TWI519730B - 光源模組 - Google Patents

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TWI519730B
TWI519730B TW102149055A TW102149055A TWI519730B TW I519730 B TWI519730 B TW I519730B TW 102149055 A TW102149055 A TW 102149055A TW 102149055 A TW102149055 A TW 102149055A TW I519730 B TWI519730 B TW I519730B
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Description

光源模組
本發明是有關於一種光源模組，且特別是有關於一種具有多個導光分支的光源模組。
近年來，隨著發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的發光效率與壽命提升，加上具備低耗能、低污染、高效率、高反應速度、體積小、重量輕與可在各種表面設置等元件特色與優勢，發光二極體目前亦已被積極應用於各光學領域中。以發光二極體在照明用途上的應用為例，目前已有許多將發光二極體封裝結構應用於燈源(如燈泡、路燈、手電筒等)或是相關的照明設備被開發出來。
一般而言，由於發光二極體是一種具有指向性的光源，因此需搭配導光體的配置設計，才能使光源模組輸出的光線在亮度及發光軸向上能滿足設計端的需求。然而，由於光源模組的導光體主要是使光線在同一平面上出光進行光路設計，且每一出光平面即需搭配一發光源與一導光體的導光設計，因此較為耗能。此外，在現行光源模組的設計上，為使光線可在不同平面上出光， 現行的光源模組亦需在發光源上增加多個磊晶，進而提升了製造成本。
本發明提供一種光源模組，其可沿著多個不同軸向出光，並具有小體積與低耗能的優點。
本發明的光源模組包括一導光體以及一光源。導光體的一端具有一入光面，導光體的另一端具有至少三個導光分支(light-guiding branches)。這些導光分支分別沿著不同的延伸方向延伸，且各導光分支分別具有一出光面。光源適於提供一光束，其中光束經由入光面進入導光體，且光束從這些出光面離開導光體。
在本發明的一實施例中，上述的導光分支包括一第一導光分支、一第二導光分支以及一第三導光分支，第一導光分支沿著一第一方向延伸，第二導光分支沿著一第二方向延伸，第三導光分支沿著一第三方向延伸，第一方向與第二方向位於一平面上，而導光體具有一光線散射部，且光線散射部與第三導光分支分別位於平面的兩側。
在本發明的一實施例中，上述的光線散射部設置於第一導光分支與第二導光分支的連接處。
在本發明的一實施例中，上述的光線散射部具有一凹陷，凹陷朝向第三導光分支延伸，且部分光束被凹陷散射而沿著 第三方向傳遞至第三導光分支。
在本發明的一實施例中，上述的凹陷為半球形凹陷、圓錐形凹陷、四分之一圓球形凹陷或半圓錐形凹陷。
在本發明的一實施例中，上述的凹陷的底面包括拋光面。
在本發明的一實施例中，上述的凹陷的底面包括粗糙面。
在本發明的一實施例中，上述的第一方向、第二方向、第三方向互不平行。
在本發明的一實施例中，上述的第一方向、第二方向、第三方向相互垂直。
基於上述，本發明的光源模組可藉由具有至少三個導光分支的導光體的設置，在僅具有一個光源的情況下，即可沿著多個不同軸向出光。因此在進行光學設計時，可減少所需的光源數目，具有小體積與低耗能的優點。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
70、70a、70b、70c‧‧‧光束
100、300、400、500‧‧‧光源模組
110‧‧‧導光體
111、112、113‧‧‧導光分支
114、314、414、514‧‧‧光線散射部
114a、314a、414a、514a‧‧‧凹陷
S114、S314、S414、S514‧‧‧底面
120‧‧‧光源
MB‧‧‧主體
IS‧‧‧入光面
TS‧‧‧端面
ES1、ES2、ES3‧‧‧出光面
TP‧‧‧頂部
QS‧‧‧四分之一圓球面
HC‧‧‧半圓錐面
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
D3‧‧‧第三方向
ED1‧‧‧第一延伸方向
ED2‧‧‧第二延伸方向
DP、SP‧‧‧平面
S1‧‧‧表面
圖1A是本發明一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。
圖1B是圖1A的光源模組於另一視角的立體示意圖。
圖2A是圖1的導光體中的光路示意圖。
圖2B是圖2A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。
圖2C是圖2A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。
圖2D是圖2A的部分光束經由第一導光分支與第二導光分支出光的光路示意圖。
圖3A是本發明另一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。
圖3B是圖3A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。
圖3C是圖3A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。
圖4A是本發明又一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。
圖4B是圖4A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。
圖4C是圖4A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。
圖5A是本發明再一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。
圖5B是圖5A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。
圖5C是圖5A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。
圖1A是本發明一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。圖1B是圖1A的光源模組於另一視角的立體示意圖。請參照圖1A與圖1B，光源模組100包括一導光體110以及一光源120。具體而言，在本實施例中，導光體110的一端具有一入光面IS，而導光體110的另一端具有至少三個導光分支(light-guiding branches)111、112、113。這些導光分支111、112、113分別沿著不同的延伸方向延伸，且各導光分支111、112、113分別具有一出光面ES1、ES2、ES3。舉例而言，在本實施例中，導光分支包括一第一導光分支111、一第二導光分支112以及一第三導光分支113，第一導光分支111沿著一第一方向D1延伸，第二導光分支112沿著一第二方向D2延伸，第三導光分支113沿著一第三方向D3延伸。在本實施例中，第一方向D1與第二方向D2位於一平面DP上，且互不平行。平面DP例如為與X-Y平面相互平行，但本發明不以此為限。另一方面，在本實施中，第三方向D3例如垂直於X-Y平面，而平行於Z方向。換言之，第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3互不平行。更詳細而言，在本實施例中，第一方向D1例如與X方向平行、第二方向D2例如與Y方向平行，因此第一方向D1、第二方向D2、第三方向D3相互垂直，但本發明 不以此為限。
具體而言，在本實施例中，光源120適於提供一光束70。舉例而言，光源120為發光二極體，但本發明不以此為限。以下將搭配圖2A至圖2D針對光束70於導光體110中行進的光路進行進一步地說明。
圖2A是圖1的導光體中的光路示意圖。圖2B是圖2A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。請參照圖1B與圖2A，當光源120發光時，光束70會經由入光面IS進入導光體110，且光束70可從這些出光面ES1、ES2、ES3離開導光體110。更詳細而言，在本實施例中，導光體110具有一第一延伸方向ED1與一第二延伸方向ED2。舉例而言，如圖1B所示，在本實施例中，入光面IS與端面TS的夾角落在40度至50度的範圍內，第一延伸方向ED1與第二延伸方向ED2的夾角落在130度至140度的範圍內，第二延伸方向ED2與第一方向D1、第二方向D2的夾角皆落在130度至140度的範圍內，且第二延伸方向ED2與第三方向D3的夾角落在85度至95度的範圍內。如此，如圖2A所示，當光束70進入導光體110後，會經由導光體110的一端面TS反射，並在導光體110之中先後沿著第一延伸方向ED1與第二延伸方向ED2傳遞，而以全反射行為行進至各導光分支111、112、113後出光。應注意的是，上述的數值範圍皆僅是做為例示說明之用，其並非用以限定本發明。
進一步而言，如圖1B與圖2B所示，在本實施例中，導 光體110更具有一主體MB與一光線散射部114，光線散射部114與第三導光分支113分別位於平面DP的兩側，且光線散射部114設置於第一導光分支111與第二導光分支112的連接處旁。如圖1B所示，在本實施例中，導光體110的主體MB、光線散射部114與各導光分支111、112、113為一體成形。舉例而言，形成導光體110的方式可以射出成形的方式形成所需的形狀，但本發明不以此為限。
更具體而言，如圖2B所示，在本實施例中，光線散射部114具有一凹陷114a，凹陷114a朝向第三導光分支113延伸。在本實施例中，凹陷114a為半球形凹陷，意即凹陷114a的底面S114為一半圓球面，且凹陷114a的底面S114有一部份會越過第一導光分支111、第二導光分支112與光線散射部114的相接處所在的平面SP(即凹陷114a的底面S114會與平面SP相交)，以使凹陷114a的底面S114可位在部分光束70c的傳遞路徑上。當光束70進入導光體110時，並沿著第一延伸方向ED1與第二延伸方向ED2傳遞至導光體110的主體MB與各導光分支111、112、113的相接處後，部分光束70c會被凹陷114a散射而沿著第三方向D3傳遞至第三導光分支113，而經由第三導光分支113的出光面ES3出光。
圖2C是圖2A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。此外，如圖2B及圖2C所示，在本實施例中，凹陷114a的頂部TP(即凹陷114a的底面S114的中心)於X-Y平面上的投影會落在第三導光分支113於X-Y平面上的投影區域 A113之外。進一步而言，如圖2B所示，此時凹陷114a的頂部TP至凹陷114a的邊緣BP在第二方向D2上的距離會大於第三導光分支113的表面S1至凹陷114a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度。如此，光束70c則可更有效地被凹陷114a散射，而經由第三導光分支113的出光面ES3出光。此外，凹陷114a的底面S114更可進行拋光、咬花或霧面處理，以使經由第三導光分支113的出光面ES3出光的光束70c具有良好的均勻性。舉例而言，在本實施例中，凹陷114a的底面S114可包括拋光面或粗糙面(霧面)。
圖2D是圖2A的部分光束經由第一導光分支與第二導光分支出光的光路示意圖。另一方面，如圖2A與圖2D所示，未被光線散射部114的凹陷114a所散射的另一部分光束70a、70b可直接被導引至第一導光分支111或第二導光分支112後，經由第一導光分支111或第二導光分支112的出光面ES1、ES2出光。
進一步而言，請再次參照圖2A，在本實施例中，光束70入射導光體110的路徑與光束70a、70b、70c射出導光體110的路徑的至少其中一者在空間中不共平面，且互為歪斜線(Skew lines)。舉例而言，如圖2A所示，光束70入射導光體110的路徑與光束70c射出導光體110的路徑在空間中不相交(即不共平面)，且不平行亦不垂直，而呈現互為歪斜線的情況。此外，在本實施例中，光束70a、70b、70c射出導光體110的路徑的至少其中二者亦在空間中互不平行。換言之，光源模組100在僅具有一個光源120的情況下，即可達成往多個互不平行的出光面ES1、 ES2、ES3出光的功能。
如此一來，光源模組100將可藉由具有至少三個導光分支111、112、113的導光體110的結構設計而改變光線出光的軸向，進而達到多軸向出光的目的。此外，由於光源模組100僅需一個光源120就可達成往多個互不平行的出光面ES1、ES2、ES3出光的功能，因此光源模組100在進行光學設計時，將可減少所需的光源數目，並在不增加設計成本的考量下，具有小體積與低耗能的優點。
此外，需說明的是，上述的導光體110雖以具有第一延伸方向ED1與第二延伸方向ED2，且導光體110的第一導光分支111、第二導光分支112以及第三導光分支113分別沿著第一方向D1、第二方向D2以及第三方向D3延伸為例示，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，導光體110亦可具有一主要延伸方向或多個不同的延伸方向，且導光體110的各導光分支111、112、113亦可具有不同的延伸方向，本發明皆不以此為限。換言之，本發明並不限定導光體110延伸方向的形式，在其他的實施方式中凡是具有多個導光分支111、112、113而可進行分光，並進而達到多軸向出光功能的導光體110都可以作為本實施例的導光體110。
此外，上述的光線散射部114的凹陷114a雖以半球形凹陷114a為例示，但本發明不以此為限。在其他的實施例中，光線散射部114的凹陷114a亦可包括其他形狀，以下將搭配圖3A至 圖5B進行進一步解說。
圖3A是本發明另一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。圖3B是圖3A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。圖3C是圖3A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。請參照圖3A與圖3B，在本實施例中，圖3A的光源模組300與圖1B的光源模組100類似，而差異如下所述。具體而言，如圖3A與圖3B所示，在本實施例中，光線散射部314的凹陷314a為圓錐形凹陷，意即凹陷314a的底面S314為一圓錐面，且凹陷314a的頂部TP會越過第一導光分支111、第二導光分支112與光線散射部314的相接處所在的平面SP(即凹陷314a的圓錐面亦會與平面SP相交)，以使凹陷314a的底面S314可位在部分光束70c的傳遞路徑上。另一方面，亦如圖3B及圖3C所示，在本實施例中，凹陷314a的頂部TP(即凹陷314a的底面S314的中心)於X-Y平面上的投影會落在第三導光分支113於X-Y平面上的投影區域A113之外，且凹陷314a的頂部TP至凹陷314a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度會大於第三導光分支113的一表面S1至凹陷314a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度。如此，亦可使部分光束70c有效地被散射至第三導光分支113，另一部分光束70a、70b則直接被導引至第一導光分支111或第二導光分支112，而經由各導光分支111、112、113的出光面ES1、ES2、ES3出光。換言之，光源模組300亦具有多軸向出光的功能，而達到與光源模組100類似的優點及功效，在此就不予贅述。
圖4A是本發明又一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。圖4B是圖4A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。圖4C是圖4A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。請參照圖4A與圖4B，在本實施例中，圖4A的光源模組400與圖1B的光源模組100類似，而差異如下所述。具體而言，如圖4A與圖4B所示，在本實施例中，光線散射部414的凹陷414a為四分之一圓球形凹陷，意即凹陷414a的部分底面S414為一四分之一圓球面QS，且凹陷414a的頂部TP會越過第一導光分支111、第二導光分支112與光線散射部414的相接處所在的平面SP(即凹陷414a的四分之一圓球面QS會與平面SP相交)，且四分之一圓球面QS會朝向光線入射至光線散射部414的方向，以使凹陷414a的四分之一圓球面QS可位在部分光束70c的傳遞路徑上。此外，亦如圖4B及圖4C所示，在本實施例中，凹陷414a的頂部TP於X-Y平面上的投影會落在第三導光分支113於X-Y平面上的投影區域A113之外，且凹陷414a的頂部TP至凹陷414a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度會大於第三導光分支113的一表面S1至凹陷414a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度。
如此，光源模組400亦可使部分光束70c有效地被散射至第三導光分支113，另一部分光束70a、70b則直接被導引至第一導光分支111或第二導光分支112，以達成經由各導光分支111、112、113的出光面ES1、ES2、ES3出光的功能。換言之，光源模組400亦具有多軸向出光的功能，而達到與光源模組100類似的 優點及功效，在此就不予贅述。
圖5A是本發明再一實施例的一種光源模組於一視角的立體示意圖。圖5B是圖5A的部分光束經由第三導光分支出光的光路示意圖。圖5C是圖5A的凹陷以及第三導光分支於一平面上的投影區域示意圖。請參照圖5A與圖5B，在本實施例中，圖5A的光源模組500與圖1B的光源模組100類似，而差異如下所述。具體而言，如圖5A與圖5B所示，在本實施例中，光線散射部514的凹陷514a為半圓錐形凹陷，意即凹陷514a的部分底面S514為一半圓錐面HC，且凹陷514a的頂部TP會越過第一導光分支111、第二導光分支112與光線散射部514的相接處所在的平面SP(即凹陷514a的半圓錐面HC會與平面SP相交)，且半圓錐面HC會朝向光線入射至光線散射部514的方向，以使凹陷514a的半圓錐面HC可位在部分光束70c的傳遞路徑上。此外，亦如圖5B及圖5C所示，在本實施例中，凹陷514a的頂部TP於X-Y平面上的投影會落在第三導光分支113於X-Y平面上的投影區域A113之外，且凹陷514a的頂部TP至凹陷514a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度會大於第三導光分支113的一表面S1至凹陷514a的邊緣BP在第二方向D2上的寬度。
如此，光源模組500亦可使部分光束70c有效地被散射至第三導光分支113，另一部分光束70a、70b則直接被導引至第一導光分支111或第二導光分支112，以達成經由各導光分支111、112、113的出光面ES1、ES2、ES3出光的功能。換言之，光源模 組500亦具有多軸向出光的功能，而達到與光源模組100類似的優點及功效，在此就不予贅述。
綜上所述，本發明的光源模組可藉由具有至少三個導光分支的導光體的設置，在僅具有一個光源的情況下，即可沿著多個不同軸向出光。因此在進行光學設計時，可減少所需的光源數目，具有小體積與低耗能的優點。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
70、70a、70b、70c‧‧‧光束
100‧‧‧光源模組
110‧‧‧導光體
111、112、113‧‧‧導光分支
120‧‧‧光源
IS‧‧‧入光面
TS‧‧‧端面
ES1、ES2、ES3‧‧‧出光面

Claims (11)

  1. 一種光源模組，包括：一導光體，該導光體的一端具有一入光面，該導光體的另一端具有至少三個導光分支，該些導光分支沿著不同的延伸方向延伸，且各該導光分支分別具有一出光面；以及一光源，適於提供一光束，其中該光束經由該入光面進入導光體，且該光束從該些出光面離開該導光體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光源模組，其中該些導光分支包括一第一導光分支、一第二導光分支以及一第三導光分支，該第一導光分支沿著一第一方向延伸，該第二導光分支沿著一第二方向延伸，第三導光分支沿著一第三方向延伸，該第一方向與該第二方向位於一平面上，而該導光體具有一主體和一光線散射部，且該光線散射部與該第三導光分支分別位於該平面的兩側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的光源模組，其中該光線散射部設置於該第一導光分支與該第二導光分支的連接處旁。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的光源模組，其中該主體、該光線散射部與該第一導光分支、該第二導光分支以及該第三導光分支為一體成形。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的光源模組，其中該光線散射部具有一凹陷，該凹陷朝向該第三導光分支延伸，且部分該光束被該凹陷散射而沿著該第三方向傳遞至該第三導光分支。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的光源模組，其中該凹陷的一 頂部於一平面上的投影會落在該第三導光分支於該平面上的投影區域之外，其中該平面與該第一方向以及該第二方向平行。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的光源模組，其中該凹陷為半球形凹陷、圓錐形凹陷、四分之一圓球形凹陷或半圓錐形凹陷。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的光源模組，其中該凹陷的底面包括拋光面。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的光源模組，其中該凹陷的底面包括粗糙面。
  10. 如申請專利範圍第2項所述的光源模組，其中該第一方向、該第二方向、該第三方向互不平行。
  11. 如申請專利範圍第2項所述的光源模組，其中該第一方向、該第二方向、該第三方向相互垂直。
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