TWI426208B - 導光模組與發光裝置 - Google Patents

Description

導光模組與發光裝置

本發明係關於一種導光模組，特別關於一種發光裝置與導光模組。

發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的發光效率高、節省耗能、反應時間快、使用壽命長、耐震度高、體積小，由於上述優點使得發光二極體快速的發展起來，並廣泛的應用，例如應用於各種照明系統，如背光模組、室內、外照明、街燈、車燈以及交通號誌燈等。

發光二極體也配合導光模組來達到不同特性的照明需求。一種習知之導光模組係為單一拋物面的內全反射(TIR)透鏡，但其具有高度過高的問題，因而無法達到薄型化目的而降低業者使用的意願。此外，上述之導光模組亦有中央以外之光線不均勻、外圍光線較弱以及照度不集中之缺點。

因此，如何提供一種發光裝置與導光模組，能夠解決高度過高的問題，並提升發光效能，進而提升產品競爭力，實為業界當前重要課題之一。

有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠解決高度過高的 問題，並提升發光效能，進而提升產品競爭力之發光裝置與導光模組。

為達上述目的，依據本發明之一種光源之導光模組包含一導光區，導光區由外向內至少區分為一第一導光區及一第二導光區。一光源所發出之光線係經由一第一反射鏡反射而從第一導光區射出，光源所發出之光線係經由一第二反射鏡反射而從第二導光區射出。

在一實施例中，第一反射鏡與第二反射鏡分別為一拋物面反射鏡。

在一實施例中，導光區更區分為一第三導光區，第三導光區位於第二導光區之內，光源所發出之光線係經由一第三反射鏡反射而從第三導光區射出。藉由第三導光區之區分，使得導光模組之高度得到進一步的縮小，且從第三導光區射出之光線由於第三反射鏡的因素而達到照度集中、均勻。藉此，本發明能進一步提升發光效能以及達到薄型化的目的。

在一實施例中，導光區更區分為一第四導光區，第四導光區位於第二導光區之內，光源所發出之光線係經由一折射鏡折射而從第四導光區射出。藉由第四導光區之區分，使得導光模組之高度得到進一步的縮小，且從第四導光區射出之光線由於折射鏡的因素而達到照度集中、均勻。藉此，本發明能進一步提升發光效能以及達到薄型化的目的。

在一實施例中，導光模組更包含一斜面全反射鏡，光源所發出之光線係依序經由斜面全反射鏡與第一反射鏡反射而從第一導光區 射出。

在一實施例中，導光模組更包含一橢圓全反射鏡，光源所發出之光線係依序經由橢圓全反射鏡與第二反射鏡反射而從第二導光區射出。

在一實施例中，經由第一導光區射出之光線係經過橢圓全反射鏡之內，經由第二導光區射出之光線係經過斜面全反射鏡之內。藉由本發明之巧妙設計，使得從第一導光區射出之光線不會被橢圓全反射鏡擋住，從第二導光區射出之光線不會被斜面全反射鏡擋住。

在一實施例中，導光模組更包含一球型穿透鏡，其係鄰設光源，光源所發出之光線係經由球型穿透鏡而從第一導光區、第二導光區、第三導光區或第四導光區射出。藉由球型穿透鏡可防止光線不必要的偏折，進而使光線後續的反射更精準而提升光線利用率與發光效能。

在一實施例中，第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡、折射鏡、斜面全反射鏡、橢圓全反射鏡或該球型穿透鏡係分別依據光源為對稱形狀。藉由對稱形狀的設計，一面使本發明之導光模組的製造簡化，另一面使得導光模組的外型賞心悅目，進而提升產品競爭力。

為達上述目的，依據本發明之一種發光裝置包含如上所述之一導光模組以及一光源。光源鄰設於導光模組，且光源所發出之光線係經由導光模組導光而成為平行光射出。

承上所述，本發明之導光模組係將導光區由外而內，至少區分為 一第一導光區及一第二導光區，各導光區分別使用至少一反射鏡來進行導光。藉此，本發明之導光模組較習知使用單一拋物面反射之導光模組，可至少減少約二分之一的高度，進而能達到薄型化功效。此外，由於高度減少的關係，使得光線之光程縮短，進而使從第一導光區與第二導光區射出之光線之照度變得更集中、均勻且完整。因此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。經過驗證，相較於習知導光模組，本發明之導光模組與發光裝置除了中央的光線照度集中、均勻之外，其他各導光區之照度依然集中、均勻且完整，進而提升發光效能。

1、2‧‧‧發光裝置

10、20‧‧‧導光模組

101、201‧‧‧第一反射鏡

102、202‧‧‧第二反射鏡

103‧‧‧第三反射鏡

104、205‧‧‧折射鏡

105、206‧‧‧球型穿透鏡

106、207‧‧‧平面穿透鏡

203‧‧‧斜面全反射鏡

204‧‧‧橢圓全反射鏡

208‧‧‧連結元件

A‧‧‧導光區

A1‧‧‧第一導光區

A2‧‧‧第二導光區

A3‧‧‧第三導光區

A4‧‧‧第四導光區

C1‧‧‧第一連結元件

C2‧‧‧第二連結元件

L‧‧‧光源

圖1為本發明第一實施例之一種導光模組與發光裝置的示意圖；圖2為本發明第二實施例之一種導光模組與發光裝置的示意圖；圖3為本發明第一實施例之發光裝置與習知TIR透鏡之光斑的比較示意圖；圖4為本發明第一實施例之發光裝置與習知TIR透鏡之照度的比較示意圖；圖5為本發明第二實施例之發光裝置的光斑示意圖；以及圖6為本發明第二實施例之發光裝置的照度示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種導光模組與發光裝置。

圖1為本發明第一實施例之一種光源之導光模組以及發光裝置的 示意圖。

請參照圖1所示，發光裝置1包含一導光模組10以及一光源L。光源L鄰設於導光模組10，光源L所發出之光線係經由導光模組10導光而成為平行光射出。光源L可例如為點光源或線光源；於此，光源L係為點光源。光源L可例如包含發光二極體、或有機發光二極體或其他發光源；於此，光源L包含發光二極體。

導光模組10包含一導光區A，導光區A由外向內至少區分為一第一導光區A1及一第二導光區A2，光源L所發出之光線係經由一第一反射鏡101反射而從第一導光區A1射出，光源L所發出之光線係經由一第二反射鏡102反射而從第二導光區A2射出。

在本實施例中，導光區A可視為導光模組10之一側用以導光並使光線射出的範圍，而第一導光區A1與第二導光區A2分別為一環形區域。若導光區A為一正圓，則第一導光區A1與第二導光區A2可具有相同之中心。

在本實施例中，第一反射鏡101與第二反射鏡102分別對應第一導光區A1及第二導光區A2設置。第一反射鏡101與第二反射鏡102分別為一拋物面反射鏡，且具有拋物全反射面。第一反射鏡101之焦點為光源L之位置。第一反射鏡101可將光源L之發光角90度~67.5度的光反射出去。第二反射鏡102之焦點為光源L之位置。第二反射鏡102可將光源L之發光角67.5度~45度的光反射出去。第一反射鏡101與第二反射鏡102係可分別依據光源L為對稱形狀。第一反射鏡101與第二反射鏡102可分別為單一構件或由複數構件連結而成；於此，第一反射鏡101與第二反射鏡102分別為一環形 反射鏡。

藉由第一反射鏡101與第二反射鏡102分別將光源L之不同發光角之光線反射至第一導光區A1與第二導光區A2，可增加導光區面積並使導光模組10的高度降低。此外，由於高度減少的關係，使得光線之光程縮短，進而使從第一導光區與第二導光區射出之光線之照度變得更集中、均勻且完整。藉此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。

需注意者，上述之第一反射鏡101可反射光源L之發光角90度~67.5度的光以及第二反射鏡102可反射光源L之發光角67.5度~45度的光，係可依據設計的調整而有所變化，此僅為舉例說明，並非用以限制本發明。

在本實施例中，可藉由增加導光區A之分區而進一步增加導光區面積並降低導光模組10之高度以及提升發光效能。

導光區A可更區分為一第三導光區A3，第三導光區A3位於第二導光區A2之內，光源L所發出之光線係經由一第三反射鏡103反射而從第三導光區A3射出。

在本實施例中，第三導光區A3為一環形區域。若導光區A為一正圓，則第一導光區A1、第二導光區A2以及第三導光區A3可具有相同之中心。

在本實施例中，第三反射鏡103係對應第三導光區A3設置。第三反射鏡103為一拋物面反射鏡。第三反射鏡103之焦點為光源L所在位置點。

第三反射鏡103可將光源L之發光角45度~22.5度的光反射出去。第三反射鏡103係可依據光源L為對稱形狀。第三反射鏡103可為單一構件或由複數構件連結而成；於此，第三反射鏡103為一環形反射鏡。

藉由第三反射鏡103將光源L之不同發光角之光線反射至第三導光區A3，可增加導光區面積並使導光模組10的高度降低。此外，從第三導光區A3射出之光線由於光程縮短的關係而達到照度集中、均勻。藉此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。

導光區A更區分為一第四導光區A4，第四導光區A4位於第二導光區A2之內，於此，第四導光區A4亦位於第三導光區A3之內。光源L所發出之光線係經由一折射鏡104折射而從第四導光區A4射出。

在本實施例中，第四導光區A4為一圓形區域。若導光區A為一正圓，則第一導光區A1、第二導光區A2、第三導光區A3與第四導光區A4可具有相同之中心。

在本實施例中，折射鏡104係對應第四導光區A4設置。折射鏡104為一球型折射鏡，並為一凸透鏡。折射鏡104之焦點為光源所在位置。折射鏡104可折射光源L之發光角22.5度到0度的光。折射鏡104分為球面折射面與平面折射面，光源L所發出之光線會先經由平面折射面，再經由球面折射面而做二次折射，進而成為平行光從第四導光區A4射出。折射鏡104係依據光源L為對稱形狀。

藉由折射鏡104將光源L之不同發光角之光線折射至第四導光區A4，可增加導光區面積並使導光模組10的高度降低。此外，從第四導光區A4射出之光線由於光程縮短的關係而達到照度集中、均勻 。藉此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。

另外，導光模組10可更包含一球型穿透鏡105，其係鄰設光源L，且光源L所發出之光線係經由球型穿透鏡105而從第一導光區A1、第二導光區A2、第三導光區A3或第四導光區A4射出。於此，球型穿透鏡105係以光源L為球心並依據光源L為對稱形狀，且球型穿透鏡105係對應第四導光區A4設置，使得光源L所發出之光線係經由球型穿透鏡105而從第一導光區A1、第二導光區A2、第三導光區A3以及第四導光區A4射出。

另外，導光模組10可更包含複數平面穿透鏡106，其係連結第一反射鏡101、第二反射鏡102、第三反射鏡103與折射鏡104。平面穿透鏡106與出射光垂直，使平行光的出射角等於折射角，進而不產生偏折。藉此可提升導光之光量與發光效能。

此外，本實施例之導光模組10更包含多個連結元件，以將導光模組10之上述元件連結一起。其中，一第一連結元件C1係連結第一反射鏡101與球型穿透鏡105。一第二連結元件C2係連結平面穿透鏡106與折射鏡104。第二連結元件C2例如呈一柱狀。上述連結元件之設置位置經過設計而不會擋光。本實施例不特別限制上述連結元件之形狀與材質，其可例如由反射材質或非反射材質所製成。

圖2為本發明第二實施例之一種光源之導光模組以及發光裝置的示意圖。

請參照圖2所示，發光裝置2包含一導光模組20以及一光源L。光源L鄰設於導光模組20，光源L所發出之光線係經由導光模組20導 光而成為平行光射出。光源L可例如為點光源或線光源；於此，光源L係為點光源。光源L可例如包含發光二極體、或有機發光二極體或其他發光源；於此，光源L包含發光二極體。

導光模組20包含一導光區A，導光區A由外向內至少區分為一第一導光區A1及一第二導光區A2，光源L所發出之光線係經由一第一反射鏡201反射而從第一導光區A1射出，光源L所發出之光線係經由一第二反射鏡202反射而從第二導光區A2射出。

在本實施例中，導光區A可視為導光模組20之一側用以導光並使光線射出的範圍，而第一導光區A1與第二導光區A2分別為一環形區域。若導光區A為一正圓，則第一導光區A1與第二導光區A2可具有相同之中心。

在本實施例中，第一反射鏡201與第二反射鏡202分別對應第一導光區A1及第二導光區A2設置。第一反射鏡201與第二反射鏡202分別為一拋物面反射鏡，且具有拋物全反射面。

在本實施例中，導光模組20更包含一斜面全反射鏡203，光源L所發出之光線係依序經由斜面全反射鏡203與第一反射鏡201反射而從第一導光區A1射出。於此，光源L對於斜面反射鏡203的鏡像位置為第一反射鏡201之焦點處，以此決定斜面反射鏡203的位置，並將光源L之發光角15度~30度之光線反射至第一反射鏡201，然後光線被第一反射鏡201反射而成平行光從第一導光區A1射出。

在本實施例中，導光模組20更包含一橢圓全反射鏡204，光源L所發出之光線係依序經由橢圓全反射鏡204與第二反射鏡202反射而 從第二導光區A2射出。於此，光源L位於橢圓全反射鏡204之一焦點處，而第二反射鏡202的焦點位於橢圓全反射鏡204之另一焦點處；藉此，光源L之發光角30度~60度之光線可由橢圓全反射鏡204反射至第二反射鏡202，再由第二反射鏡202反射而成平行光從第二導光區A2射出。

第一反射鏡201、第二反射鏡202、斜面全反射鏡203以及橢圓全反射鏡204係可分別依據光源L為對稱形狀。第一反射鏡201與第二反射鏡202、斜面全反射鏡203以及橢圓全反射鏡204可分別為單一構件或由複數構件連結而成；於此，第一反射鏡201、第二反射鏡202、斜面全反射鏡203以及橢圓全反射鏡204分別為一環形反射鏡。

藉由第一反射鏡101搭配斜面全反射鏡203以及第二反射鏡202搭配橢圓全反射鏡204，而分別將光源L之不同發光角之光線反射至第一導光區A1與第二導光區A2，可增加導光區面積並使導光模組20的高度降低。此外，從第一導光區射出之光線以及從第二導光區射出之光線由於光程縮短的關係而達到照度集中、均勻。藉此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。

此外，經由第一導光區A1射出之光線係經過橢圓全反射鏡204之內，經由第二導光區A2射出之光線係經過斜面全反射鏡203之內。藉由本實施例之巧妙設計，使得從第一導光區A1射出之光線不會被橢圓全反射鏡204擋住，從第二導光區A2射出之光線不會被斜面全反射鏡203擋住。

在本實施例中，可藉由增加導光區A之分區而進一步增加導光區 面積並降低導光模組20之高度以及提升發光效能。

導光區A更區分為一第四導光區A4，第四導光區A4位於第二導光區A2之內。光源L所發出之光線係經由一折射鏡205折射而從第四導光區A4射出。

在本實施例中，第四導光區A4為一圓形區域。若導光區A為一正圓，則第一導光區A1、第二導光區A2、與第四導光區A4可具有相同之中心。

在本實施例中，折射鏡205係對應第四導光區A4設置。折射鏡205為一球型折射鏡，並為一凸透鏡。折射鏡205之焦點為光源所在位置。折射鏡205可反射光源L之發光角0度到15度的光。折射鏡205分為球面折射面與平面折射面，光源L所發出之光線會先經由平面折射面，再經由球面折射面而做二次折射，進而成為平行光從第四導光區A4射出。折射鏡205係依據光源L為對稱形狀。

藉由折射鏡205將光源L之不同發光角之光線折射至第四導光區A4，可增加導光區面積並使導光模組20的高度降低。此外，從第四導光區A4射出之光線由於光程縮短的關係而達到照度集中、均勻。藉此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。

另外，導光模組20可更包含一球型穿透鏡206，其係鄰設光源L，且光源L所發出之光線係經由球型穿透鏡206而從第一導光區A1、第二導光區A2或第四導光區A4射出。於此，球型穿透鏡206係以光源L為球心並依據光源L為對稱形狀，且球型穿透鏡206係對應第四導光區A4設置，使得光源L所發出之光線係經由球型穿透鏡206而從第一導光區A1、第二導光區A2、第三導光區A3以及第四 導光區A4射出。

另外，導光模組20可更包含複數平面穿透鏡207以及複數連結元件208，平面穿透鏡207與連結元件208係將第一反射鏡201、第二反射鏡202、斜面全反射鏡203、橢圓全反射鏡204、折射鏡205以及球型穿透鏡206連結起來。其中，平面穿透鏡207使入射的光線不產生偏折，連結元件208之設置位置經過設計而不會擋光。藉此可提升導光之光量與發光效能。本實施例不特別限制上述連結元件之形狀與材質，其可例如由反射材質或非反射材質所製成。

圖3為本發明第一實施例之發光裝置1與習知TIR透鏡之光斑的比較示意圖。圖3之左邊為發光裝置1的光斑圖，圖3之右邊為傳統TIR透鏡的光班圖，由圖可看出發光裝置1中間的光較強且可看出有3個拋物面所反射的光型，而右者外圍的光線較弱。

圖4為本發明第一實施例之發光裝置1與習知TIR透鏡之照度的比較示意圖。圖4之左邊為發光裝置1的照度圖，圖4之右邊為傳統TIR透鏡的照度圖，由圖可看出發光裝置1之照度較集中、均勻且完整，而傳統TIR透鏡的照度破碎、不均勻。

圖5為本發明第二實施例之發光裝置2的光斑示意圖。由圖可看出發光裝置2具有3個導光區的光型，且各導光區的光型皆均勻、強化與完整。

圖6為本發明第二實施例之發光裝置2的照度示意圖。由圖可看出發光裝置2之照度集中、均勻且完整。

綜上所述，本發明之導光模組係將導光區由外而內，至少區分為一第一導光區及一第二導光區，各導光區分別使用至少一反射鏡 來進行導光。藉此，本發明之導光模組較習知使用單一拋物面反射之導光模組，可至少減少約二分之一的高度，進而能達到薄型化功效。此外，由於高度減少的關係，使得光線之光程縮短，進而使從第一導光區與第二導光區射出之光線之照度變得更集中、均勻且完整。因此，本發明能提升發光效能以及達到薄型化的目的。經過驗證，相較於習知導光模組，本發明之導光模組與發光裝置除了中央的光線照度集中、均勻之外，其他各導光區之照度依然集中、均勻且完整，進而提升發光效能。

此外，本發明之導光模組之導光區更可區分為一第三導光區以及一第四導光區。藉由第三導光區與第四導光區之區分，使得導光模組之高度得到進一步的減少。並且由於高度進一步的減少，使得從第三導光區與第四導光區射出之光線之照度變得更集中、均勻。藉此，本發明能進一步提升發光效能以及達到薄型化的目的。相較於習知使用單一拋物面反射之導光模組，本發明可減少約九分之五的高度。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧發光裝置

10‧‧‧導光模組

101‧‧‧第一反射鏡

102‧‧‧第二反射鏡

103‧‧‧第三反射鏡

104‧‧‧折射鏡

105‧‧‧球型穿透鏡

106‧‧‧平面穿透鏡

A‧‧‧導光區

A1‧‧‧第一導光區

A2‧‧‧第二導光區

A3‧‧‧第三導光區

A4‧‧‧第四導光區

C1‧‧‧第一連結元件

C2‧‧‧第二連結元件

L‧‧‧光源

Claims (7)

1. 一種光源之導光模組，包含：一導光區，該導光區由外向內至少區分為一第一導光區及一第二導光區，一光源所發出之光線係經由一第一反射鏡反射而從該第一導光區射出，該光源所發出之光線係經由一第二反射鏡反射而從該第二導光區射出；一斜面全反射鏡，該光源所發出之光線係依序經由該斜面全反射鏡與該第一反射鏡反射而從該第一導光區射出；以及一橢圓全反射鏡，該光源所發出之光線係依序經由該橢圓全反射鏡與該第二反射鏡反射而從該第二導光區射出，其中，經由該第一導光區射出之光線係經過該橢圓全反射鏡之內，並且經由該第二導光區射出之光線係經過該斜面全反射鏡之內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該第一反射鏡與該第二反射鏡分別為一拋物面反射鏡。
3. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該導光區更區分為一第三導光區，第三導光區位於該第二導光區之內，該光源所發出之光線係經由一第三反射鏡反射而從該第三導光區射出。
4. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該導光區更區分為一第四導光區，第四導光區位於該第二導光區之內，該光源所發出之光線係經由一折射鏡折射而從該第四導光區射出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，更包含：一球型穿透鏡，鄰設該光源，該光源所發出之光線係經由該球型穿透鏡而從該第一導光區及該第二導光區射出。
6. 如申請專利範圍第1項所述之導光模組，其中該第一反射鏡、該第二反射鏡、該斜面全反射鏡、或該橢圓全反射鏡係分別依據該光源為對稱形狀。
7. 一種發光裝置，包含：一種如申請專利範圍第1項至第6項之任一項所述之導光模組；以及一光源，鄰設於該導光模組，該光源所發出之光線係經由該導光模組導光而成為平行光射出。