區 17 耦出結構/溝槽 18a至 d 光束 i ' 20, 21 溝槽 22a至 d 照明器具之部分 23a, 23b 氣縫 25 半透明鏡 26 完整反射鏡 28a, 28b 光源 29a 至 j 光源 30a至 d 凹部之側/壁 \ 35 側發射發光二極體封裝 36 全内反射元件 ' 37 發光二極體 38 柄入面 39 光束 40 反射漏斗 42 光束 43 未結構化導引部分 129897.doc -32- 200900637 44a, 44b 溝槽之反射側/刻面 45 溝槽 52 反射薄膜/反射層 53 準直層 54a, 54b 桿/準直結構 55 耦出光束 56 耦出光束 70 照明器具/光輸出裝置 71a 至 d 光束 80 照明器具/光輸出裝置 81a, 81b 全向耦出結構 82a至 f 鄰近耦入部分 90 照明器具/光輸出裝置 91a 至 d 光束 93 照明器具 94 光導 95a至 f 光源 97a, 97b 耦入刻面 98 照明器具/光輸出裝置 100 照明裝置/光輸出裝置 101 光導 102 單一側發射光源 103 方向相依耦出結構 104a至 d 反射邊緣 129897.doc -33- 200900637 105 照明裝置/光輸出裝置 1 06a至 c 光源 110 照明器具/光輸出裝置 111 光導 112a至 f 光源 113 至 f 耦出部分 114a至 d 傾斜刻面/柄出結構 115 光束 129897.doc -34-

Claims (1)

1. 200900637 十、申請專利範圍： 1· 種光導（丨1，1〇1 ; 111)，其包括第一及第二相反配置 之面；用於耦入來自一光源（12a至f)之光的一耦入部分 (13a至f);及與該耦入部分（133至〇相鄰而定位的—輕出 部分（15a至f ; 1〇3 ; 1133至£)，其特徵在於：該耦出部分 (l5a至f ; 1〇3 ; 1 i3a至f)係組態成用以耦出一具有引導自 該轉入部分（13a至f)中之一位置之一傳播方向的一級光 束’其中以較一具有引導自該耦入部分（丨“至f)外面之 §亥光導（11 ; 101 ; 111)中之一位置之一傳播方向之二級 光束更低的一搞出效率。 2. 如請求項1之光導（11 ·，101 ; 111)，其進一步包括重定向 構件’用於重定向該一級光束，藉此將該一級光束轉換 成一二級光束。 3. 如請求項1或2之光導（11 ; 101 ; 111)，其進一步包括在 該耦入部分（13 a至f)形成的一耦入結構（14)。 4. 如請求項3之光導（11 ; ιοί ; m)，其中該耦入結構（14) 包括用於準直該耦入光之束成形構件（14 ; 36 ; 40)。 5. 如请求項3之光導（11 ; 1〇1 ; 111)，其中該耦入結構包括 在該光導（11; 101; 111)中從該第一或第二面形成的一 凹部（14)。 6. 如请求項5之光導（11 ; 1 0 1 ; 1 11 )，其中該凹部在平行於 該光導（11 ; 101 ; ill)之一平面中具有一矩形斷面，藉 此致能平行於該光導（11 ; 101 ; 111)之一平面中耦入光 之準直。 129897.doc 200900637 7. 如請求項1或2之光導（11 ; 101 ; U1)，其中該耦出部分 (15a至f ; 1〇3 ; 113a至f)包括複數個耦出結構（17 ; 2〇 ; 21 ; 114a至 d)。 8. 如请求項7之光導（11; 1〇1，111)’其包括複數個準直名士 構（54a至b)，其係與一對應複數個該等耦出結構（17、 20、21)對準。

   9. 如請求項7之光導（11 ; 1〇1) ’其中該等耦出結構包含在 該光導（11)之該等第一及第二面中之至少一者形成之複 數個溝槽（17、20、21)，該等溝槽（17、20、21)之每一 溝槽基本上沿著該光導（11 ; 101)之該面中之該等一級光 束之—個別者的一投影而延伸。 10. 如請求項1或2之光導（11; 101; m)，其進—步包括一 反射層（52) ’其配置於至少在該耦出部分（15&至 103，11 3 a至f)其一側上。 11·如請求項！或2之光導（11 ; 1U)，其包括複數個耦入部分 (13a至f)，各係調適成用以辆入來自一關聯光源（1。至 f; 112a至f)之光，及複數個耦出部分^化至。nh至 ^，各係與該等耦入部分⑽至f)的一對應者相鄰並且3組 態成用以耦出一具有引導自該對應耦入部分至〇中 之-位置之-傳播方向的一級光束，其中以較—具有引 導自該對應耦入部分（13Gf)外面之該光導⑴；⑴）中 之-位置之-傳播方向之二級光束更低的一耦出效率。 η如請求項η之光導（11;111)，其進—步包括至少一導引 部分（43)，其位於鄰近輕出部分⑴e至f)之間，用以防止 129897.doc 200900637 其間之串擾。 13. 如請求項11之光導（11 ; m)，其中該等耦 f)係配置成一陣列，其形成一矩形格栅圖案 入部分（13a至 14. -種光輪出裝置(10 ; 70 ; 80 ; 9〇 ; 98 ; ι〇〇，1〇5 ;11〇)，例如-照明器具，其包括如前述請求項中任一項 之平面光導⑴；及至少—光源 至f ; 1〇2 ; 10仏至〇 ; 1123至〇，例如一發光二極體配 置在該耦入部分（13a至f)。 15. 一種光輸出裝置（10; 70; 80; 90; 98; 11〇)，其包括如 請求項11至13中任一項之光導（11 ; ηι)，具有配置於相 鄰耦出部分（153至£ ; 1133至〇間之重定向構件（25)，該 光輸出裝置進一步包括複數個光源（12a至f ; 112a至f), 各係配置在該等耦入部分之一個別者，其中鄰近該等光 源係調適成用以發射不同彩色光，藉此改良該光輸出裝 置所輸出之光之色彩均勻性。 129897.doc